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1、2.3 其他类型的双极型数字集成电路在双极型数字集成电路中，TTL 电路只是其中的一种。从数字电路的发展来看，还有早期的二极管一三极管逻辑(DiodeTransistor Logic，DTL)，现已被 TTL 电路取代；另一种高阀值逻缉(High Thresh0ld Logic，HTL)电路目前也几乎被 CMOS 电路所取代。目前使用较多的还有双极型数字逻辑电路是发射极耦合逻辑(Emitter Coupled logic，ECL)电路，由于 ECL 电路中的三极管工作在非饱和状态，所以是一种非饱和型的高速逻辑电路，可达到极高的工作速度。另一种集成注人逻辑(Integrated Injectio
2、n Logic，I 2L)是适用于制造大规模数字集成电路的新电路。本节只对 ECL 和 I2L 两种电路作简要介绍。2.3.1 ECL 电路的结构与工作原理典型 ECL 或或非门的基本单元电路及其逻辑符号如 图 2-3-l 所示，它是由三部分组成，图中用虚线隔开。第一部分是由 VT4 管与 VTlVT3 构成的差动放大器，VT4 管的输入信号是通过射极电阻 Re 耦合过来的，所以称为射极耦合逻辑电路。这部分电路是 ECL 或或非门的核心部分，用来实现或非门的逻辑功能。第二部分是由 VT5、VT6 构成的射极跟随器，作为电路的两个互补输出端，它们不仅是电路的驱动器，而且还起到电平转换的作用。第三
3、部分是参考电压源，给三极管 VT4 提供稳定的基极基准电压 UBB。1电路的工作原理 （P63）2 ECL 或或非门的电压传输特性图 2-3-2 所示是图 2-3-1 ECI 或或非门的电压传输特性曲线。曲线的转折区发生在 ui-1.2 一 -1.4V 的地方。转折区的中点约在 ui-1.15V 处。从传输特性可知，ECL 电路的抗于扰能力低，只有 02V 左右。3ECL 电路的主要特点与 TTL 电路相比，ECL 电路具有如下优点：由于 ECL 门电路中的三极管导通时为非饱和状态，导通时均未进入饱和状态，根本上消除了饱和导通产生的电荷存储效应，而且电路的电阻取值较小，逻辑高低电平变化幅度小，
4、因而其工作速度是各种集成门电路中最高的，传输时间可缩短至 01ns 以内。同时具有或、或非两个互补输出，使用方便、灵活。因为输出端采用射极跟随器，输出阻抗低，带负载能力强，扇出系数 No 可达 25 一100。由于设计时电路在开关工作状态下的电源电流基本不变，所以电路内部的开关噪声很低。ECL 电路的主要缺点也是很突出的：噪声容限低。逻辑高、低电平的摆幅只有 0.8V，噪声容限只有 0.2V，故抗干扰能力差。电路功耗大。由于电路中电阻值较小，并且三极管在导通时工作在非饱和状态，每个门的平均功耗可达 100mW 以上，从电路工作情况来说，这将限制电路的集成度。因此，目前的 ECL 产品限于中、小
5、规模集成电路中，主要用于高速、超高速数字系统中。输出电平的稳定性较差。因为射极跟随器输出电平直接与三极管 VT5、VT6 的发射结压降有关，所以输出电平对电路参数和环境温度的改变都比较敏感。2.3.2 I2L 电路 TTL 和 ECL 单元电路的功耗都比较大，而且电路复杂，无法满足大规模集成电路的需要，而 20 世纪 70 年代初研制的 I2L 电路较好地解决了这一问题，因而特别适于制作大规模集成电路。1I 2L 电路结构和工作原理。 I2L 的基本单元由一个 NPN 多集电极三极管和一个 PNP 三极管构成的电流源所组成的反相器，其电路结构和等效电路如 图 2-3-3 所示。多集电极的几个集
6、电区相互隔离，在逻辑功能上都相当于输入信号的倒相。 电路采用合并三极管结构，如图(a)所示，以缩小每个单元电路所占的面积，所以 IIL 又称为合并三极管逻辑(Merged Transistor Logic，MTL)电路。PNP 管 VTl 的基极接地，是共基极电路，它工作在恒流状态，电流由 VTl 的发射极注入，故称为集成注入逻辑电路。在等效电路图(b)中，用恒流源 Io 代替三极管 VTl。在实际电路中，PNP 管也可做成多集电极形式，以便驱动多只 NPN 三极管。NPN 管 VT2 的基极为信号输入端，当输入端 A 为低电平 UiL0.1V 时，注入电流 Io 从输入端流出，VT2 截止，
7、VT2 的所有集电极处于高电平，如果集电极输出端与下级的输入端连接，则 VT2 集电极电位将被钳位在 07V，所以 YlY3 的输出高电平 UoH0.7V。反之，当输入端悬空或接大电阻时，Io 流入 VT2 基极，使 VT2 处于深饱和，YlY3 输出低电平uoL0.1V，所以，IIL 基本单元电路实现了非的逻辑功能。IIL 基本单元电路是一个多输出的反相器，而且集电极是开路的，因此可以将不同单元电路的输出端通过“线与”方式并联在一起，很方便地实现所需要的逻辑功能。图 2-3-4 利用 3 个基本单元电路实现了或逻辑渤或非逻辑，图中 VTl 与 VT2 的集电极并联在一起，实现“线与”功能，输出为或非逻辑万雨，这个输出信号经 VT3 倒相，实现或逻辑 A 十B。2I 2L 电路的特点I2L 电路的主要优点如下：电路简单，没有内部电阻，所以在双极型电路中集成度最高，可达 500 门mm2 以上，而 TTL 电路仅为 20 门mm2。功耗低，可在 lV 以下电源工作，工作电流可低至 lnA，是双极型数字集成电路中功耗最低的一种。I2L 电路也存在如下的缺点：输出电压幅度小，抗干扰能力差。开关速度较慢，工作速度低。基于上述原因，IIL 电路主要用于制作大规模集成电路的内部逻辑电路，并直接在 IIL 大规模集成电路芯片上制作与 TTL 电平相兼容的接口电路，以提高电路的抗干扰能力。
