Logica cuplată emițătorului: circuit, funcționare, ca poartă SAU/NOR și aplicațiile sale

Logica cuplată emițătorului: circuit, funcționare, ca poartă SAU/NOR și aplicațiile sale

ECL (logica cuplată emițătorului) a fost inventată pentru prima dată la IBM în august 1956 de Hannon S. Yourke. Această logică este cunoscută și sub denumirea de logică în mod curent, utilizată în computerele IBM 7090 și 7094. Familia ECL este foarte rapidă în comparație cu logica digitala familiile. În general, această familie logică oferă o întârziere de propagare mai mică de 1 ns. Este o familie logică bazată pe tranzistori cu joncțiune bipolară. Este cel mai rapid circuit al familiei logice care este accesibil pentru proiectarea unui sistem logic convențional. Acest articol discută o prezentare generală a unui emițător cuplat logic-circuit , lucrând cu aplicații.




Ce este logica cuplată emițătorului?

Logica cuplată cu emițător este cea mai bună BJT -familie logică bazată pe utilizată în proiectarea unui sistem logic convențional. Uneori, se mai numește și logica modului curent, care este o tehnologie digitală de foarte mare viteză. În general, ECL este considerat cel mai rapid circuit integrat logic unde își realizează funcționarea de mare viteză prin utilizarea unei variații de tensiune foarte mică și, de asemenea, evitând tranzistorii să intre în regiunea de saturație.

O implementare a ECL utilizează o tensiune de alimentare pozitivă care este cunoscută sub numele de PECL sau ECL cu referință pozitivă. În porțile ECL timpurii, este utilizată o sursă de tensiune negativă datorită imunității la zgomot. După aceea, ECL cu referință pozitivă a devenit foarte faimos datorită nivelurilor sale logice mai compatibile în comparație cu familiile logice TTL.





Logica cuplată la emițător disipează o cantitate imensă de putere statică, cu toate acestea, consumul total de curent este scăzut în comparație cu CMOS la frecvente inalte. Deci, ECL este benefic în principal în circuitele de distribuție a ceasului și aplicațiile bazate pe frecvență înaltă.

Caracteristici logice cuplate cu emițător

Caracteristicile ECL le vor face folosite în multe aplicații bazate pe performanță înaltă.



  • ECL oferă două ieșiri care se completează una cu cealaltă, deoarece funcționarea circuitului se bazează pe un amplificator diferenţial.
  • Această familie logică este potrivită în principal pentru metodele de fabricație monolitică, deoarece nivelurile logice sunt o funcție de raporturile rezistențelor.
  • Dispozitivele familiei ECL generează ieșirea corectă și complementară a funcției propuse fără a utiliza invertoare externe. În consecință, scade numărul de pachete și cerințele de putere și, de asemenea, scade problemele care apar din întârzieri.
  • Dispozitivele ECL cu design de amplificator diferențial oferă o flexibilitate largă de performanță, astfel încât circuitele ECL permit utilizarea atât ca circuite digitale, cât și ca circuite liniare.
  • Designul porții ECL are în mod normal o impedanță de intrare ridicată și scăzută, ceea ce este extrem de favorabil pentru obținerea unui ventilator mare, precum și a capacității de acționare.
  • Dispozitivele ECL generează un consum constant de curent pe sursa de alimentare pentru a simplifica proiectarea sursei de alimentare.
  • Dispozitivele ECL, inclusiv ieșirile emițătorului deschis, le permit pur și simplu să includă capacitatea de transmisie a liniei de transmisie.

Circuit logic cuplat cu emițător

Circuitul logic cuplat la emițător pentru invertor este prezentat mai jos, care este proiectat cu rezistențe și tranzistori. În acest circuit, bornele emițătorului a două tranzistoare sunt pur și simplu conectate la rezistența de limitare a curentului RE, care este utilizată pentru a evita intrarea tranzistorului în saturație. Aici ieșirea tranzistorului este preluată de la borna colectorului în loc de la borna emițătorului. Acest circuit oferă două ieșiri Vout (ieșire inversabilă) și Vout2 (ieșire fără inversare) și terminalul de intrare precum Vin unde este dată intrarea înaltă sau scăzută. +Vcc = 5V.

  Circuit logic cuplat cu emițător
Circuit logic cuplat cu emițător

Cum funcționează logica cuplată emițătorului?

Funcționarea logicii cuplate la emițător este că, ori de câte ori intrarea HIGH este dată circuitului ECL, atunci tranzistorul „Q1” va activa și tranzistorul Q2 OFF, dar tranzistorul Q1 nu este saturat. Deci, aceasta va trage ieșirea VOUT2 la HIGH și valoarea ieșirii VOUT1 va fi LOW din cauza scăderii în R1.

În mod similar, atunci când valoarea VIN dată lui ECL este LOW, atunci va face tranzistorul Q1 OFF și tranzistorul Q2 ON. Deci, tranzistorul Q2 nu se va muta în saturație. Deci, va face ca ieșirea VOUT1 să fie trasă la valoare HIGH, iar valoarea de ieșire VOUT2 va fi scăzută din cauza scăderii rezistenței R2.

Să vedem cum se pornește și se oprește tranzistorul Q1 și Q2 atunci când se aplică o tensiune.

Cele două tranzistoare precum Q1 și Q2 din acest circuit sunt conectate ca un amplificator diferențial printr-un rezistor emițător comun.

Sursele de tensiune pentru acest circuit exemplu sunt VCC = 5,0, VBB = 4,0 și VEE = 0 V. Valorile de intrare de nivel HIGH & LOW sunt pur și simplu definite a fi 4,4 V și 3,6 V. De fapt, acest circuit generează niveluri LOW și ÎNALTE care sunt cu 0,6 Volți mai mari; totuși, acest lucru este corectat în circuitele ECL reale.

  Exemplu de logică cuplată cu emițător
Exemplu de logică cuplată cu emițător

Odată ce Vin este HIGH, atunci tranzistorul Q1 este pornit, dar nu este saturat și tranzistorul Q2 este oprit. Deci, tensiunea de ieșire precum VOUT2 este trasă la 5 V prin rezistorul R2 și se poate demonstra că scăderea de tensiune pe rezistorul R1 este de aproximativ 0,8 V, astfel încât VOUT1 = 4,2 V (LOW). În plus VE = VOUT1 – VQ1 => 4.2V – 0.4V = 3.8V deoarece tranzistorul Q1 este pornit complet.

Odată ce Vin este LOW, tranzistorul Q2 va fi pornit, dar nu este saturat și tranzistorul Q1 este OPRIT. Prin urmare, VOUT1 este tras la 5.0 V folosind un rezistor R1 și se poate demonstra că VOUT2 este de 4.2 V. De asemenea, VE => VOUT2 – VQ2 => 4.2V – 0.8V => 3.4V deoarece tranzistorul Q2 este pornit.

În ECL, cele două tranzistoare nu sunt niciodată în saturație ca t El variațiile de tensiune de intrare/ieșire sunt destul de mici, cum ar fi 0,8v iar impedanța de intrare este mare și rezistența de ieșire este scăzută. Acest lucru ajută ECL să funcționeze mai rapid, cu un timp de întârziere de propagare mai mic.

Circuit de poartă cu două intrări cu emițător cuplat SAU/NOR

Circuitul porții logice SAU/NOR cuplate cu două intrări emițătoare este prezentat mai jos. Acest circuit este proiectat prin modificarea circuitului invertorului de mai sus. Modificarea se face prin adăugarea unui tranzistor suplimentar pe partea de intrare.
Funcționarea acestui circuit este foarte simplă. Când intrările aplicate la ambele tranzistoare Q1 și Q2 sunt scăzute, atunci ieșirea 1 (Vout1) va ajunge la o valoare HIGH. Deci, acest Vout1 corespunde ieșirii porții NOR.

  Poarta ECL SAU NOR cu două intrări
Poarta ECL SAU NOR cu două intrări

Simultan, dacă tranzistorul Q3 este pornit, atunci a doua ieșire (Vout2) va fi HIGH. Deci, această ieșire Vou2 corespunde ieșirii porții SAU.

În același mod, dacă ambele intrări ale tranzistoarelor Q1 și Q2 sunt HIGH, atunci va porni tranzistoarele Q1 și Q2 și va furniza ieșirea scăzută la terminalul VOUT1.

Dacă tranzistorul Q3 este oprit în timpul acestei operațiuni, atunci acesta va oferi o ieșire ridicată la terminalul VOUT2. Deci, tabelul de adevăr pentru poarta OR/NOR este prezentat mai jos.

Intrări

Intrări SAU

NICI

A

B Y Y

0

0 0 1

0

1 1

0

1 0 1

0

1 1 1

0

Caracteristici logice cuplate cu emițător

Caracteristicile ECL includ următoarele.

  • În comparație cu TTL, ECL are un timp de propagare mai rapid, variind de la 0,5 la 2 ns. Dar, disiparea puterii logice cuplate cu emițător este mai mare în comparație cu TTL, cum ar fi 30 mW.
  • Tensiunile I/O ale ECL au o variație mică, cum ar fi 0,8.
  • Impedanța de intrare a ECL este mare și rezistența de ieșire este scăzută; în consecință, tranzistorul își schimbă stările foarte repede.
  • Capacitatea de evaporare a ECL-urilor este mare, iar întârzierile de poartă sunt scăzute.
  • Logica o/p a ECL se schimbă de la o stare LOW la o stare HIGH, dar nivelurile de tensiune pentru aceste stări vor varia între TTL și EC.
  • Imunitatea la zgomot a ECL este de 0,4 V.

Avantaje și dezavantaje

The avantajele logicii cuplate cu emițător sunt discutate mai jos.

  • Fanout-ul ECL este 25, ceea ce este mai bun în comparație cu TTL și este scăzut în comparație cu CMOS.
  • Timpul mediu de întârziere de propagare a ECL este de 1 până la 4 ns, ceea ce este mai bun în comparație cu CMOS și
  • TTL. Astfel este numită cea mai rapidă familie logică.
  • Când BJT-urile din emițător s-au cuplat porți logice lucrează în regiunea activă, atunci au viteza maximă în comparație cu toate familiile logice.
  • Porțile ECL generează ieșiri complementare.
  • Picurile de comutare de curent nu sunt acolo în cablurile de alimentare.
  • Ieșirile pot fi cuplate împreună pentru a oferi funcția SAU cu fir.
  • Parametrii ECL nu se modifică mult prin temperatură.
  • Nu-ul. de funcții accesibile de pe un singur cip este mare.

The dezavantajele logicii cuplate cu emițător sunt discutate mai jos.

  • Are o marjă de zgomot extrem de redusă, adică ±200 mV.
  • Disiparea puterii este mare în comparație cu alte porți logice.
  • Pentru a interacționa cu alte familii logice, sunt necesare schimbători de nivel.
  • Fanout limitează încărcarea capacitivă.
  • În comparație cu TTL , porțile ECL sunt scumpe.
  • În comparație cu CMOS și TTL, imunitatea la zgomot ECL este cea mai proastă.

Aplicații

Aplicațiile logicii cuplate cu emițător includ următoarele.

  • Logica cuplată cu emițător este utilizată ca tehnologie de logică și interfață în dispozitivele de comunicații de mare viteză, cum ar fi interfețele transceiver cu fibră optică, rețelele Ethernet și ATM (Mod de transfer asincron).
  • ECL este o familie logică bazată pe BJT în care funcționarea sa de mare viteză poate fi realizată prin utilizarea unei variații de tensiune relativ mică și evitând mutarea tranzistorilor în regiunea de saturație.
  • ECL este utilizat la realizarea circuitelor ASLT în cadrul IBM 360/91.
  • ECL evită utilizarea tranzistoarelor stivuite prin utilizarea unei polarizări i/p cu un singur capăt și feedback pozitiv între tranzistoarele primare și secundare pentru a obține o funcție de invertor.
  • ECL este utilizat în electronice de viteză extrem de mare.

Astfel, aceasta este o privire de ansamblu asupra unei logici cuplate cu emițător sau ECL – circuit, funcționare, caracteristici, caracteristici și aplicații. ECL este cea mai rapidă familie de logică bazată pe BJT în comparație cu alte familii de logică digitală. Își atinge viteza maximă de funcționare folosind o mică variație de tensiune și evitând mutarea tranzistorilor în regiunea de saturație. Această familie logică oferă o întârziere incredibilă de propagare de 1 ns, iar în cele mai recente familii ECL, această întârziere este redusă. Iată o întrebare pentru tine, care este un nume alternativ pentru ECL?