《发射极耦合逻辑ECL电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发射极耦合逻辑ECL电路（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5章- 5.1 ECL电路的工作原理河北工业大学信息工程学院李薇薇集成电路原理与设计集成电路原理与设计回顾：TTL电路输入级输入级多发射极多发射极晶体管晶体管反抽反抽作用作用提高电路提高电路开关速度开关速度STTLASTTL肖特基箝肖特基箝位晶体管位晶体管新工艺新工艺抑制抑制晶体管晶体管过饱和过饱和寄生寄生电容电容进一步提高开关速率进一步提高开关速率TTL自身不能克服的问题自身不能克服的问题“饱和饱和”怎么办？怎么办？展望：ECL电路为了为了适应数字系统在超高速方面的需求适应数字系统在超高速方面的需求非饱和形式的开关电路非饱和形式的开关电路各点电平变化幅度小，没有因采用箝位而带来的附加寄生电
2、容各点电平变化幅度小，没有因采用箝位而带来的附加寄生电容工作时晶体管在放大和截止两个状态间转换，不进入饱和区工作时晶体管在放大和截止两个状态间转换，不进入饱和区改进电路结构和采用新工艺，功耗可降至几毫瓦的数量级改进电路结构和采用新工艺，功耗可降至几毫瓦的数量级ECL电路的基本结构基本门：或基本门：或/ /或非门或非门E10kE10k系列基本门组成系列基本门组成电流开关电流开关电流开关电流开关 参考电压源参考电压源参考电压源参考电压源 射极输出器射极输出器射极输出器射极输出器 一、射极耦合电流开关 n实质：一边为固定输入一边为固定输入Vbbn特点：另一边为大信号多输入端的射另一边为大信号多输入端
3、的射极耦合差分级极耦合差分级 只对信号起传递作用只对信号起传递作用,所以负反馈很强所以负反馈很强使使ECL电路输入阻抗很高，晶体管稳定可靠地工作在放大区电路输入阻抗很高，晶体管稳定可靠地工作在放大区RP是由基区沟道电阻做成的输入下拉电阻，为输入晶体管的是由基区沟道电阻做成的输入下拉电阻，为输入晶体管的反向漏电提供通路，并保证了不用的输入端固定在反向漏电提供通路，并保证了不用的输入端固定在0电平。电平。射极耦合电流开关工作原理输入端A、B开路，无基极电流 假定：Q1A，Q1B截止，Q2导通 它们的公共发射极节点E的电位 射极耦合电流开关工作原理A端或端或B端输入高电平端输入高电平VOH（VOHV
4、BB）假定：故故VbeAVbe2，Q1A导通导通 Q1A一旦导通，流过发射极电阻一旦导通，流过发射极电阻RE的的电流就增加，使电流就增加，使VE升高升高 Vbe2VBBVE降低。迫使降低。迫使Q2管截止管截止 结论：当输入端当输入端A或或B有一个是高电平时，有一个是高电平时，则相应的输入管导通，定偏晶体管截则相应的输入管导通，定偏晶体管截止止输出低电平输出低电平输出高电平输出高电平射极耦合电流开关工作原理A端和端和B端都为输入低电平端都为输入低电平VOL（VOLVBB ）假定：输入管截止，定偏管导通输入管截止，定偏管导通 输出低电平输出低电平输出高电平输出高电平结论：按照或和或非逻辑定义，可以
5、看出，按照或和或非逻辑定义，可以看出，VC1和输入端是或非逻辑关系，而和输入端是或非逻辑关系，而VC2和和输入端是或逻辑关系。输入端是或逻辑关系。因此，称输入管的公共集电极为或非输因此，称输入管的公共集电极为或非输出端，定偏管的集电极为或输出端。出端，定偏管的集电极为或输出端。 电路的作用：Vi由由0变变1时，输入管导通，定偏管截止，电流时，输入管导通，定偏管截止，电流IE全部流经全部流经输入管；输入管； Vi由由1变变0时，定偏管导通，输入管截止，电流全时，定偏管导通，输入管截止，电流全部流经定偏管部流经定偏管 ；相当于一个电流开关，时而把电流拨给输入管相当于一个电流开关，时而把电流拨给输入
6、管Q1，时而又，时而又把电流拨给定偏管把电流拨给定偏管Q2。两种情况下电流两种情况下电流IE差别不大，相当于一个恒流源。差别不大，相当于一个恒流源。二、射极输出器 没有射极输出器的电流开关，实际上不能应用没有射极输出器的电流开关，实际上不能应用? ?电流开关的输出高电平是电流开关的输出高电平是0V，当它加到后续输入端，当它加到后续输入端时，后级门输入管导通时，后级门输入管导通 集电极电位集电极电位输入管集电极电位比基极输入管集电极电位比基极低，输入管饱和，使电路低，输入管饱和，使电路失去了高速的优点失去了高速的优点 结论：实用的电流开关必须加射实用的电流开关必须加射极跟随器，以解决前后级极跟随
7、器，以解决前后级互相耦合的问题互相耦合的问题 射极输出器的第一个作用：电平位移射极输出器的第一个作用：电平位移加上射极跟随器后，“或非”和“或”输出端分别为Q3、Q4管的发射极，此时输出高、低电平都位移了一个be结压降Vbe 或非端：或端：实际要求同一块电路的同一块电路的“或或”和和“或非或非”两个输两个输出端的输出高电平及低电平数值对应相出端的输出高电平及低电平数值对应相等等 电路设计要求ECL电路的逻辑摆幅 前级门的输出高电平前级门的输出高电平 加到后级门的加到后级门的A输入端输入端 Q1A导通导通 限制限制 VC1 VLVbeVA 输入管集电极电位永不会低于基极输入管集电极电位永不会低于
8、基极 保证了输入管工作点不会进入饱和区保证了输入管工作点不会进入饱和区 射极跟随输出器的第二个作用：射极跟随输出器的第二个作用：放大输出电流，增加负载能力放大输出电流，增加负载能力 三、参考电压源nECL电路的逻辑摆幅小，抗干扰能力低电路的逻辑摆幅小，抗干扰能力低 高低温下高低温下电路如何电路如何可靠地工可靠地工作？作？定偏电源定偏电源Vbb在温度变化时能在温度变化时能保持在高低电平的中点附近保持在高低电平的中点附近 解决办法：结论： 只要定偏电压只要定偏电压Vbb满足条件，在温度变化时，一直满足条件，在温度变化时，一直能保持在高低电平中心，保证能保持在高低电平中心，保证VNLVNH 总结：E
9、CL电路工作原理n射极耦合电流开关 ：n射极输出器 ：射极输出器射极输出器Q3，Q4的作用有三个的作用有三个 ：相当于一个电流开关，时而把电流拨给输入管相当于一个电流开关，时而把电流拨给输入管Q1，时而，时而又把电流拨给定偏管又把电流拨给定偏管Q2 ，使得使得Q1和和Q2轮流导通。轮流导通。保持输出相位不变、逻辑关系不变保持输出相位不变、逻辑关系不变 进行电平位移进行电平位移 ，使前级的输出电平和后级的输入电平数值匹配，使前级的输出电平和后级的输入电平数值匹配 提高负载能力、扩大逻辑功能提高负载能力、扩大逻辑功能 总结：ECL电路工作原理n 参考电压源 ：定偏电源定偏电源VBB在温度变化时能保
10、持在高低电平的中点附近在温度变化时能保持在高低电平的中点附近 。保证在高低温下电路能可靠地工作。保证在高低温下电路能可靠地工作。 参考电压源虽不是参考电压源虽不是ECL电路的主要部分，但却决定着电电路的主要部分，但却决定着电路逻辑电平的位置、阈值电压和抗干扰能力，特别在电路逻辑电平的位置、阈值电压和抗干扰能力，特别在电路工作于超高速的情况下，这些问题尤为突出。路工作于超高速的情况下，这些问题尤为突出。 5.2 ECL电路的逻辑扩展 与TTL电路相比，ECL电路具有很大的逻辑灵活性。ECL电路的基本门同时具有或或非输出，使ECL门电路的逻辑功能较强，而且通过增加输出射极跟随器，可以使ECL电路同
11、时具有几个“或”和“或非”端输出。把两个ECL基本门的定偏管内部集电极“点与”，而把“或非”端输出射随器的发射极“线或”，可得或与非/或与门电路。具有多个“或”和“或非”端输出的ECL电路（a）电路图；（b）逻辑图5.3 ECL电路的版图设计特点5.3.1 划分隔离区因为隔离结的面积较大，其寄生电容对电路的延迟有影响。5.3.2 元器件的设计（1）要求电阻RC1、RC2和RE的条宽一样，且平行排列在一起。（2）要设计条状小尺寸的晶体管。（3）所有输出管的形状和尺寸都应相同且排列在同一隔离区。（4）为保证电路高速，常采用高光刻精度、泡发射区、浅结扩散、薄层外延等难度较高的工艺。5.3.3 布局布
12、线ECL电路版图设计的特点： (1)由于输出管流过的电流较大，为了便于散热和使管芯的热分布均匀，将电路的四对输出管排列在版图的两边。(2)因为电路在较高的速度下工作，为了防止两个单门工作时相互干扰，分别将它们排布在版图的两侧。同一单门的输入管和定偏管以及每对输出管安排在相邻的位置，且排列方向一致。两对集电极电阻以及两个射极电阻，也均排列在相邻位置且排列方向一致、以减小工艺、材料和温度的误差，以便获得对称的互补输出。 (3)两个门的参考电源安排在版图的中间，以缩短布线长度。(4)为了防止系统内部各部分问的相互干扰，版图中安排了两根地线，其中VCC1专为输出晶体管设置，而门的功能部分则用另一根地线VCC2。Thanks!
