《2019集成电路 课件 第四章 ECL电路与I2L电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019集成电路 课件 第四章 ECL电路与I2L电路（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 ECL电路和I2L电路,2019年 韩 良,1,4-1 ECL电路,2019年 韩 良,2,发射极耦合逻辑（ECL）电路是电流型逻辑电路，晶体管不进入饱和区工作，而是在截止和放大两个状态间转换，电平变化幅度小，因而速度快，但功耗大。,2019年 韩 良,3,思考题,1.ECL电路速度快的原因有哪些？ 2.ECL电路为什么要用射极跟随器？ 3.射极跟随器有哪些作用？ 4.参考电压源有什么作用？ 5. ECL电路版图设计有什么特点？,2019年 韩 良,4,4.1.1 ECL电路工作原理 1. ECL电路基本单元-或/或非门,电流开关,参考电压源,射极跟随器,2019年 韩 良,5,4.1
2、.1 ECL电路工作原理 2. 电流开关,T1A 、T1B为输入管， T2为定偏管。工作时VEE=-5.2V 定偏电压： VBB = (VOH + VOL )/2=-1.3V,输入信号的高低电平各为VIH=-0.92V, VIL=-1.75V。,当A、B都输入低电平时，T1A,T1B的基极都是-1.75V，,2019年 韩 良,6,4.1.1 ECL电路工作原理 2. 电流开关,而此时T2的基极电平更高些(-1.3V)，故T2导通并将其发射极点平钳位在VE=VBB-VBE=-2.07V(假定发射结的正向导通压降为0.77V)。,这时T1A,T1B的发射结上只有0.32V，故T1A,T1B截至，
3、 T2导通。C1为高电平，C2为低电平。,2019年 韩 良,7,4.1.1 ECL电路工作原理 2. 电流开关,当A、B有高输入电平时，假定A为高电平，,T1A的基极为-0.92V,高于VBB,所以T1A导通并将发射极电平钳在VE=VIH-VBE=1.69V。,此时，加在T2发射结上的电压只有0.39V，故T2截至，C1为低电平，C2为高电平。,2019年 韩 良,8,4.1.1 ECL电路工作原理 2. 电流开关,此电路的作用相当于一个电流开关，时而把电流拨给输入管，时而又把电流拨给T2管。,2019年 韩 良,9,4.1.1 ECL电路工作原理 2. 电流开关,RPA 、RPB是为了防止
4、输入浮空效应。,改进：用恒流源代替RE,在两种状态中，电流IRE的值不同，因而为了使两端输出低电平一致，RC1 、RC2应取不同的值。 VOH =0V VOL= -IC1 RC1 = -IC2 RC2,2019年 韩 良,10,4.1.1 ECL电路工作原理 2. 电流开关,问题：电流开关虽然完成了逻辑功能，但是直接级联时会使输入晶体管进入饱和，失去高速的特点。 例如：VA输入高电平0V, T1A导通，VC1输出低电平（小于0V），因而T1A饱和导通。,2019年 韩 良,11,4.1.1 ECL电路工作原理 2. 电流开关,2019年 韩 良,12,4.1.1 ECL电路工作原理 3.射级跟
5、随器,VOH = -Vbe3 = -Vbe4,VOL = -Vbe3 -IC1 RC1 = -Vbe4 -IC2 RC2,VL = IC1 RC1 = IC2 RC2,为了实现前后级耦合时电平匹配，要求： 取VL=Vbe,T3 、T4进行电平移位,典型值：VOH -0.9 V VOL -1.7V VBB -1.3 V,-VEE,or,nor,2k,2k,C1,C2,T3,T4,RO3,RO4,2019年 韩 良,13,4.1.1 ECL电路工作原理 3.射级跟随器（续）,可以开射级输出，更好地实现系统匹配。,可以接多个射级跟随器，实现更多个输出。,具有电流放大作用，提高了负载能力。,2019年
6、 韩 良,14,4.1.1 ECL电路工作原理 4.参考电压源,对参考电压的要求: VBB = (VOH + VOL )/2 = (-2Vbe - IC1 RC1)/2 = -3Vbe/2,适当选取电阻R1 、R2的值即可达到要求值。,2019年 韩 良,15,4.1.2 ECL电路的特点,1.所有晶体管都不进入饱和区工作，没有超量存储电荷，速度快； 2.逻辑摆幅小，节点电容充放电幅度小，速度快； 3.功耗大，噪声容限低。但是两种工作状态下的电源电流几乎相同，内部噪声小。,2019年 韩 良,16,4.1.3 ECL电路逻辑扩展 1. ECL或与非/或与门,2019年 韩 良,17,4.1.3
7、 ECL电路逻辑扩展 2. ECL与/与非门,需要参考电压源提供两个相应的参考电压，输入信号也需要进行电平匹配。,2019年 韩 良,18,4.1.3 ECL电路版图设计特点,1.晶体管采用条状结构，较小基极电阻，降低噪声，尽量减小尺寸，以便提高特征频率。 2.输出晶体管形状、尺寸要相同，放在等温线上，以便减小特性差异。 3. 精度高、比例关系强的电阻条宽要相等，宽度适当，并行排放。精度不高的高阻值电阻采用沟道电阻。电阻的排放要注意温场。,2019年 韩 良,19,4-2 I2L电路,2019年 韩 良,20,集成注入逻辑（Integrated Injection Logic, I2L）电路占
8、用芯片面积小，功耗低，但速度慢，驱动能力弱。,2019年 韩 良,21,思考题,1.I2L电路的集成度为什么会很高？ 2.I2L电路的速度为什么会很慢？ 3.进行I2L电路版图设计时应注意那些问题？,2019年 韩 良,22,4.2.1 I2L基本单元电路结构及特点,单元内公用电极多，没有内连线，没有电阻，不需要隔离，单输入多输出的倒相器。倒置NPN,2019年 韩 良,23,4.2.2 I2L基本单元工作原理 1. 注入电流的产生,VP加一个大于pn结正向导通压降的电压，横向PNP管导通，产生注入电流。,2019年 韩 良,24,4.2.2 I2L基本单元工作原理 2. 导通态,如果输入为1
9、（或前级I2L 截止），空穴在NPN管基区（PNP管集电区）堆积，使NPN管饱和导通（PNP管深饱和）。VOL0.05V,2019年 韩 良,25,4.2.2 I2L基本单元工作原理 3. 截止态,如果输入对地短路（或前级I2L 导通），空穴被从NPN管基极抽走，使NPN管截止（PNP管临界饱和）。VOH0.7V (被后级同类们箝位）,2019年 韩 良,26,4.2.2 I2L基本单元工作原理 3. 截止态,如果输入对地短路（或前级I2L 导通），空穴被从NPN管基极抽走，使NPN管截止（PNP管临界饱和）。VOH0.7V (被后级同类们箝位）,2019年 韩 良,27,4.2.3 I2L基
10、本单元正常工作的条件,Q1输出低电平时， Q3处于深饱和，IB1=3深饱IP； Q1处于深饱和， Q4处于临界饱和， Q1要吸收后级(Q4)全部的灌入电流， IC1=NO4临饱IP,为了能够全部吸收，要求：1 IB1 IC1 ， 而 23深饱4临饱 因此： 1 2 NO,为了提高驱动能力应提高NPN管值或减少扇出。,管子饱和，速度慢。,2019年 韩 良,28,4.2.4 I2L电路的逻辑组合 1. 输出可以直接“线与”,2019年 韩 良,29,4.2.4 I2L电路的逻辑组合 2. 半加器电路,2019年 韩 良,30,4.2.5 I2L电路的版图设计 1. 注入条的设计,所有单元可以公用
11、一条注入条（接电源），注入条应尽可能窄（较小纵向注入浪费），开孔并用不间断的金属覆盖，长度要适当，金属要足够宽（电源等位）,2019年 韩 良,31,4.2.5 I2L电路的版图设计 2.有效基区宽度：,基区条正对注入条的宽度为有效基区宽度，注入电流的大小与之成正比。宽度越大，注入电流越大，驱动能力就越大，但影响集成度。,2019年 韩 良,32,4.2.5 I2L电路的版图设计 2.基极引线孔的位置：,基极引线孔的位置就是输入端，一般可根据方便单元间的互连关系来设计它的位置。但是，基极引线孔的位置离注入条越远，速度越慢。,2019年 韩 良,33,4.2.5 I2L电路的版图设计 3. 多集电区的设计,NPN管的集电区离注入条越远，集电极电流密度越小，电流增益下降，可以适当增大远离注入条的集电区面积来弥补。,2019年 韩 良,34,作业(不交)：1.参考下图说明ECL电路的组成及各部分的作用和工作原理。,2019年 韩 良,35,作业(不交)：,2. I2L电路的集成度为什么会很高？ 速度为什么会慢？,2019年 韩 良,36,
