第四章-ECL電路和I2L電路課件

第四章ECL電路和I2L電路1§4-1

ECL電路發(fā)射極耦合邏輯（ECL）電路是電流型邏輯電路，晶體管不進入飽和區(qū)工作，電平變化幅度小，因而速度快，但功耗大。2

思考題1.ECL電路速度快的原因有哪些？2.ECL電路為什么要用射極跟隨器？3.射極跟隨器有哪些作用？4.參考電壓源有什么作用？5.

ECL電路版圖設(shè)計有什么特點？34.1.1ECL電路工作原理

1.ECL電路基本單元----或/或非門-VEEABornor22024550k50k7799076.1k4.96k2k2k電流開關(guān)參考電壓源射極跟隨器VBBT3T4C1C2T244.1.1ECL電路工作原理

2.電流開關(guān)-VEEABC2C122024550k50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT2T1A、T1B為輸入管，T2為定偏管，定偏電壓：VBB

=(VOH

+

VOL)/2當(dāng)A、B有輸入高電平時，對應(yīng)的T1導(dǎo)通，T2截止。當(dāng)A、B都輸入低電平時，T1都截止，T2導(dǎo)通。C1=A+B(nor)C2=A+B(or)54.1.1ECL電路工作原理

2.電流開關(guān)(續(xù)2)問題：電流開關(guān)雖然完成了邏輯功能，但是直接級聯(lián)時會使輸入晶體管進入飽和，失去高速的特點。例如：VA輸入高電平0V,T1A導(dǎo)通，VC1輸出低電平（小于0V），因而T1A飽和導(dǎo)通。-VEEABC2C122024550k50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT274.1.1ECL電路工作原理

3.射級跟隨器VOH

=-Vbe3=-Vbe4VOL

=

-Vbe3-IC1

RC1

=-Vbe4-IC2

RC2

VL

=IC1

RC1=IC2

RC2

為了實現(xiàn)前后級耦合時電平匹配，輸入管集電結(jié)不大于零伏，不能進入飽和區(qū)，要求：IC1

RC1

=VLVbe(取VL=Vbe)why?T3、T4進行電平移位典型值：VOH

-0.9VT3T4管Veb≈0.8v,Ib3Rc1=0.1vVOL-1.7VVBB-1.3

VVBB

=(VOH

+

VOL)/2-VEEornor2k2kC1C2T3T4RO3RO484.1.1ECL電路工作原理

3.射級跟隨器（續(xù)）ornor-VEE2k2kC1C2T3T4RO3RO4-VEE2k2kRO3RO4可以多射級輸出，更好地實現(xiàn)系統(tǒng)匹配?？梢越佣鄠€射級跟隨器，實現(xiàn)更多個輸出。具有電流放大作用，提高了負載能力。94.1.1ECL電路工作原理

4.參考電壓源9076.1k4.96k-VEEVBBR3R1R2對參考電壓的要求:VBB

=(VOH

+

VOL)/2=(-2Vbe-IC1

RC1)/2=-3Vbe/2VBB

VEE2VbeR1+R2R1Vbe實際電路：適當(dāng)選取電阻R1、R2的值即可達到要求值。-VEEVBBVbe2Vbe104.1.1ECL電路工作原理

4.參考電壓源(續(xù))9076.1k4.96k-VEEVBBR3R1R2參考電壓溫度跟蹤設(shè)計:VBB

=(-2Vbe-IC1

RC1)/2其中：IC1VEE-2VbeREVBBT=(-1)RC1REVbeTVBB

VEE2VbeR1+R2R1VbeVBBT=(-1)2R1R1+R2VbeT適當(dāng)選取R1、R2、RE、RC的值。減去輸入高電平和eb結(jié)電壓114.1.2ECL電路的特點1.所有晶體管都不進入飽和區(qū)工作，沒有超量存儲電荷，速度快；2.邏輯擺幅小，節(jié)點電容充放電幅度小，速度快；3.功耗大，噪聲容限低。但是兩種工作狀態(tài)下的電源電流幾乎相同，內(nèi)部噪聲小。124.1.3ECL電路邏輯擴展

1.ECL或與非/或與門-VEEABF1F2DCVBBF1=(A+B)(C+D)F2=(A+B)(C+D)134.1.3ECL電路邏輯擴展

2.ECL與/與非門F1=ABF2=AB需要參考電壓源提供兩個相應(yīng)的參考電壓，輸入信號也需要進行電平匹配。-VEEABVBB1VBB2F1F2VBB3R4R1R2ReR3144.1.3ECL電路版圖設(shè)計特點

1.晶體管采用條狀結(jié)構(gòu)，較小基極電阻，降低噪聲，盡量減小尺寸，以便提高特征頻率。2.輸出晶體管形狀、尺寸要相同，放在等溫線上，以便減小特性差異。3.

精度高、比例關(guān)系強的電阻條寬要相等，寬度適當(dāng)，并行排放。精度不高的高阻值電阻采用溝道電阻。電阻的排放要注意溫場。4.采用泡發(fā)射區(qū)、薄層外延、淺結(jié)擴散等難度較高的工藝。154.1.4ECL電路版圖布局示例16§4-2

I2L電路

Integratedinjectionlogic集成注入邏輯（I2L）電路占用芯片面積小，功耗低，但速度慢，驅(qū)動能力弱。17思考題1.I2L電路的集成度為什么會很高？2.I2L電路的速度為什么會很慢？3.進行I2L電路版圖設(shè)計時應(yīng)注意那些問題？184.2.1I2L基本單元電路結(jié)構(gòu)及特點PN-sub(GND)PN+N+N+VPVi單元內(nèi)公用電極多，沒有內(nèi)連線，沒有電阻，不需要隔離，單輸入多輸出的倒相器。194.2.2I2L基本單元工作原理

1.注入電流的產(chǎn)生PN-sub(GND)PN+N+N+VPViVP加一個大于pn結(jié)正向?qū)▔航档碾妷?，橫向PNP管導(dǎo)通，產(chǎn)生注入電流。204.2.2I2L基本單元工作原理

2.導(dǎo)通態(tài)PN-sub(GND)PN+N+N+VPVi如果輸入浮空（或前級I2L截止），空穴在NPN管基區(qū)（PNP管集電區(qū)）堆積，使NPN管飽和導(dǎo)通（PNP管深飽和）。VOL0.05V214.2.2I2L基本單元工作原理

3.截止態(tài)PN-sub(GND)PN+N+N+VPVi如果輸入對地短路（或前級I2L導(dǎo)通），空穴被從NPN管基極抽走，使NPN管截止（PNP管臨界飽和）。VOH0.7V(被后級同類們箝位）VPVi224.2.3I2L基本單元正常工作的條件當(dāng)Q1輸出低電平時，Q1處于深飽和，要吸收后級全部的灌入電流，即：1

IB1>IC1

而：（共基極）IC1=NO4臨飽IP

IB1=3深飽IP

Ic=Ie23深飽4臨飽因此：

1

>2

NO為了提高驅(qū)動能力應(yīng)提高NPN管值或減少扇出。VPVPABQ1Q2Q3Q4IPIP234.2.4I2L電路的邏輯組合

1.輸出可以直接“線與”VPA+CA+CVPB+CB+CVPA+BA+BVPA+B+CA+B+CVPCVPBVPAABC244.2.4I2L電路的邏輯組合

2.半加器電路VP(Carry)VPAAVPBBVPVPA+BVPAB(Sum)AB+AB254.2.4I2L電路的邏輯組合

3.觸發(fā)器電路DCPQQABCDEFDCPQQABCDEF264.2.5I2L電路的版圖設(shè)計

1.注入條的設(shè)計所有單元可以公用一條注入條（接電源），注入條應(yīng)盡可能窄（較小縱向注入浪費），開孔并用不間斷的金屬覆蓋，長度要適當(dāng)，金屬要足夠?qū)挘娫吹任唬?74.2.5I2L電路的版圖設(shè)計

2.有效基區(qū)寬度：基區(qū)條正對注入條的寬度為有效基區(qū)寬度，注入電流的大小與之成正比。寬度越大，注入電流越大，驅(qū)動能力就越大，但影響集成度。WI02w2I0W/2I0/24w4I0284.2.5I2L電路的版圖設(shè)計

2.基極引線孔的位置：基極引線孔的位置就是輸入端，一般可根據(jù)方便單元間的互連關(guān)系來設(shè)計它的位置。但是，基極引線孔的位置離注入條越