КМОП

КМОП-элементы намного ближе к представлению о том, каким должен быть идеальный логический элемент. Для начала, как можно видеть из рис. 15.1, они практически симметричны, как по входу, так и по выходу. Открытый по­левой транзистор на выходе (либо /?-типа для логической единицы, либо «-типа для логического нуля) фактически представляет собой, как мы знаем.

просто сопротивление, которое для обычных КМОП-элементов может со­ставлять от 100 до 300 Ом (под «обычными» или «классическими» КМОП мы подразумеваем здесь серию 4000А или 4000В, см. далее). Для дополнитель­ной симметрии на выходе обычно ставят последовательно два инвертора, по­добных показанному на рис. 15.1 справа (жалко, что ли, транзисторов, если потребление не растет?). Поэтому на выходе не сказывается то, что в нижнем плече для схемы «И-НЕ» стоят два таких транзистора последовательно.

Для схемы «ИЛИ» такие транзисторы будут стоять в верхнем плече — она полностью симметрична схеме «И», что тоже плюс технологии КМОП по сравнению с ТТЛ. Обратите также внимание, что выходной каскад инвертора построен не по схеме «пушпульного» каскада, то есть это не потоковые по­вторители напряжения, а транзисторы в схеме с общим истоком, соединен­ные стоками, что позволяет получить дополнительный коэффициент усиле­ния по напряжению.

На практике особенности построения элемента приводят к тому, что в КМОП-микросхемах:

? на ненагруженном выходе напряжение логической единицы практически равно напряжению питания, а напряжение логического нуля практически равно потенциалу «земли»;

? порог переключения близок к половине напряжения питания;

? входы практически не потребляют тока, так как представляют собой изо­лированные затворы МОП-транзисторов;

? в статическом режиме весь элемент также не потребляет тока от источ­ника питания.

Из последнего положения вытекает, что схема любой степени сложности, построенная с помощью КМОП-элементов, в «застывшем» состоянии и даже при малых рабочих частотах, не превышающих десятка-другого килогерц, практически не потребляет энергии! Отсюда ясно, как стали возможными такие фокусы, как наручные часы, которые способны идти от малюсенькой батарейки годами, или sleep-режим микроконтроллеров, в котором они по­требляют от 1 до 50 мкА на все десятки тысяч составляющих их логических элементов.

Другое следствие вышеперечисленных особенностей — исключительная по­мехоустойчивость, достигающая половины напряжения питания. Но это еще не все преимущества. КМОП-микросхемы «классических» серий могут рабо­тать в диапазоне напряжений питания от 2 до 18 В, а современные быстро­действующие — от 2 до 7 В. Единственное, что при этом происходит— при

снижении питания довольно резко— в разы— падает быстродействие и ухудшаются некоторые другие характеристики.

Кроме того, выходные транзисторы КМОП, как и любые другие полевые транзисторы, при перегрузке (например, в режиме короткого замыкания) ра­ботают как источники тока — при напряжении питания 15 В этот ток соста­вит около 30 мА, при 5 В — около 5 мА. Причем это в принципе может быть долгосрочный режим работы таких элементов, единственное, что при этом надо проверить — не превышается ли значение суммарного допустимого то­ка через вывод питания, которое обычно составляет около 50 мА. То есть, возможно, придется ограничить число выходов, одновременно подключен­ных к низкоомной нагрузке. Естественно, о логических уровнях в таком ре­жиме уже речи не идет, только о втекающем или вытекающем токе.

И тут мы подходим к основному недостатку «классической» КМОП-технологии — низкому в сравнении ТТЛ быстродействию. Это обусловлено тем, что изолированный затвор МОП-транзистора представляет собой кон­денсатор довольно большой емкости— в базовом элементе до 10—15 пФ. В совокупности с выходным резистивным сопротивлением предыдущей схе­мы такой конденсатор образует фильтр низких частот. Обычно рассматрива­ют не просто частотные свойства, а время задержки распространения сигнала на один логический элемент. Задержка возникает из-за того, что фронт сиг­нала не строго вертикальный, а наклонный, и напряжение на выходе еще только начнет нарастать (или снижаться), когда напряжение на входе достиг­нет уже значительной величины (в идеале— половины напряжения пита­ния). Время задержки могло достигать у ранних серий КМОП величины 200—250 НС (сравните — у базовой серии ТТЛ всего 7,5 не). На практике при напряжении питания 5 В максимальная рабочая частота «классического» КМОП не превышает 1—3 МГц— попробуйте соорудить на логических эле­ментах генератор прямоугольных сигналов по любой из схем, которые будут разобраны в главе 16, и вы увидите, что уже при частоте 1 МГц форма сигна­ла будет скорее напоминать синусоиду, чем прямоугольник.

Другим следствием наличия высокой входной емкости является то, что при переключении возникает импульс тока перезарядки этой емкости, то есть чем выше рабочая частота, тем больше потребляет микросхема, и считается, что при максимальных рабочих частотах ее потребление может сравниться с по­треблением ТТЛ (по крайней мере, ТТЛ серии 74LS). Дело еще усугубляется тем, что из-за затянутых фронтов импульсов элемент достаточно длительное время находится в активном состоянии, когда оба выходных транзистора приоткрыты (то есть возникает так называемый эффект «сквозного тока»).

Это же затягивание фронтов в сочетании с высокоомным входом приводит к снижению помехоустойчивости при перею1ючении — если на фронте сигна­ла «сидит» высокочастотная помеха, то это может приводить к многократ­ным переключениям выхода, как это было у компаратора (см. главу 13). По этой причине в спецификациях на микросхемы часто указывают желатель­ную максимальную длительность фронтов управляющего сигнала.

Однако в современных КМОП, в отличие от «классических», большинство недостатков, связанных с низким быстродействием, удалось преодолеть (правда, за счет снижения допустимого диапазона питания). Подробнее о се­риях КМОП рассказано далее, а пока несколько еще несколько слов об осо­бенностях этих микросхем.

Незадействованные входы элемента КМОП нужно обязательно подключать куда-нибудь — либо к земле, либо к питанию (резисторов при этом не требу­ется, так как вход тока не потребляет), либо объединять с соседним вхо­дом — иначе наводки на столь высокоомном входе полностью нарушат рабо­ту схемы. Причем в целях снижения потребления следует делать это и по отношению к незадействованным элементам в том же корпусе (но не ко всем незадействованным выводам, конечно). «Голый» вход КМОП из-за своей вы-сокоомности может быть также причиной повышенной «смертности» чипов при воздействии статического электричества, однако на практике входы все­гда шунтируют диодами, как показано на рис. 11.4. Допустимый ток через эти диоды также оговаривается в спецификациях.

Логические уровни кмоп микросхем

Логические уровни КМОП микросхем при пятивольтовом питании показаны на рис.9.

Рис.9.

Границы уровней логического нуля и единицы для КМОП микросхем при пятивольтовом питании приведена на рис. 10.

Рис. 10. Уровни логических сигналов на входе цифровых КМОП микросхем.

Из рисунка 10 видно, что запас по уровням срабатывания для обеспечения помехоустойчивости у КМОП более 1,1 В. Это почти втрое больше чем у ТТЛ.

При уменьшении напряжения питания границы логического нуля и логической единицы смещаются пропорционально изменению напряжения питания.

Семейства кмоп микросхем

Первые КМОП микросхемы не имели защитных диодов на входе, поэтому их монтаж представлял значительные трудности. Это семейство микросхем серии К172. Следующее улучшенное семейство микросхем серии К176 получило эти защитные диоды. Оно достаточно распространено и в настоящее время. Серия К1561 (иностранный аналог этих микросхем — C4000В.) завершает развитие первого поколения КМОП микросхем. В этом семействе было достигнуто быстродействие на уровне 90нс и диапазон изменения напряжения питания 3..15В.

Дальнейшим развитием КМОП микросхем стала серия SN74HC. Эти микросхемы отечественного аналога не имеют. Они обладают быстродействием 27нс и могут работать в диапазоне напряжений 2..6В. Они совпадают по цоколёвке и функциональному ряду с ТТЛ микросхемами, но не совместимы с ними по логическим уровням, поэтому одновременно были разработаны микросхемы серии SN74HCT (отечественный аналог — К1564), совместимые с ТТЛ микросхемами и по логическим уровням.

В это время наметился переход на трёхвольтовое питание. Для него были разработаны микросхемы SN74ALVC с временем задержки сигнала 5,5нс и диапазоном питания 1,65..3,6В. Эти же микросхемы способны работать и при 2,5 вольтовом питании. Время задержки сигнала при этом увеличивается до 9нс.

Наиболее перспективным семейством КМОП микросхем считается семейство SN74AUC с временем задержки сигнала 1,9нс и диапазоном питания 0,8..2,7В. 

Цифровые микросхемы эмиттерно-связанной логики Общие сведения об эсл имс

Интегральные микросхемы на основе эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) получили широкое распространение в качестве элементной базы быстродействующей вычислительной и радиоэлектронной аппаратуры. Микросхемы на основе ЭСЛ имеют ряд достоинств, которые обеспечили их преимущество перед другими микросхемами при построении данного класса аппаратуры:

1. Хорошая схемно-техническая отработанность и, как следствие, сравнительно невысокая стоимость при изготовлении.

2. Высокое быстродействие при средней потребляемой мощности или сверхвысокое быстродействие при большой потребляемой мощности.

3. Малая энергия переключения.

4. Высокая относительная помехоустойчивость.

5. Высокая стабильность динамических параметров при изменении рабочей температуры и напряжения питания.

6. Большая нагрузочная способность.

7. Независимость тока потребления от частоты переключения.

8. Способность ИМС работать на низкоомные линии связи и нагрузки.

9. Широкий функциональный набор микросхем.

10. Удобство применения в условиях повышенной плотности компоновки с использованием многослойного печатного монтажа и низкоомных коаксиальных и плоских кабелей.

В настоящее время ИС ЭСЛ являются самыми быстродействующими микросхемами на основе кремния, выпускаемыми промышленностью как у нас в стране, так и за рубежом. Опыт проектирования аппаратуры, показывает, что применение ИС ЭСЛ оптимально для построения быстродействующих радиоэлектронных устройств, в частности ЭВМ высокого быстродействия, и менее эффективно при разработке радиоэлектронных устройств малого и среднего быстродействия.

Высокое быстродействие обусловлено тем, что в этих элементах транзисторы работают в ненасыщенном режиме, в результате чего исключается накопление и рассасывание неосновных носителем заряда.

Структурно базовый элемент ЭСЛ содержит: источник опорного напряжения (ИОН), токовый переключатель (ТП) и эмиттерные повторители.

В основу токового переключателя на входе положена схема с объединенными эмиттерами (рис.11). Главные ее достоинства: постоянство суммарного тока эмиттеров /_э= 1_э1+ I _э2 в процессе работы; наличие прямого и инверсного выходов U_вых1, U_вых2.

Рис. 11. Базовый логический элемент ЭСЛ

К современным цифровым микросхемам ЭСЛ относятся ИС серий 100, К100, 500, К500, 1500, KI500.

Типовое время задержки логических элементов ИМС серии К1550 0,7 нс, серии К500 0,5…2 нс; серии 138 2,9 нс. ЭСЛ микросхемы имеют помехоустойчивость по напряжению низкого и высокого уровней не менее 125 мВ и 150 мВ, разброс выходного напряжения низкого уровня 145…150 мВ, высокого уровня 200 мВ. Амплитуда логического сигнала U_л до 800 мВ. В ИМС серии 500 уровень интеграции до 80 логических элементов на кристалле; функциональный набор микросхем — 48 модификаций, потребляемая элементом мощность Р_пот=8…25мВт (в ненагруженном состоянии), энергия, потребляемая при переключении А = 50 пДж.

Базовый логический элемент ИМС К500 благодаря наличию прямого и инверсного выхода одновременно выполняет две функций: ИЛИ-НЕ и ИЛИ. В отрицательной логике выполняются функции И/И-НЕ. Электрическая схема базового элемента ЭСЛ состоит из трех цепей (рис.12): токового переключателя (ТП), выходных эмиттерных повторителей (ЭП) и источника опорного напряжения (ИОН).

Токовый переключатель построен на транзисторах VT1—VT5 и резисторах R1-R7 и представляет собой дифференциальный усилитель, работающий в режиме ключа, имеющий несколько входов. Увеличение числа входов ТП достигается параллельным подключением дополнительных входных транзисторов VT1—VT4.

Рис. 12

Базовый ЛЭ работает следующим образом. При подаче на все входы схемы XI—X4 напряжения низкого уровня (-1,7 В) входные транзисторы VT1-VT4 закрыты, транзистор VT5 открыт, так как напряжение на его базе U_ОП = -1,3 В выше.

Большая потребляемая и рассеиваемая мощности являются недостатками микросхем ЭСЛ, что является следствием их работы в ненасыщенном режиме. Малый логический перепад, с одной стороны, повышает быстродействие, а с другой снижает помехоустойчивость.

Сопряжение логических КМОП и ТТЛ элементов

Иногда в одних и тех же устройствах приходится по тем или иным соображениям применять элементы разных схемотехнологических типов. Наиболее часто встречающаяся ситуация – одновременное использование элементов ТТЛ и КМОП. Так как ТТЛ и ТТЛШ близки по параметрам и схемотехнике, будем рассматривать только ТТЛ, как представителя от этих обоих семейств. Знание входных и выходных характеристик логического семейства необходимо для организации любых взаимосвязей с внешним миром.

Входные и выходные характеристики элементов ТТЛ и КМОП. Все цифровые логические семейства строятся таким образом, чтобы к выходу каждого элемента можно было подключить большое число входов, принадлежащих элементам того же семейства. Типичное значение коэффициента разветвления по выходу равно 10. Это означает, что к выходу, например, вентиля или триггера без нарушения технических требований можно подсоединить 10 входов.

Другими словами, в обычной практике цифровых разработок можно обходиться без каких-либо сведений, касающихся электрических свойств используемых кристаллов. Это возможно до тех пор, пока схема состоит только из цифровых логических элементов одного и того же семейства и фактически нечасто приходится думать о том, что же в действительности происходит на логических входах и выходах.

Однако как только необходимо управлять цифровыми схемами при помощи внешних сигналов, аналоговых или цифровых, или же использовать выходы цифровой логики для управления другими устройствами, придется выяснить, что в действительности потребляет логический вход и чем может нагружаться логический выход. Кроме того, при объединении логических семейств надо знать схемотехнические свойства входов и выходов.

Между микросхемами возможны три возможных типа несовместимости логических семейств: либо ИС-приемник управляется слишком высоким напряжением, либо ИС-источник не обеспечивает достаточно высокое напряжение, которое достоверно распознавалось бы ИС-приемником как сигнал высокого логического уровня, либо ИС-источник не может обеспечить необходимого тока для управления ИС-приемником.

Для того чтобы воспользоваться современными, все более доступными БИС, выполненными по МОП-технологии, необходимо знать, каким образом объединяются логические схемы различных типов. В последующих разделах подробно рассматриваются схемотехнические свойства логических входов и выходов и приводятся примеры сопряжения, как между разными логическими семействами, так и между логическими устройствами и внешним миром.

Входные характеристики. На рисунке 19.1 показаны важные характеристики входов ТТЛ и КМОП – зависимости входных токов от входных напряжений. По оси входного напряжения графики расширены за пределы диапазона, встречающегося в чисто цифровых схемах, так как при сопряжении схем значения входных сигналов могут легко превысить напряжение питания.

Когда на вход элемента ТТЛ подается низкий уровень, он действует как источник тока заметной величины, а при высоком уровне – как нагрузка, потребляющая малый ток (до 40 мкА). Входной ток высокого  уровня фактически представляет собой коллекторный ток «инверсного» выходного транзистора VT3 (рис. 20.11). Для правильного управления входом элемента ТТЛ необходимо обеспечить отвод тока порядка 1 мА при уровне входного напряжения не более 0.4 В. Недопонимание этого условия часто приводит к неправильной работе элемента в интерфейсной схеме.

Для отрицательных напряжений вход ТТЛ действует как фиксирующий диод, включенный на землю, а для напряжений выше +5 В вход эквивалентен транзистору с небольшим напряжением пробоя (несколько выше +5,5 В).

У элементов КМОП отсутствует входной ток при входных напряжениях в диапазоне от 0 до EПИТ (за исключением тока утечки). Для сигналов, превышающих диапазон напряжений питания, вход микросхемы представляет собой два фиксирующих диода, один из которых подключен к положительному полюсу источника, а второй – к земле (рис. 19.2).

Эти входные диоды защищают элементы КМОП, которые крайне подвержены повреждениям от статического электричества.

Выходные характеристики. Выходная схема вентиля ТТЛ содержит n-p-n-транзистор, включенный на землю, и n-p-n-повторитель, подключенный к шине EПИТ с токоограничивающим резистором в коллекторной цепи, а иногда диодом, включенным последовательно с эмиттером (рис. 20.10). Когда один из транзисторов насыщен, другой закрыт. В результате элемент ТТЛ может отводить на землю значительный ток (до 16 мА) при небольшом падении напряжения (насыщение), а при высоком уровне на выходе (около +3,5 В) может служить источником тока порядка нескольких миллиампер. Схема выхода предназначена для управления входами ТТЛ и имеет коэффициент разветвления по выходу 10.

 

 

Рис. 19.2. Модель КМОП вентиля для больших входных сигналов

 

Выходная схема элемента КМОП представляет собой двухтактную пару комплементарных полевых МОП-транзисторов, один из которых открыт, а другой закрыт (рис. 19.2). При малых токах выходная схема ведет себя как резистор в несколько сотен Ом, подключенный к земле или к шине EПИТ, а при выходных токах, для которых выходное напряжение приблизительно на 1В отличается от EПИТ, выход в известном смысле превращается в «источник тока». Суммарные выходные характеристики представлены на рисунке 19.3.

 

 

Рис. 19.3. Выходные характеристики логических вентилей

 

Здесь приведены зависимости выходного напряжения от выходного тока для обоих состояний – высокого и низкого. Для упрощения рисунка выходной ток показан положительным. Заметим, что в элементах КМОП выходы в любом случае подключены либо к земле, либо к шине EПИТ, что обеспечивает при отсутствии перегрузки полный перепад напряжения питания.

При нормальном использовании выходы КМОП управляют входами КМОП. Так как входной ток отсутствует (за исключением токов заряда небольшой входной емкости), на выходах происходит полный перепад до EПИТ или до нуля. Для сравнения отметим, что уровни ТТЛ в типичном случае составляют 50…200 мВ (низкий) или 3,5 В (высокий), если в качестве нагрузки используются также элементы ТТЛ. При включении нагрузочного резистора (почти любого номинала) высокий уровень на выходе элемента ТТЛ приближается к 5 В.

Сопряжение ТТЛ и КМОП. Для того чтобы не испытывать затруднений при работе с обоими семействами, нужно знать, как элементы этих семейств стыкуются друг с другом.

На элементах КМОП реализованы некоторые функции, которых нет на ТТЛ. Имея систему на элементах ТТЛ, работающую с невысокой скоростью, без труда можно добавить к ней некоторые функции, выполняемые на элементах КМОП. Кроме того, для облегчения стыковки с внешними устройствами, совместимыми с ТТЛ, а также при согласовании логической КМОП-схемы с кабелем на входах и выходах бывает полезно использовать буферные элементы ТТЛ. Для согласования ТТЛ и КМОП также применяются преобразователи уровня, описанные в п. 20.9.

Управление КМОП от ТТЛ. Если элемент КМОП работает от напряжения +5 В, то уровни почти совместимы. Единственная трудность заключается в том, что высокий уровень ТТЛ (типичное значение 3,4 В) является граничным для КМОП и желательно, чтобы он был не ниже 3,4 В. Однако достаточно подключить к выходу ТТЛ подтягивающий резистор (например, 5 кОм, что эквивалентно нагрузке одним элементом ТТЛ), соединенный с шиной EПИТ, выходное напряжение будет практически равно 5 В (рис. 19.4, а). Резисторы можно устанавливать как на выходах с открытым коллектором, так и с активной нагрузкой. Если элемент КМОП работает от более высокого напряжения питания, можно также включить нагрузочный резистор, но для этого нужно использовать «высоковольтные» кристаллы ТТЛ, имеющие выходы с открытым коллектором.

Другой способ заключается в использовании преобразователя уровня КМОП типа 40109, на вход которого подаются сигналы относительно источника EПИТ1 (уровни ТТЛ), а на выходе формируются сигналы с уровнями КМОП относительно второго источника EПИТ2 (рисунок 19.4, б).

Для того чтобы схема ТТЛ могла управлять элементом КМОП, работающим от источника напряжением EПИТ > 5 В, контактный вывод EПИТ1 соединяется с источником питания ТТЛ (5В), а вывод EПИТ2 подключается к источнику питания КМОП. Как и прежде, на стандартных выходах ТТЛ надо устанавливать нагрузочные резисторы.

Рис. 19.4. Преобразование уровня от ТТЛ к КМОП

 

Управление ТТЛ от КМОП. Если элемент КМОП питается от источника напряжения +5 В, то его можно непосредственно нагрузить одним элементом ТТЛ. От буферных схем КМОП типа КР1561ПУ4 (шесть инверторов) можно при подключении ее входов к выходам КМОП-микросхем подключать к каждому из ее выходов от двух до восьми микросхем ТТЛ в зависимости от их схемотехнической реализации. При питании элементов КМОП более высоким напряжением также существует несколько способов сопряжения. В первом методе можно использовать схемы 4049/4050 (рис. 19.5 а). Для этих ИМС допускается превышение входными уровнями напряжения питания, поэтому контакты EПИТ можно соединять непосредственно с цепью +5В. Это позволит обеспечить на выходе перепад напряжения от нуля до +5 В и даст возможность подключать к нему до восьми элементов ТТЛ.

Рис. 19.5. Преобразование от КМОП к ТТЛ

 

 

 

 

 

Логика на комплементарных моп транзисторах (кмдп)

Микросхемы на комплементарных транзисторах строятся на основе МОП транзисторов с n- и p-каналами. Один и тот же потенциал открывает транзистор с n-каналом и закрывает транзистор с p-каналом. При формировании логической единицы открыт верхний транзистор, а нижний закрыт. В результате ток через микросхему не протекает. При формировании логического нуля открыт нижний транзистор, а верхний закрыт. И в этом случае ток через микросхему не протекает. Простейший логический элемент — это инвертор. Его схема приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Принципиальная схема инвертора, выполненного на комплементарных МОП транзисторах.

На этой схеме для упрощения понимания принципов работы микросхемы не показаны защитные и паразитные диоды. Особенностью микросхем на комплементарных МОП транзисторах является то, что в этих микросхемах в статическом режиме ток практически не потребляется. Потребление тока происходит только в момент переключения микросхемы из единичного состояния в нулевое и наоборот. Этим током производится перезаряд паразитной ёмкости нагрузки.

Схема логического элемента «И-НЕ» на КМОП микросхемах практически совпадает с упрощенной схемой «И» на ключах с электронным управлением, которую мы рассматривали ранее. Отличие заключается в том, что нагрузка подключается не к общему проводу схемы, а к источнику питания. Принципиальная схема элемента «2И-НЕ», выполненного на комплементарных МОП транзисторах приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Принципиальная схема элемента «2И-НЕ», выполненного на комплементарных МОП транзисторах.

В этой схеме можно было бы применить в верхнем плече обыкновенный резистор, однако при формировании низкого уровня схема постоянно потребляла бы ток. Вместо этого, в качестве нагрузки используются p-МОП транзисторы. Эти транзисторы образуют активную нагрузку. Если на выходе требуется сформировать высокий потенциал, то транзисторы открываются, а если низкий — то закрываются.

В приведённой на рисунке 2 схеме ток от источника питания на выход микросхемы будет поступать через один из транзисторов, если хотя бы на одном из входов (или на обоих сразу) будет присутствовать низкий потенциал (уровень логического нуля). Если же на обоих входах будет присутствовать уровень логической единицы, то оба p-МОП транзистора будут закрыты и на выходе микросхемы сформируется низкий потенциал. В этой схеме, так же как и в схеме на рисунке 1, если транзисторы верхнего плеча будут открыты, то транзисторы нижнего плеча будут закрыты, поэтому в статическом состоянии ток микросхемой от источника питания потребляться не будет.

Условно-графическое изображение такого логического элемента показано на рисунке 3, а таблица истинности приведена в таблице 1. В таблице 1 входы обозначены как x1 и x2, а выход — F.

Рисунок 3. Условно-графическое изображение элемента «2И-НЕ».

Таблица 1. Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию «2И-НЕ»

x1	x2	F
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Логический элемент «ИЛИ-НЕ», выполненный на КМОП транзисторах, представляет собой параллельное соединение ключей с электронным управлением. Отличие от схемы «2ИЛИ», рассмотренной ранее, заключается в том, что нагрузка подключается не к общему проводу схемы, а к источнику питания. Вместо резистора в качестве нагрузки используются p-МОП транзисторы. Принципиальная схема элемента «2ИЛИ-НЕ», выполненного на комплементарных МОП транзисторах приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Принципиальная схема элемента «2ИЛИ-НЕ», выполненного на комплементарных МОП транзисторах.

В схеме логического элемента «2ИЛИ-НЕ» в качестве нагрузки используются последовательно включенные p-МОП транзисторы. В ней ток от источника питания на выход микросхемы будет поступать только если все транзистора в верхнем плече будут открыты, т.е. если сразу на всех входах будет присутствовать низкий потенциал (уровень логического нуля). Если же хотя бы на одном из входов будет присутствовать уровень логической единицы, то верхнее плечо будет закрыто и ток от источника питания поступать на выход микросхемы не будет.

Таблица истинности, реализуемая этой схемой, приведена в таблице 2, а условно-графическое обозначение этих элементов приведено на рисунке 5.

Рисунок 5. Условно-графическое изображение элемента «2ИЛИ-НЕ».

Таблица 2. Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию «2ИЛИ-НЕ»

x1	x2	F
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

В настоящее время именно КМОП микросхемы получили наибольшее развитие. Причём наблюдается постоянная тенденция к снижению напряжения питания. Первые серии микросхем такие как К1561 (иностранный аналог C4000В) обладали достаточно широким диапазоном изменения напряжения питания (3..18В). При этом при понижении напряжения питания у конкретной микросхемы понижается её предельная частота работы. В дальнейшем, по мере совершенствования технологии производства, появились улучшенные микросхемы с лучшими частотными свойствами и меньшим напряжением питания.

Особенности применения КМОП микросхем

Первой и основной особенностью КМОП микросхем является большое входное сопротивление этих микросхем. В результате на вход этой цифровой микросхемы может наводиться любое напряжение, в том числе и равное половине напряжения питания, и храниться на нём достаточно долго. При подаче на вход КМОП микросхемы половины питания открываются транзисторы как в верхнем, так и в нижнем плече выходного каскада микросхемы, в результате микросхема начинает потреблять недопустимо большой ток и может выйти из строя. Вывод: входы цифровых микросхем ни в коем случае нельзя оставлять неподключенными!

Второй особенностью КМОП микросхем является то, что они могут работать при отключенном питании. Однако работают они чаще всего неправильно. Эта особенность связана с конструкцией входного каскада КМОП  микросхем. Полная схема КМОП инвертора приведена на рисунке 6.

 

Рисунок 6. Полная схема КМОП инвертора.

Диоды VD1 и VD2 были введены для защиты входного каскада от пробоя статическим электричеством. В то же самое время при подаче на вход микросхемы высокого потенциала он через диод VD1 попадёт на шину питания микросхемы, и так как она потребляет достаточно малый ток, то микросхема начнёт работать. Однако в ряде случаев тока может не хватить. В результате микросхема может работать неправильно. Вывод: при неправильной работе микросхемы тщательно проверьте питание микросхемы, особенно выводы корпуса. При плохо пропаянном выводе отрицательного питания его потенциал будет отличаться от потенциала общего провода схемы.

Третья особенность КМОП микросхем связана с паразитными диодами VD3 и VD4, которые могут быть пробиты при неправильно подключенном источнике питания (микросхемы ТТЛ выдерживают кратковременную переполюсовку питания). Для защиты микросхем от переполюсовки питания следует в цепи питания предусмотреть защитный диод.

Четвёртая особенность КМОП микросхем — это протекание импульсного тока по цепи питания при переключении микросхемы из нулевого состояния в единичное и наоборот. В результате при переходе с ТТЛ микросхем на КМОП резко увеличивается уровень помех. В ряде случаев это важно и приходится отказываться от применения КМОП микросхем в пользу ТТЛ или BICMOS.

Логические уровни КМОП микросхем

Логические уровни КМОП микросхем существенно отличаются от логических уровней ТТЛ микросхем. При отсутствии тока нагрузки напряжение на выходе КМОП микросхемы совпадает с напряжением питания (логический уровень единицы) или с потенциалом общего провода (логический уровень нуля). При увеличении тока нагрузки напряжение логической единицы может уменьшается до 2,8В (U_п=15В) от напряжения питания. Допустимый уровень напряжения на выходе цифровой КМОП микросхемы (серия микросхем К561) при пятивольтовом питании показан на рисунке 7.

Рисунок 7. Уровни логических сигналов на выходе цифровых КМОП микросхем.

Как уже говорилось ранее, напряжение на входе цифровой микросхемы по сравнению с выходом обычно допускается в больших пределах. Для КМОП микросхем договорились о 30% запасе. Границы уровней логического нуля и единицы для КМОП микросхем при пятивольтовом питании приведена на рисунке 8.

Рисунок 8. Уровни логических сигналов на входе цифровых КМОП микросхем.

 При уменьшении напряжения питания границы логического нуля и логической единицы можно определить точно так же (разделить напряжение питания на 3). 

Семейства КМОП микросхем

Первые КМОП микросхемы не имели защитных диодов на входе, поэтому их монтаж представлял значительные трудности. Это семейство микросхем серии К172. Следующее улучшенное семейство микросхем серии К176 получило эти защитные диоды. Оно достаточно распространено и в настоящее время. Серия К1561 завершает развитие первого поколения КМОП микросхем. В этом семействе было достигнуто быстродействие на уровне 90нс и диапазон изменения напряжения питания 3..15В. Так как в настоящее время распространена иностранная аппаратура, то приведу иностранный аналог этих микросхем — C4000В.

Дальнейшим развитием КМОП микросхем стала серия SN74HC. Эти микросхемы отечественного аналога не имеют. Они обладают быстродействием 27нс и могут работать в диапазоне напряжений 2..6В. Они совпадают по цоколёвке и функциональному ряду с ТТЛ микросхемами, но не совместимы с ними по логическим уровням, поэтому одновременно были разработаны микросхемы серии SN74HCT (отечественный аналог — К1564), совместимые с ТТЛ микросхемами и по логическим уровням.

В это время наметился переход на трёхвольтовое питание. Для него были разработаны микросхемы SN74ALVC с временем задержки сигнала 5,5нс и диапазоном питания 1,65..3,6В. Эти же микросхемы способны работать и при 2,5 вольтовом питании. Время задержки сигнала при этом увеличивается до 9нс.

Наиболее перспективным семейством КМОП микросхем считается семейство SN74AUC с временем задержки сигнала 1,9нс и диапазоном питания 0,8..2,7В.

Руководство по выбору микросхем логики | hardware

Часто бывает необходимо подобрать серию микросхем логики под определенные требования — энергопотребление, предельная рабочая частота, уровни напряжений логики и питания, нагрузочная способность и т. д. Так же проблемой бывает подобрать отечественный аналог для импортной микросхемы, и наоборот. В этой статье сделана попытка предоставить такую информацию. Параметры серий обобщенно закодированы в названиях серий: HCT, ALS, F, LVC и т. п. Для начала давайте разберемся, что обозначают буквы, составляющие название серий. К сожалению, это общие обозначения, смысл букв иногда может меняться, потому что многие серии являются одновременно и торговыми марками производителей микросхем. A — advanced, т. е. улучшенный, продвинутый. Показывает, что эта серия основана на базовой, с улучшением каких-то параметров (обычно это скорость работы и уменьшение энергопотребления). B технология BiCMOS или Bipolar. C — CMOS, технология микросхем с очень низким статическим потреблением энергии. E — технология ECL. F — Fast, высокоскоростные микросхемы. H — High Speed, означает микросхемы повышенной скорости по сравнению с обычными. LV — low voltage, означает низкое напряжение питания. S — Schottky, ТТЛ-логика с ускорением на основе применения диодов Шоттки. T — TTL, микросхемы совместимые по уровням с TTL логикой. Примеры: AC — семейство Advanced CMOS. ACT — семейство Advanced CMOS, совместимое по уровню с TTL. LVC — семейство Low Voltage CMOS. HC — семейство High Speed CMOS. С помощью таблицы быстрого выбора, размещенной ниже выберите самый важный для Вас параметр — скорость переключения, минимальное потребление, нагрузочная способность, устойчивость к помехам — и определите, какое семейство больше подходит. Затем с помощью дополнительной справочной информации уточните Ваш выбор. Таблица 1. Быстрый выбор серии микросхем (основные характеристики серий). Технология High Speed Low Noise Low Static Power High Drive Low Voltage Board Space Voltage Translation BiCMOS 5V   ABT     ABT       BiCMOS 3V   LVT     LVT LVT     CMOS 5V   FACT FACT QS FACT     TinyLogic HS/HST LVX   TinyLogic UHS HC/HCT FACT QS             TinyLogic HS/HST HC/HCT             VHC/VHCT TinyLogic HS/HST/UHS               VHC/VHCT         CMOS 1.2-3V   LCX LVX LCX   ALVC LCX DQFN FXL   TinyLogic UHS TinyLogic HS LVX   LCX TinyLogic UHS/ULP/ULPA VCX   TinyLogic ULP-A TinyLogic ULP VCX   LVX VCX DQFN         TinyLogic HS/UHS   TinyLogic ULP           TinyLogic ULP   VCX     Bipolar   FASTr ALS   FASTr           FAST           ECL   100 EL/LVEL Series ECL               300 Series ECL             Обозначения: High Speed высокая скорость. Low Noise низкий шум. Low Static Power низкое статическое потребление тока. High Drive высокая нагрузочная способность по выходу. Low Voltage низкое напряжение питания. Board Space пространство на плате (типы корпусов). Voltage Translation наличие микросхем буферов с преобразованием уровня. TinyLogic марка FAIRCHILD Semiconductor. Рис. 1. Эволюция развития серий микросхем логики. Таблица 2. Общее описание возможностей различных серий. Серия Описание BiCMOS ABT • Высокая скорость, высокая нагрузочная способность по выходу, работа в условиях низкого шума. Серия предназначена для самой лучшей производительности. LVT • Высокая скорость, высокая нагрузочная способность для приложений с питанием 3.3V. CMOS CD4K • Стандартная КМОП-логика с поддержкой высокого напряжения питания, предназначенная для работы в условиях высокого уровня помех. ALVC(1,4) • Альтернатива для VCX. LCX(1,4) • 5V-толерантные входы и выходы. • Идеально подходит для 3.3V приложений, где требуется баланс компромисса между нагрузочной способностью, высокой скоростью и низким уровнем шума. LVX(1) • 5V-толерантные входы, позволяющие подключить 5V CMOS к системам с питанием 3.3V. Включает специализированные, двухуровневые трансляторы и устройства переключения шины. VCX(1,4) • Высокоскоростная серия КМОП, позволяющая взаимодействовать системам 3.3V и 2.5V, с 3.6V-толерантными входами и выходами. FACT™ AC/ACT • ACMOS семейство широкого профиля применения. FACT Quiet Series™ ACQ/ACTQ • Расширение семейства, специально разработанное для приложений, чувствительных к уровню шума. Проприетарная схемотехника гарантирует низкий уровень EMI, генерируемый микросхемами. Преобразователи уровня FXL • Двойное напряжение питания для преобразования уровней от 1.2V до 3.6V. • Передача сигнала в двух направлениях, конфигуриуемая двунаправленность, или передача данных в одном направлении. HC/HCT(4) • Микросхемы КМОП с низким генерируемым шумом и уровнем EMI, доступные в широком диапазоне рабочих скоростей. • Не рекомендуется для использования в новых разработках. HS(2) • Логика общего назначения с вентилями с одним, двумя и тремя входами. HST(2) • TTL-совместимая, с вентилями с одним, двумя и тремя входами. UHS(2) • Высокопроизводительная логика с одним и двумя входами, допускающая 5V-перенапряжение по входам и выходам. ULP/ULP-A(2) • Логика с одним, двумя и тремя входами, обладающая чрезвычайно низким потреблением тока, работающая от малых напряжений. VHC/VHCT(4) • Решение миграции для пользователей HCMOS, когда требуется больше скорость при сохранении низкого потребления, низкой генерации шума, в приложениях, где не требуется высокая нагрузочная способность по выходу. • Предоставляется в очень маленьких корпусах. 74C • Логика CMOS с высоким напряжением питания, для работы в условиях высоких помех. Bipolar ALS • Низкий выходной шум и малое потребление энергии, улучшенное семейство логики TTL. AS • Семейство TTL с высокой скоростью и высокой нагрузочной способностью. • Не рекомендуется для новых разработок. FAST®(3) • Оптимальное соотношение между скоростью и потреблением тока для семейств Advanced Schottky TTL. FASTr™(3) • Самая быстрая доступная логика TTL. • Улучшенная по дизайну и скорости версия FAST. ECL Серии F100K • ECL с малым потреблением мощности, и отличным соотношением цена/производительность. • Совместимая по цоколевке с сериями F100K 100. Серии 100EL/LVEL • Рабочая частота от 1.0 до 2.0 ГГц. • Продвигается как замена для EcLINPS™(5). Примечания: (1) CROSSVOLT™, марка FAIRCHILD Semiconductor. (2) TinyLogic®, марка FAIRCHILD Semiconductor. (3) FAST, FASTr марки FAIRCHILD Semiconductor. (4) См. TinyLogic HS, UHS и ULP-A для 1- и 2-разрядных семейств с подобной производительностью для серий AVLC, LCX, VCX, HC и VHC. (5) Торговая марка ON Semiconductor. Параметр задержки распространения сигнала вместе с временем нарастания и спада на выходе определяют максимальную рабочую частоту серии. Таблица 3. Величина задержки распространения сигнала(1). Примечания: (1) Даны максимальные значения из даташита на указанные модели микросхем. (2) Емкость нагрузки выхода CLOAD = 30 пФ. Таблица 4. Время нарастания и спада уровня(1). Примечания: (1) Даны значения для логики ‘244, емкость нагрузки CLOAD = 50 пФ, сопротивление нагрузки RL = 500 Ω. (2) Емкость нагрузки выхода CLOAD = 30 пФ. Таблица 5. Уровень генерируемого шума(1). VOLP уровень положительного выброса, VOLV уровень отрицательного выброса. Примечания: (1) Даны значения для логики ‘244, емкость нагрузки CLOAD = 50 пФ, сопротивление нагрузки RL = 500 Ω, типовые значения сопротивлений для 4.5V, переключение семи выходов, минимальный наклон перепадов на входе. (2) Емкость нагрузки выхода CLOAD = 30 пФ. (3) Без превышения уровня верхних и нижних выбросов, наблюдаемых на осциллографе. Таблица 6. Динамическое потребление тока (мА)(1). Серия 1 МГц 10 МГц 35 МГц 70 МГц 90 МГц BiCMOS ABT 19.7 43.8 115.9 266.0 303.3 LVT (8) 11.0 29.3 75.8 133.4 170.2 LVT (16) 12.5 90.1 246.2 494.3 580.1 CMOS ALVC 9.9 61.9 146.8 253.7 312.7 LCX (8) 2.2 20.9 64.8 146.6 163.1 LCX (16) 6.7 61.9 160.0 294.4 375.1 LVX 2.0 19.4 64.0 100.1 106.3 VCX (16) 9.9 61.9 146.8 253.7 312.7 FACT AC 3.9 38.9 105.5 352.8 404.2 FACT Quiet Series™ ACQ 5.4 52.3 139.5 206.0 218.5 HC 3.8 37.9 132.0 181.5 — VHC 3.1 30.8 103.0 180.7 192.1 Bipolar ALS 14.1 41.0 126.7 240.2 393.8 FAST 42.9 69.4 136.6 221.1 246.8 FASTr 38.6 58.0 94.5 198.2 232.4 Примечание (1): даны значения для логики ‘244, емкость нагрузки CLOAD = 50 пФ. Все значения представляют типовые параметры. Рис. 2. Различные серии микросхем преобразователей уровней. Примечания: † Устройства с автоматическим определением направления передачи данных не требуют для этого специальных выводов управления. * FXM2IC102 совместимы с интерфейсом I2C, имеют конфигурацию с открытым стоком. ** FXL2SD106 это транслятор сигналов карты SD, с сигналами бит данных и сигналами управления. Таблица 7. Сравнение параметров семейств. Серия Напряжение питания** (номинальное VCC, V) Совместимость по входу‡ (VIL/VIH) Выхо䇇 (VOL/VOH) Входной ток† (IIL/IIH) Выходной тоꆆ (IOL/IOH) Потребляемый ток† (ICC) Скорость† (tPD, нс) BiCMOS ABT 5 TTL TTL –5μA/5μA –32mA /64mA 30mA 3.6 LVT (8) 3.3 TTL, CMOS TTL, CMOS –5μA/1μA –32mA /64mA 5mA 3.5 LVT (16) 3.3 TTL, CMOS TTL, CMOS –5μA/1μA –32mA /64mA 5mA 3.5 CMOS CD4K°° 3 .. 15 CMOS TTL, CMOS 10pA –1.25mA /8mA 3μA 40.0 ALVC 1.8/2.5/3.3 TTL, CMOS TTL, CMOS –5μA/5μA –24μA /24μA 20μA 3.0 LCX (8) 2.5/3.3 TTL, CMOS TTL, CMOS –5μA/5μA –24mA /24mA 10μA 6.5 LCX (16) 2.5/3.3 TTL, CMOS TTL, CMOS –5μA/5μA –24mA /24mA 20μA 4.5 LVX (8) 3.3 TTL,CMOS TTL,CMOS –1μA/1μA –4mA /4mA 40μA 12.0 VCX∞∞ 1.2/1.5 /1.8/2.5 /3.3 TTL, CMOS TTL, CMOS –5μA/5μA –24mA /24mA 20μA 2.5/3.2 FACT AC 3.3/5 CMOS TTL, CMOS –1μA/1μA –24mA /24mA 80μA 7.5 FACT ACT 5 TTL, CMOS TTL, CMOS –1μA/1μA –24mA /24mA 80μA 10.0 FACT Quiet Series ACQ 3.3/5 CMOS TTL, CMOS –1μA/1μA –24mA /24mA 80μA 6.5 FACT Quiet Series ACTQ 5 TTL, CMOS TTL, CMOS –1μA/1μA –24mA /24mA 80μA 7.0 HC 2/4.5/6 CMOS TTL, CMOS –1μA/1μA –6mA /6mA 80μA 25.0 HCT 5 TTL, CMOS TTL, CMOS –1μA/1μA –6mA /6mA 80μA 25.0 HS∞ 2.0/3.0 /4.5/6 CMOS TTL, CMOS –1μA/1μA –2.6mA /2.6mA 10μA 21.0 HST∞ 4.5/5/5.5 TTL, CMOS TTL, CMOS –1μA/1μA –2.0mA /2.0mA 10μA 30.0 UHS∞ 1.65/2.5 /3.3/5 CMOS TTL, CMOS –10μA /10μA –32mA /32mA 20μA 4.5 ULP∞ 0.9/1.2/1.5 /1.8/2.5/3.3 CMOS TTL, CMOS –1μA/1μA –2.6μA /2.6μA 5μA 7.0 ULP-A∞ 0.9/1.2/1.5 /1.8/2.5/3.3 CMOS TTL, CMOS –1μA/1μA –24μA /24μA 5μA 3.0 VHC 3.3/5 CMOS TTL, CMOS –1μA/1μA –8mA /8mA 40μA 8.5 VHCT 5 TTL, CMOS TTL, CMOS –1μA/1μA –8mA /8mA 40μA 9.5 74C 3 .. 15 CMOS TTL, CMOS –1μA/1μA –14mA /12mA 300μA 70.0 Bipolar AS 5 TTL TTL –1.0mA /20μA –15mA /64mA 90mA 6.2 ALS 5 TTL TTL –0.1mA /20μA –15mA /24mA 27mA 10.0 FAST 5 TTL TTL –150μA /5μA –15mA /64mA 75mA 3.9 FASTr 5 TTL TTL –1.6mA /5μA –15mA /64mA 90mA 6.5 LS 5 TTL TTL –200μA /20μA –15mA /24mA 54mA 18.0 S 5 TTL TTL –200μA /20μA –15mA /64mA 120μA 9.0 TTL° 5 TTL TTL –1.6μA /40μA –250mA /40mA 41mA 30.0 ECL 100 EVL –5.5 .. –4.2 ECL ECL 0.5μA /150μA –1.8, 50Ω –36mA 0.385 100 LVEL –3.0 .. –3.8 ECL ECL 0.5μA /150μA –1.8, 50Ω –30mA 0.435 Серия 300 –5.7 .. –4.2 ECL ECL 0.5μA /240μA –1.8, 50Ω –65mA 1.55 Примечания: * Для примеров применялась логика функции ’244, если не указано нечто другое. ** Кроме ECL и HC. ‡ Входные уровни, распознаваемые устройством. ‡‡ Входные уровни устройства, которыми оно может управлять. † Максимальный параметр на максимальном указанном VCC. †† На максимальном указнанном VCC. ° Для параеметров использовалась логика 7407. °° Для параметров использовалась логика CD4010. ∞ Для данных использовалась функция вентиля NAND, И-НЕ (00). ∞∞ CLOAD = 30 пФ. Ниже приведена сравнительная таблица размеров и параметров корпусов различного типа. Примечание (1): в скобках приведены коды корпусов компании FAIRCHILD Semiconductor. [Ссылки] 1. Logic Selection Guide site:fairchildsemi.com. 2. Logic Guide — Texas Instruments site:ti.com. 3. 180715Logic-Selection-Guide.zip. 4. Таблица соответствия отечественных микросхем серий TTL импортным микросхемам 74-й серии. 5. Таблицы соответствия микросхем 561 и 1561 серий импортным микросхемам 4000 серии.

Эмиттерно-связанная логика — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 6 августа 2017; проверки требуют 11 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 6 августа 2017; проверки требуют 11 правок. Типичная схема (4ИЛИ/ИЛИ-НЕ).

Эми́ттерно-свя́занная ло́гика (ЭСЛ, ECL) — способ построения логических элементов на основе дифференциальных транзисторных каскадов. ЭСЛ является самой быстродействующей из всех типов логики, построенной на биполярных транзисторах. Это объясняется тем, что транзисторы в ЭСЛ работают в линейном режиме, не переходя в режим насыщения, выход из которого замедлен. Низкие значения логических перепадов в ЭСЛ-логике способствуют снижению влияния на быстродействие паразитных ёмкостей^[1].

Основная деталь ЭСЛ-логики — схема потенциального сравнения, собранная не на диодах (как в ДТЛ), а на транзисторах. Схема представляет собой транзисторы, соединённые эмиттерами и подключенные к корпусу (или питанию) через резистор. При этом транзистор, у которого напряжение на базе выше, пропускает через себя основной ток. Как правило, один транзистор в схеме сравнения подключен к опорному уровню, равному напряжению логического порога, а остальные транзисторы являются входами. Выходные цепи схемы сравнения поступают на усилительные транзисторы, а с них — на выходные эмиттерные повторители.

Особенностью ЭСЛ является повышенные скорость (150 МГц уже в первых образцах 1960-х годов и 0,5…2 ГГц в 1970-1980-х) и энергопотребление по сравнению с ТТЛ и КМОП (на низких частотах, на высоких — примерно равное), низкая помехоустойчивость, низкая степень интеграции (ограниченная, в частности, большой потребляемой мощностью каждого элемента, что не позволяет разместить в одном корпусе много элементов, так как это приведёт к перегреву) и как следствие — высокая стоимость.

«Переключатель тока» Хэнона Йорка (1955 г.)^[2]

ЭСЛ была изобретена в августе 1956 года инженером IBM Хэноном Йорком (англ. Hannon S. Yourke)^[3][4]. Первоначально имела название «управляемая током логика», применялась в компьютерах Stretch, IBM 7090, и IBM 7094^[2]. Также использовалось название схема токового режима^[5].

Переключатель тока Йорка представлял собой дифференциальный усилитель, в котором входные логические уровни сигналов отличались от выходных^[5]. В схеме Йорка отличие опорных уровней напряжения составляло 3 вольта. В связи с этим использовались две взаимодополняющих версии логических элементов: NPN и PNP. Выход NPN версии мог управлять входами PNP версии и наоборот. Недостатками схемы являлись использование дополнительных источников напряжения и использование как PNP, так и NPN транзисторов^[2].

Позже, вместо чередования NPN и PNP версий логических элементов, был предложен метод с использованием стабилитронов и резисторов для сдвига выходных логических уровней к значениям входных логических уровней^[5]. В ЭВМ БЭСМ-6 для этой же цели в состав переключателя тока был введён вторичный источник электропитания на основе трансформатора и двухполупериодного выпрямителя со средней точкой, названный «подвешенным источником питания»^[6].

С появлением цифровых интегральных микросхем ЭСЛ логики для сдвига выходных логических уровней стал использоваться эмиттерный повторитель, также обеспечивающий повышение коэффициента разветвления.

Первая серия микросхем ЭСЛ логики, MECL I, была представлена фирмой Motorola в 1962 году^[7]. Motorola разработала улучшенные серии MECL II в 1966 году и MECL III в 1968 году. MECL III обладала задержкой распространения сигнала в 1 наносекунду и частотой переключения триггеров до 500 МГц. В 1971 году выпущена серия 10000 с пониженным энергопотреблением и быстродействием^[7].

Высокое энергопотребление ЭСЛ ограничило её применение только в схемах, где было важно максимальное быстродействие. ЭСЛ применялась в мейнфреймах IBM серии IBM System/390^[8], суперкомпьютере Cray-1^[9], первом поколении мейнфреймов Amdahl, ЕС ЭВМ ряда 2, ЭВМ «Эльбрус-2».

Серии микросхем отечественного производства:

• 137, 187, 229 — совместимые серии, 137 отличается более высоким быстродействием, 187 — меньшей потребляемой мощностью. Давно устарели.
• 138 — серия с лучшими параметрами, чем 137, 187. Устарела с появлением серий 100 и 500.
• 100, 500, 700 — это одна и та же серия в плоских корпусах (100), DIP-корпусах (500), бескорпусная для гибридных микросхем (700). Аналог серии Motorola 10000.
• 1500 — серия с субнаносекундным быстродействием, использовалась в ЭВМ «Эльбрус-2».
• 1590 — последняя отечественная серия ЭСЛ-логики, аналоги серии Motorola MC10Hxxx. По сравнению с предыдущей, 1500ой серией, при том же быстродействии энергопотребление снижено примерно втрое.
• 1800 — разрядно-модульный микропроцессорный комплект, некоторые микросхемы использовались в ЭВМ серии ЕС

1. ↑ С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / под ред. С.В. Якубовского. — М: Радио и связь, 1990. — С. 496. — ISBN 5-256-00259-7.
2. ↑ ^{1 2 3} E. J. Rymaszewski et al. Semiconductor Logic Technology in IBM // IBM Journal of Research and Development. — 1981. — Т. 25, вып. 5. — С. 607–608. — ISSN 0018-8646. — doi:10.1147/rd.255.0603. Архивировано 5 июля 2008 года.
3. ↑ Early Transistor History at IBM
4. ↑ Hannon S. Yourke. Millimicrosecond non-saturating transistor switching circuits (неопр.). Stretch circuit memo #3 (октябрь 1956).
5. ↑ ^{1 2 3} High-Speed Switching Transistor Handbook / William D. Roehr, Darrell Thorpe. — Motorola, 1963. — С. 37-40.
6. ↑ Лаут В.Н. БЭСМ-6 (неопр.). Воспоминания сотрудников.
7. ↑ ^{1 2} William R. Blood, Jr. MECL System Design Handbook. — 4-th edition. — On Semiconductor, 2000. Архивная копия от 14 июля 2014 на Wayback Machine
8. ↑ A. E. Barish et al. Improved performance of IBM Enterprise System/9000 bipolar logic chips // IBM Journal of Research and Development. — 1992. — Т. 36, вып. 5. — С. 829-834. — doi:10.1147/rd.365.0829.
9. ↑ R. M. Russell. The CRAY1 computer system // Communications of the ACM. — 1978. — Т. 21, вып. 1. — С. 63–72. — doi:10.1145/359327.359336.