Emitter Coupled Logic: Piiri, toimiva, TAI/NOR-porttina ja sen sovellukset

ECL (emitter coupled logic) keksi ensimmäisen kerran IBM:llä elokuussa 1956 Hannon S. Yourke. Tämä logiikka tunnetaan myös nykytilan logiikkana, jota käytetään IBM 7090 & 7094 -tietokoneissa. ECL-perhe on erittäin nopea verrattuna digitaalista logiikkaa perheitä. Yleensä tämä logiikkaperhe tarjoaa alle 1 ns:n etenemisviiveen. Se on kaksinapaisiin liitostransistoreihin perustuva logiikkaperhe. Se on nopein logiikkaperhepiiri, joka on käytettävissä tavanomaisen logiikkajärjestelmän suunnittelussa. Tässä artikkelissa käsitellään yleiskatsausta emitterikytketty logiikka-piiri , työskentelee sovellusten kanssa.

Mikä on Emitter Coupled Logic?

Emitter-kytketty logiikka on paras BJT -pohjainen logiikkaperhe, jota käytetään perinteisessä logiikkajärjestelmän suunnittelussa. Joskus sitä kutsutaan myös nykyisen tilan logiikaksi, joka on erittäin nopea digitaalitekniikka. Yleensä ECL:ää pidetään nopeimpana logiikkapiirinä, jossa se saavuttaa nopean toimintansa käyttämällä hyvin pientä jännitteen heilahtelua ja välttäen myös transistorien pääsyn kyllästysalueelle.

ECL:n toteutus käyttää positiivista syöttöjännitettä, joka tunnetaan nimellä PECL tai positiivinen ECL. Varhaisissa ECL-porteissa käytetään negatiivista jännitesyöttöä kohinansietokyvyn vuoksi. Sen jälkeen positiivisesti viitatusta ECL:stä tuli erittäin kuuluisa, koska sen logiikkatasot ovat yhteensopivia TTL-logiikkaperheisiin verrattuna.

Emitter-kytketty logiikka haihduttaa valtavan määrän staattista tehoa, mutta sen kokonaisvirrankulutus on alhainen verrattuna CMOS korkeilla taajuuksilla. Joten ECL on pääasiassa hyödyllinen kellonjakopiireissä ja suurtaajuuspohjaisissa sovelluksissa.

Emitter Coupled Logic -ominaisuudet

ECL:n ominaisuuksien ansiosta niitä voidaan käyttää monissa korkean suorituskyvyn sovelluksissa.

• ECL tarjoaa kaksi lähtöä, jotka täydentävät toisiaan aina, koska piirin toiminta perustuu differentiaalivahvistimeen.
• Tämä logiikkaperhe soveltuu pääasiassa monoliittisiin valmistusmenetelmiin, koska logiikkatasot ovat vastussuhteiden funktio.
• ECL-perheen laitteet tuottavat ehdotetun toiminnon oikean ja täydentävän lähdön ilman ulkopuolisia invertteriä. Näin ollen se vähentää pakettien määrää ja tehovaatimuksia sekä vähentää myös aikaviiveistä johtuvia ongelmia.
• ECL-laitteet differentiaalivahvistimella tarjoavat laajan suorituskyvyn joustavuuden, joten ECL-piirejä voidaan käyttää sekä digitaalisina että lineaarisina piireinä.
• ECL-portin suunnittelussa on normaalisti korkea ja matala sisääntuloimpedanssi, mikä on erittäin suotuisa suuren tuuletus- ja käyttökyvyn saavuttamiseksi.
• ECL-laitteet luovat jatkuvan virrankulutuksen virtalähteeseen teholähteen suunnittelun yksinkertaistamiseksi.
• ECL:n laitteet, joissa on avoimen emitterin lähdöt, mahdollistavat yksinkertaisesti siirtolinjan käyttökapasiteetin sisällyttämisen.

Emitter Coupled Logic Circuit

Alla on esitetty invertterin emitterikytketty logiikkapiiri, joka on suunniteltu vastuksilla ja transistoreilla. Tässä piirissä kahden transistorin emitteriliittimet on yksinkertaisesti kytketty virtaa rajoittavaan resistanssiin RE, jota käytetään estämään transistorin joutuminen kyllästymiseen. Tässä transistorin lähtö otetaan kollektoriliittimestä emitteriliittimen sijaan. Tämä piiri tarjoaa kaksi lähtöä Vout (invertoiva lähtö) ja Vout2 (ei-invertoiva lähtö) ja tuloliittimen, kuten Vin, jossa korkea tai matala tulo annetaan. +Vcc = 5V.

Kuinka Emitter Coupled Logic toimii?

Emitterikytketyn logiikan toiminta on, että aina kun HIGH-tulo annetaan ECL-piirille, se kytkee 'Q1'-transistorin PÄÄLLE ja Q2-transistorin OFF-tilaan, mutta Q1-transistori ei ole kyllästynyt. Joten tämä vetää VOUT2-lähdön arvoon HIGH ja VOUT1-lähdön arvo on MATALA R1:n pudotuksen vuoksi.

Vastaavasti, kun ECL:lle annettu VIN-arvo on ALHAINEN, se kytkee Q1-transistorin POIS PÄÄLLE ja Q2-transistorin PÄÄLLE. Joten Q2-transistori ei siirry saturaatioon. Joten se tekee VOUT1-lähdön vedettävän KORKEAN arvon ja VOUT2-lähdön arvosta tulee matala R2-resistanssin pudotuksen vuoksi.

Katsotaan kuinka transistori Q1 ja Q2 kytkeytyvät päälle ja pois päältä, kun jännite kytketään.

Tämän piirin kaksi transistoria, kuten Q1 ja Q2, on kytketty differentiaalivahvistimena yhteisellä emitterivasuksella.

Tämän esimerkkipiirin jännitelähteet ovat VCC = 5,0, VBB = 4,0 & VEE = 0 V. Syötön HIGH & LOW-tason arvot määritellään yksinkertaisesti 4,4 V & 3,6 V:ksi. Itse asiassa tämä piiri tuottaa LOW-lähtö- ja HIGH-tasot, jotka ovat 0,6 volttia korkeammat; tämä kuitenkin korjataan todellisissa ECL-piireissä.

Kun Vin on KORKEA, Q1-transistori kytketään päälle, mutta ei kyllästynyt, ja Q2-transistori kytketään pois päältä. Joten lähtöjännite, kuten VOUT2, vedetään 5 V:iin R2-vastuksen kautta ja voidaan osoittaa, että jännitehäviö R1-vastuksen yli on noin 0,8 V, joten VOUT1 = 4,2 V (LOW). Lisäksi VE = VOUT1 – VQ1 => 4,2 V – 0,4 V = 3,8 V, koska transistori Q1 on kytketty kokonaan PÄÄLLE.

Kun Vin on ALHAINEN, Q2-transistori kytkeytyy päälle, mutta ei kyllästynyt ja Q1-transistori kytketään pois päältä. Siksi VOUT1 vedetään 5,0 V:iin käyttämällä R1-vastusta ja voidaan osoittaa, että VOUT2 on 4,2 V. Myös VE => VOUT2 – VQ2 => 4,2 V – 0,8 V => 3,4 V, kun transistori Q2 on kytketty päälle.

ECL:ssä kaksi transistoria ei ole koskaan kyllästyneisyydessä kuin t tulo/lähtöjännitteen vaihtelut ovat melko pieniä, kuten 0,8 V ja tuloimpedanssi on korkea ja lähtövastus on pieni. Tämä auttaa ECL:tä toimimaan nopeammin ja pienemmällä leviämisviiveellä.

Kahden tulon lähettimen kytketty logiikka TAI/NOOR-porttipiiri

Kaksi sisäänmenoa emitterikytketty logiikka TAI/NOI-porttipiiri on esitetty alla. Tämä piiri on suunniteltu muokkaamalla yllä olevaa invertteripiiriä. Muutos tapahtuu lisäämällä ylimääräinen transistori tulopuolelle.
Tämän piirin toiminta on hyvin yksinkertaista. Kun sekä Q1- että Q2-transistoreissa syötetyt tulot ovat alhaiset, lähtö1 (Vout1) muuttuu HIGH-arvoksi. Joten tämä Vout1 vastaa NOR-portin lähtöä.

Samanaikaisesti, jos Q3-transistori kytketään PÄÄLLE, se tekee toisesta lähdöstä (Vout2) HIGH:n. Joten tämä Vou2-lähtö vastaa TAI-portin lähtöä.

Samalla tavalla, jos molemmat Q1- ja Q2-transistorien tulot ovat KORKEA, se kytkee Q1- ja Q2-transistorit päälle ja antaa matalan lähdön VOUT1-liittimeen.

Jos Q3-transistori on kytketty pois päältä tämän toiminnon ajan, se tuottaa korkean tehon VOUT2-liittimessä. Joten, TAI/NOR-portin totuustaulukko on annettu alla.

Emitter-Coupled Logic Characteristics

ECL:n ominaisuuksia ovat seuraavat.

• TTL:ään verrattuna ECL:llä on nopeampi etenemisaika, joka vaihtelee välillä 0,5 - 2 ns. Mutta emitterikytketty logiikkatehohäviö on suurempi verrattuna TTL:ään, kuten 30 mW.
• ECL:n I/O-jännitteillä on pieni heilahdus, kuten 0,8.
• ECL:n tuloimpedanssi on korkea ja lähtövastus on pieni; näin ollen transistori muuttaa tilojaan hyvin nopeasti.
• ECL:n tuuletuskapasiteetti on suuri ja porttiviiveet ovat alhaiset.
• ECL:n o/p-logiikka muuttuu LOW-tilasta HIGH-tilaan, mutta näiden tilojen jännitetasot vaihtelevat TTL:n ja EC:n välillä.
• ECL:n melunsieto on 0,4 V.

Hyödyt ja haitat

The emitterikytketyn logiikan edut käsitellään alla.

• ECL:n fanout on 25, mikä on parempi verrattuna TTL: ään ja se on alhainen verrattuna CMOS: iin.
• ECL:n keskimääräinen etenemisviive on 1-4 ns, mikä on parempi verrattuna sekä CMOS- että
• TTL. Siksi sitä kutsutaan nopeimmaksi logiikkaperheeksi.
• Kun emitterin BJT:t kytkeytyvät logiikka portit toimivat aktiivisella alueella, silloin niillä on suurin nopeus verrattuna kaikkiin logiikkaperheisiin.
• ECL-portit tuottavat täydentäviä lähtöjä.
• Virrankytkentäpiikkejä ei ole virransyöttöjohdoissa.
• Lähdöt voidaan kytkeä yhdessä langallisen TAI -toiminnon aikaansaamiseksi.
• ECL:n parametrit eivät muutu paljon lämpötilan myötä.
• No. toiminnot, joihin pääsee vain sirulla, on korkea.

The emitterikytketyn logiikan haitat käsitellään alla.

• Siinä on erittäin pienempi kohinamarginaali eli ±200 mV.
• Tehonhäviö on korkea verrattuna muihin logiikkaportteihin.
• Tasonsiirtimet ovat välttämättömiä liitäntää varten muiden logiikkaperheiden kanssa.
• Fanout rajoittaa kapasitiivista kuormitusta.
• Verrattuna TTL , ECL-portit ovat kalliita.
• Verrattuna CMOS- ja TTL-järjestelmiin ECL-kohinankestävyys on huonoin.

Sovellukset

Emitterikytketyn logiikan sovelluksia ovat seuraavat.

• Emitter-kytkettyä logiikkaa käytetään logiikka- ja liitäntäteknologiana erittäin nopeissa viestintälaitteissa, kuten kuituoptisissa lähetin-vastaanotinliitännöissä, Ethernet- ja ATM-verkoissa (Asynchronous Transfer Mode).
• ECL on BJT:hen perustuva logiikkaperhe, jossa sen nopea toiminta voidaan saavuttaa käyttämällä suhteellisen pientä jännitteen heilahtelua ja välttämällä transistorien siirtymistä saturaatioalueelle.
• ECL:ää käytetään ASLT-piirien tekemiseen IBM 360/91:ssä.
• ECL välttää pinottujen transistorien käytön käyttämällä yksipäistä bias i/p:tä ja positiivista takaisinkytkentää ensiö- ja toisiotransistorien välillä invertteritoiminnon saavuttamiseksi.
• ECL:ää käytetään erittäin nopeassa elektroniikassa.

Näin ollen tämä on yleiskatsaus emitterikytkettyyn logiikkaan tai ECL – piiri, toiminta, ominaisuudet, ominaisuudet ja sovellukset. ECL on erittäin nopein BJT-pohjainen logiikkaperhe verrattuna muihin digitaalisiin logiikkaperheisiin. Se saavuttaa maksiminopeuden käyttämällä pientä jännitteen heilahtelua ja välttämällä transistorien siirtymistä kyllästysalueelle. Tämä logiikkaperhe tarjoaa uskomattoman 1ns:n etenemisviiveen, ja uusimmissa ECL-perheissä tämä viive on pienentynyt. Tässä on sinulle kysymys, mikä on ECL:n vaihtoehtoinen nimi?