Emitter koblet logik: Kredsløb, arbejder, som ELLER/NOR-port og dets applikationer

Prøv Vores Instrument Til At Fjerne Problemer





ECL (emitter coupled logic) blev først opfundet hos IBM i august 1956 af Hannon S. Yourke. Denne logik er også kendt som strømtilstandslogik, der bruges i computere i IBM 7090 & 7094. ECL-familien er meget hurtig sammenlignet med digital logik familier. Generelt giver denne logiske familie en udbredelsesforsinkelse på mindre end 1 ns. Det er en logisk familie baseret på bipolære overgangstransistorer. Det er det hurtigste logiske familiekredsløb, der er tilgængeligt til at designe et konventionelt logiksystem. Denne artikel diskuterer en oversigt over en emitter koblet logik-kredsløb , arbejder med applikationer.


Hvad er emitter-koblet logik?

Emitter-koblet logik er den bedste BJT -baseret logikfamilie brugt i det konventionelle logiksystemdesign. Nogle gange kaldes det også strømtilstandslogik, som er en meget højhastigheds digital teknologi. Generelt betragtes ECL som den hurtigste logiske IC, hvor den opnår sin højhastighedsdrift ved at bruge et meget lille spændingssving og også undgå, at transistorerne kommer ind i mætningsområdet.



En implementering af ECL bruger en positiv forsyningsspænding, der er kendt som PECL eller positiv-reference ECL. I tidlige ECL-gates bruges en negativ spændingsforsyning på grund af støjimmuniteten. Derefter blev positiv-refererede ECL meget berømt på grund af dets mere kompatible logikniveauer sammenlignet med TTL-logikfamilier.

Emitterkoblet logik spreder en enorm mængde statisk effekt, men dens samlede strømforbrug er lavt sammenlignet med CMOS ved høje frekvenser. Så ECL er hovedsageligt fordelagtig i clock-distributionskredsløb og højfrekvensbaserede applikationer.



Emitter-koblede logiske funktioner

Funktionerne i ECL vil gøre dem brugt i mange højtydende-baserede applikationer.

  • ECL leverer to udgange, som altid er komplementære til hinanden, fordi driften af ​​kredsløbet er baseret på en differentialforstærker.
  • Denne logiske familie er hovedsageligt velegnet til monolitiske fremstillingsmetoder, fordi logiske niveauer er en funktion af modstandsforhold.
  • Enhederne i ECL-familien genererer det rigtige og komplementære output af den foreslåede funktion uden brug af eksterne invertere. Følgelig reducerer det pakkeantallet og strømkravene og mindsker også problemer, der opstår på grund af tidsforsinkelser.
  • ECL-enheder i differentialforstærkerdesign tilbyder bred ydeevnefleksibilitet, så ECL-kredsløb gør det muligt at bruge både som digitale og lineære kredsløb.
  • Designet af ECL-porten har normalt høj og lav indgangsimpedans, hvilket er yderst befordrende for at opnå stor fan-out samt drevkapacitet.
  • ECL-enheder genererer et konstant strømforbrug på strømforsyningen for at forenkle designet af strømforsyningen.
  • Enhederne i ECL, herunder åbne emitter-udgange, tillader dem simpelthen at inkludere transmissionsledningsdrevkapacitet.

Emitter koblet logisk kredsløb

Det emitterkoblede logiske kredsløb for inverteren er vist nedenfor, som er designet med modstande og transistorer. I dette kredsløb er emitterklemmerne på to transistorer simpelthen forbundet til strømbegrænsende modstand RE, som bruges til at undgå, at transistoren går i mætning. Her tages transistorens output fra kollektorterminalen i stedet for emitterterminalen. Dette kredsløb giver to udgange Vout (inverterende output) og Vout2 (ikke-inverterende output) og inputterminalen som Vin, hvor høj eller lav input er givet. +Vcc = 5V.

  Emitter koblet logisk kredsløb
Emitter koblet logisk kredsløb

Hvordan virker emitter-koblet logik?

Betjeningen af ​​emitterkoblet logik er, at hver gang HIGH-indgangen er givet til ECL-kredsløbet, vil den gøre 'Q1'-transistoren ON og Q2-transistoren OFF, men Q1-transistoren er ikke mættet. Så dette vil trække VOUT2 output til HIGH, og værdien af ​​VOUT1 output vil være LAV på grund af faldet inden for R1.

På samme måde, når VIN-værdien givet til ECL er LAV, vil det gøre Q1-transistoren OFF & Q2-transistoren ON. Så Q2 transistoren vil ikke bevæge sig til mætning. Så det vil få VOUT1-outputtet til at blive trukket HØJ værdi, og VOUT2-outputværdien vil være lav på grund af faldet i R2-modstanden.

Lad os se, hvordan transistoren Q1 og Q2 tænder og slukker, når der påføres en spænding.

De to transistorer som Q1 & Q2 i dette kredsløb er forbundet som en differentialforstærker af en fælles emittermodstand.

Spændingsforsyningerne til dette eksempelkredsløb er VCC = 5,0, VBB = 4,0 & VEE = 0 V. Indgangsværdierne på HØJT & LAVT niveau er simpelthen defineret til at være 4,4 V & 3,6V. Faktisk genererer dette kredsløb LAV output & HØJ niveauer, der er 0,6 volt højere; dette korrigeres dog inden for rigtige ECL-kredsløb.

  Emitter koblet logisk eksempel
Emitter koblet logisk eksempel

Når Vin er HØJ, så er Q1-transistoren tændt, dog ikke mættet, og Q2-transistoren er slukket. Så udgangsspænding som VOUT2 trækkes til 5 V gennem R2-modstanden, og det kan vises, at spændingsfaldet over R1-modstanden er omkring 0,8 V, så VOUT1 = 4,2 V (LAV). Derudover VE = VOUT1 – VQ1 => 4,2V – 0,4V = 3,8V, da transistor Q1 er tændt helt.

Når Vin er LAV, vil Q2-transistoren være tændt, men ikke mættet, og Q1-transistoren er slukket. Derfor trækkes VOUT1 til 5,0 V ved hjælp af en R1-modstand & det kan vises, at VOUT2 er 4,2 V. Også VE => VOUT2 – VQ2 => 4,2V – 0,8V => 3,4V, da transistor Q2 er tændt.

I ECL er de to transistorer aldrig i mætning som t Indgangs-/udgangsspændingsudsvingene er ret små som 0,8V og indgangsimpedansen er høj, og udgangsmodstanden er lav. Dette hjælper ECL med at fungere hurtigere med en mindre udbredelsesforsinkelse.

To-indgangs emitter koblet logisk ELLER/NOR portkredsløb

De to input emitter koblede logiske OR/NOR portkredsløb er vist nedenfor. Dette kredsløb er designet ved at modificere ovenstående inverterkredsløb. Ændringen er ved at tilføje en ekstra transistor på indgangssiden.
Betjeningen af ​​dette kredsløb er meget enkel. Når indgangene på både Q1 og Q2 transistorerne er lave, vil output1 (Vout1) få en HØJ værdi. Så denne Vout1 svarer til outputtet fra NOR-porten.

  To indgange ECL ELLER NOR Gate
To indgange ECL ELLER NOR Gate

Samtidig, hvis Q3-transistoren er tændt, vil den få den anden udgang (Vout2) til at være HØJ. Så denne Vou2-udgang svarer til OR-gate-udgangen.

På samme måde, hvis både Q1 & Q2 transistorindgangene er HIGH, vil den tænde for Q1 & Q2 transistorerne og give den lave udgang ved VOUT1 terminalen.

Hvis Q3-transistoren er slukket under denne operation, vil den give høj output ved VOUT2-terminalen. Så sandhedstabellen for OR/NOR gate er givet nedenfor.

Indgange

Indgange ELLER

HELLER IKKE

EN

B Y Y

0

0 0 1

0

1 1

0

1 0 1

0

1 1 1

0

Emitter-koblede logiske karakteristika

ECL's egenskaber omfatter følgende.

  • Sammenlignet med TTL har ECL en hurtigere udbredelsestid fra 0,5 til 2 ns. Men emitterkoblet logisk effekttab er højere sammenlignet med TTL som 30 mW.
  • I/O-spændingerne i ECL har et lille sving som 0,8.
  • Indgangsimpedansen for ECL er høj og udgangsmodstanden er lav; følgelig ændrer transistoren sine tilstande meget hurtigt.
  • ECLs fan-out kapacitet er høj, og gate forsinkelser er lave.
  • O/p-logikken for ECL skifter fra en LAV til en HØJ tilstand, men spændingsniveauerne for disse tilstande vil variere mellem TTL og EC.
  • Støjimmuniteten for ECL er 0,4V.

Fordele og ulemper

Det fordelene ved emitter-koblet logik diskuteres nedenfor.

  • Fanout af ECL er 25, hvilket er bedre sammenlignet med TTL, og det er lavt sammenlignet med CMOS.
  • Den gennemsnitlige udbredelsesforsinkelse for ECL er 1 til 4 ns, hvilket er bedre sammenlignet med både CMOS og
  • TTL. Således kaldes den hurtigste logikfamilie.
  • Når BJT'erne i emitter koblede sig logiske porte arbejder i den aktive region, så har de den maksimale hastighed sammenlignet med alle logiske familier.
  • ECL-gates genererer komplementære output.
  • Strømkoblingsspidser er der ikke i strømforsyningsledningerne.
  • Udgange kan kobles sammen for at give den kablede ELLER-funktion.
  • Parametrene for ECL ændrer sig ikke meget gennem temperaturen.
  • Nr. af funktioner, der er tilgængelige fra en eneste chip, er høj.

Det ulemper ved emitterkoblet logik diskuteres nedenfor.

  • Den har en ekstremt mindre støjmargin, dvs. ±200 mV.
  • Strømtabet er højt sammenlignet med andre logiske porte.
  • For at interface med andre logiske familier er niveauskiftere nødvendige.
  • Fanout begrænser kapacitiv belastning.
  • I forhold til TTL , ECL-porte er dyre.
  • Sammenlignet med CMOS & TTL er ECL-støjimmunitet værst.

Ansøgninger

Anvendelserne af emitterkoblet logik omfatter følgende.

  • Emitterkoblet logik bruges som en logik- og grænsefladeteknologi inden for ekstremt højhastighedskommunikationsenheder som fiberoptiske transceiver-grænseflader, Ethernet- og ATM-netværk (Asynchronous Transfer Mode).
  • ECL er en logikfamilie baseret på BJT, hvor dens højhastighedsdrift kan opnås ved at bruge et relativt lille spændingssving og undgå, at transistorerne bevæger sig ind i mætningsområdet.
  • ECL bruges til fremstilling af ASLT-kredsløb i IBM 360/91.
  • ECL undgår brugen af ​​stablede transistorer ved at bruge en single-ended bias i/p & positiv feedback mellem primære og sekundære transistorer for at opnå en inverterfunktion.
  • ECL bruges i ekstrem højhastighedselektronik.

Dette er således en oversigt over en emitterkoblet logik eller ECL – kredsløb, funktion, funktioner, karakteristika og applikationer. ECL er den meget hurtigste logikfamilie baseret på BJT sammenlignet med andre digitale logikfamilier. Den opnår sin maksimale hastighedsdrift ved at bruge et lille spændingssving og undgår, at transistorerne bevæger sig ind i mætningsområdet. Denne logiske familie giver en utrolig 1ns udbredelsesforsinkelse, og i de seneste ECL-familier er denne forsinkelse reduceret. Her er et spørgsmål til dig, hvad er et alternativt navn til ECL?