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第五章 ECL和I2L电路 内容提要 介绍ECL和I2L的设计思想，演变过程，结构及性能特点 我们已对双极型逻辑，集成电路中应用最广泛的TTL电路进行系统的分析，现在有必要再介绍两种重要的双极型逻辑集成电路： 双极型逻辑速度最高的电路ECL 唯一能进入超大规模的双极型电路 I2L 5-1 ECL电路 ECL是一种典型的非饱和型逻辑电路，特点是在工作过程中，晶体管不进入饱和区，电路无存储时间，因而速度非常高。此外，ECL基本单之具有“或”及“或非”两个输出端，灵活性强，易于构成各种复杂的逻辑电路。缺点是功耗大，逻辑摆幅小，扰干扰能力差。 由于ECL电路中的晶体管不进入饱和区，晶体管的电流，电压关系服从于简单的数学表达式，于是在电路的分析过程中，我们可以推导出数学表达式来表征电路的性能。 一、ECL电路的工作原理 两输入端或/或非门，如图所示 整个电路可分为三大部分： 电流开关、 定偏电压源、 射随器输出 1：电流开关 由T1、T2及负载电阻RC1、RC2， 耦合电阻RE构成，完成“或”及“或非”功能。RP为下拉电阻。 当A、B开路时 ： 设A、B至少有一个高电平，则VE上升，T2截止，VC1为低电平 VC2输出高电平 此时： 设A，B全为低电平，T1截止，T2导通 VC1高电平 VC2低电平 故： 2：射随器输出 由T3，T4，RO1，R02构成。 电流开关虽已完成了或/或非的基本功能，但存在两个致命的缺陷： 其一是负载能力的问题。 其二是前后级的耦合问题。 设VOH=OV，驱动下级门，此时后级门VC1=- α IERC＜0 V。于是T1进入饱和，与ECL非饱和相矛盾 显然，加射随器首先解决了负载能力问题 其次，降低了输出电平： 设 VBE3=VBe4 IEIRC1=IE2RC2 则两个输出端“0” “1”电平分别等值。 现在分析耦合问题 设：VA=VOH=-VBE 则：VC1=-αIE1RC1 VCB=- α IE1RC1+VBE 根据非饱和要求，应有VCB≥O - α IE1RC1+VBE ≥O （- α IERC-VBE）+VBE≥-VBE VOL-VOH≥-VBE VOH-VOH≥VBE 于是：ECL电路逻辑摆幅小于VBE。 3．参考电压源VBB 由 R1、R2、D1、D2、T5构成。 考虑单输入端ECL单元 当VA=VBB时，T1、T2导通能力相当 VC1=VC2 Vor=Vnor 此时，VA微弱的变化将使输出电平确定。 因此可以认为 最佳抗干扰设计： 当温度变化时，VOH ，VL变化，于是VBB应跟随变化。 将VOH ，VL代入：VBB = - VBE 这就是对参考电源的要求 分析参考电压源 当D采用BE结，适当地选了以R1, R2数值。 可使VBB保持在高、低电平的中点。 二、ECL电路的特性及参数 1：电压传输特性： 分析Vnor～Vi关系 设B开路，VA=Vi 设IESA=IES2=IES 又 将VE代入， 以曲线直观地表示如图： 对ECL，通常定义： 当 时，对应的Vi为关门电压VIL； 当 时，对应的Vi为开门电压VIH。 又： 当 时： 于是： 同理可求： 过渡区宽度: 2、主要直流参数抗干扰： a：VOH b：VOL c：VIL, VIH d：VNMH, VNML 负载能力： a：输入电流IB b：最大输出电流IOM 规定加负载后: c：扇出： 但No多，引线寄生电容大，故一般规定No～8。 静态功耗