ЭСЛ технология

Цифровые микросхемы эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) имеют наибольшее быстродействие, достигшее в настоящее время субнаносекундного диапазона. Особенность ЭСЛ в том, что схема логичес­кого элемента строится на основе интегрального дифференциального усилителя (ДУ), транзисторы которого могут переключать ток и при этом никогда не попадают в режим насыщения. Поэтому такие схемы самые быстродействующие.

Рис.2-12 Схема элемента ЭСЛ

На рис.2-12 а показана основа логического элемента DD1—переклю­чатель тока I₀. Если входным сигналом Uвх открыть транзистор VТ1, через него потечет весь ток I₀, вытекающий из общей точки связанных эмиттеров Э. На коллекторе транзистора VТ1 окажется напряжение низкого уровня. В этот момент транзистор VТ2 тока не имеет, он вы­нужденно находится в состоянии отсечки. На его коллекторе присутству­ет напряжение высокого уровня.

Наличие генератора стабильного тока (ГСТ) принципиально, с его помощью строго фиксируются выходные логические уровни.

В отличие от аналоговых применений дифференциального усилите­ля, когда стремятся использовать разность напряжений Uвых между коллекторами, цифровая микросхема, переключающая ток I₀, снабжается двумя инверсными выходами логических уровней, где выделяются напряжения высокого и низкого уровней.

На рис.2-12б показан простейший одновходовый элемент ЭСЛ. Новым в развитии элемента DD1 (рис. а) здесь является источник опор­ного напряжения U_оп. Это напряжение фиксирует порог срабатывания переключателя тока. Тем самым дифференциальный усилитель превра­щается в логический элемент. У него теперь два состояния выходов, ко­торые переключаются лишь при условиях: U_вх>U_оп или U_вх<Uоп. Од­нако при проектировании ЭСЛ ставилась задача: получить сверхскорост­ную логику. В схеме (рис.2-12 б) этого достичь нельзя, так как выход­ное сопротивление выходов Q и Q велико, оно приближается к величине R_н. Для снижения выходного сопротивления к коллекторным выхо­дам подключаются эмиттерные повторители, работающие в линейном режиме . Теперь выходное сопро­тивление эмиттерного выхода значительно уменьшается:

R_вых=R_k/(B+1),

где (В+1)—коэффициент усиления транзистора—эмиттерного повто­рителя по току. Эмиттерные выходы чаще делаются “открытыми”, что­бы можно было их соединять в элементы “монтажное ИЛИ”.. Сопротивление внешнего нагрузочного резистора Rэн можно выбрать от 300 Ом до 30 кОм.

Принципиальная особенность микросхем ЭСЛ: они питаются отрицательным напряжением-U_{и.п э} (то есть напряжение подается от эмиттеров), причем коллекторные цепи заземляются. Этим способом повышается помехоустойчивость ЭСЛ. Ток потребления I_пот вытекает из микросхемы в источник.