Логические элементы интегральной инжекционной логики

 

рис. 2.19

На рис. 2.19 показана топология логического элемента интегральной инжекционной логики (И²Л). Для создания такой структуры требуются две фазы диффузии в кремнии с проводимостью n-типа: в процессе первой фазы образуются области p₁ и p₂, второй фазы - области n₂.

Элемент имеет структуру p₁-n₁-p₂-n₁. Такую четырехслойную структуру удобно рассматривать, представив ее соединением двух обычных трехслойных транзисторных структур:

p₁-n₁-p₂ n₁-p₂-n₁

Соответствующая такому представлению схема показана на рис.2.20,а. Рассмотрим работу элемента по это схеме.

рис. 2.20

Транзистор VT₂ со структурой типа n₁-p₂-n₁ выполняет функции инвертора, имеющего несколько выходов (каждый коллектор образует отдельный выход элемента по схеме с открытым коллектором).

Транзистор VT₂, называемый инжектором, имеет структуру типа p₁-n₁-p₂. Так как область n₁ у этих транзисторов общая, эмиттер транзистора VT₂ должен быть соединен с базой транзистора VT₁; наличие общей области p₂ приводит к необходимости соединения базы транзистора VT₂ с коллектором транзистора VT₁. Так образуется соединение транзисторов VT₁ и VT₂, показанное на рис.2.20,а.

Так как на эмиттере транзистора VT₁ действует положительный потенциал, а база находится под нулевым потенциалом, эмиттерный переход оказывается смещенным в прямом направлении и транзистор открыт.

Коллекторный ток этого транзистора может замкнуться либо через транзистор VT₃ (инвертор предыдущего элемента), либо через эмиттерный переход транзистора VT₂.

Если предыдущий логический элемент находится в открытом состоянии (открыт транзистор VT₃), то на входе данного элемента низкий уровень напряжения, который действуя на базе VT₂, удерживает этот транзистор в закрытом состоянии. Ток инжектора VT₁ замыкается через транзистор VT_3. При закрытом состоянии предыдущего логического элемента (закрыт транзисторVT₃) коллекторный ток инжектора VT₁ втекает в базу транзистора VT₂, и этот транзистор устанавливается в открытое состояние.

Таким образом, при закрытом VT₃ транзистор VT₂ открыт и, наоборот, при открытом VT₃ транзистор VT₂ закрыт. Открытое состояние элемента соответствует состоянию лог.0, закрытое - состоянию лог.1.

Инжектор является источником постоянного тока (который может быть общим для группы элементов). Часто пользуются условным графическим обозначением элемента, представленным на рис. 2.21,б.

На рис. 2.21,а показана схема, реализующая операцию ИЛИ-НЕ. Соединение коллекторов элементов соответствует выполнению операции так называемого монтажного И. Действительно, достаточно, чтобы хотя бы один из элементов находился в открытом состоянии (состоянии лог.0), тогда ток инжектора следующего элемента будет замыкаться через открытый инвертор и на на объединенном выходе элементов установится низкий уровень лог.0. Следовательно, на этом выходе формируется величина, соответствующая логическому выражению х₁·х₂. Применение к нему преобразования де Моргана приводит к выражению х₁·х₂ = . Следовательно, данное соединение элементов действительно реализует операцию ИЛИ-НЕ.

рис. 2.21

Логические элементы И²Л имеют следующие достоинства:

· обеспечивают высокую степень интеграции; при изготовлении схем И²Л используются те же технологические процессы, что и при производстве интегральных схем на биполярных транзисторах, но оказывается меньшим число технологических операций и необходимых фотошаблонов;

· используется пониженное напряжение (около 1В);

· обеспечивают возможность обмена в широких пределах мощности на быстродействие (можно изменять на несколько порядков потребляемую мощность, что соответственно приведет к изменению быстродействия);

· хорошо согласуются с элементами ТТЛ.

На рис. 2.21,б показана схема перехода от элементов И²Л к элементу ТТЛ.