المنطق المقترن بالباعث: الدائرة ، العمل ، كبوابة OR / NOR وتطبيقاتها

تم اختراع ECL (المنطق المقترن بالباعث) لأول مرة في IBM في أغسطس 1956 بواسطة Hannon S. يُعرف هذا المنطق أيضًا باسم منطق الوضع الحالي ، المستخدم في أجهزة كمبيوتر IBM 7090 و 7094. مجموعة ECL سريعة جدًا مقارنة بـ المنطق الرقمي العائلات. بشكل عام ، توفر عائلة المنطق هذه تأخير انتشار أقل من 1 نانوثانية. إنها عائلة منطقية تعتمد على الترانزستورات ثنائية القطب. إنها أسرع دائرة منطقية للعائلة يمكن الوصول إليها لتصميم نظام منطقي تقليدي. تتناول هذه المقالة نظرة عامة على ملف باعث إلى جانب الدائرة المنطقية ، العمل مع التطبيقات.

ما هو المنطق المقترن باعث؟

المنطق المقترن بالباعث هو الأفضل BJT عائلة المنطق المستندة إلى المستخدمة في تصميم نظام المنطق التقليدي. في بعض الأحيان ، يطلق عليه أيضًا منطق الوضع الحالي وهو تقنية رقمية عالية السرعة للغاية. بشكل عام ، يعتبر ECL أسرع منطق IC حيث يحقق تشغيله عالي السرعة باستخدام تأرجح جهد صغير جدًا وأيضًا تجنب دخول الترانزستورات إلى منطقة التشبع.

يستخدم تنفيذ ECL جهد إمداد موجب يُعرف باسم PECL أو ECL موجب الإشارة. في بوابات ECL المبكرة ، يتم استخدام مصدر جهد سلبي بسبب مناعة الضوضاء. بعد ذلك ، أصبحت ECL ذات المرجعية الإيجابية مشهورة جدًا نظرًا لمستوياتها المنطقية الأكثر توافقًا مقارنة بعائلات منطق TTL.

يبدد المنطق المقترن بالباعث قدرًا هائلاً من الطاقة الساكنة ، ومع ذلك ، فإن استهلاكه الإجمالي للتيار منخفض مقارنةً بـ CMOS بترددات عالية. لذلك ، فإن ECL مفيد بشكل أساسي في دوائر توزيع الساعة والتطبيقات القائمة على التردد العالي.

ميزات المنطق المقترن باعث

ستجعلها ميزات ECL تستخدم في العديد من التطبيقات عالية الأداء.

• يوفر ECL ناتجين مكملين لبعضهما البعض دائمًا لأن تشغيل الدائرة يعتمد على مكبر تفاضلي.
• هذه العائلة المنطقية مناسبة بشكل أساسي لطرق التصنيع الأحادي لأن المستويات المنطقية هي دالة لنسب المقاوم.
• تولد أجهزة عائلة ECL المخرجات الصحيحة والمكملة للوظيفة المقترحة دون استخدام أي محولات خارجية. وبالتالي ، فإنه يقلل من عدد العبوات ومتطلبات الطاقة ويقلل أيضًا من المشكلات التي تحدث من التأخير في الوقت.
• توفر أجهزة ECL في تصميم مكبر الصوت التفاضلي مرونة كبيرة في الأداء ، لذلك تسمح دوائر ECL باستخدامها كدوائر رقمية وخطية.
• يتميز تصميم بوابة ECL بمقاومة عالية ومنخفضة للمدخلات ، وهو ما يفضي إلى حد كبير إلى تحقيق قدرة كبيرة على التهوية وكذلك القدرة على القيادة.
• تولد أجهزة ECL استنزافًا مستمرًا للتيار على مصدر الطاقة لتبسيط تصميم مصدر الطاقة.
• تسمح أجهزة ECL بما في ذلك مخرجات الباعث المفتوحة بتضمين سعة محرك خط النقل.

دارة المنطق المزدوجة الباعث

الدائرة المنطقية بباعث مقترنة للعاكس موضحة أدناه والتي تم تصميمها بمقاومات وترانزستورات. في هذه الدائرة ، يتم توصيل طرفي الباعث في اثنين من الترانزستورات ببساطة بمقاومة التيار المحدود RE التي تُستخدم لتجنب دخول الترانزستور في التشبع. هنا يتم أخذ خرج الترانزستور من طرف المجمع بدلاً من طرف الباعث. توفر هذه الدائرة مخرجين Vout (إخراج معكوس) و Vout2 (إخراج غير مقلوب) ومحطة إدخال مثل Vin حيث يتم إعطاء مدخلات عالية أو منخفضة. + Vcc = 5 فولت.

كيف يعمل المنطق المزدوج الباعث؟

إن عمل المنطق المقترن بالباعث هو أنه كلما تم إعطاء المدخلات العالية لدائرة ECL ، فإنه سيجعل الترانزستور 'Q1' قيد التشغيل ويغلق الترانزستور Q2 ولكن الترانزستور Q1 غير مشبع. لذلك سيؤدي هذا إلى سحب ناتج VOUT2 إلى HIGH وستكون قيمة خرج VOUT1 منخفضة بسبب الانخفاض داخل R1.

وبالمثل ، عندما تكون قيمة VIN المعطاة لـ ECL منخفضة ، فإنها ستجعل ترانزستور Q1 مغلقًا و Q2 قيد التشغيل. لذلك ، لن ينتقل ترانزستور Q2 إلى التشبع. لذلك سيجعل إخراج VOUT1 يتم سحبه بقيمة عالية وستكون قيمة خرج VOUT2 منخفضة بسبب الانخفاض داخل مقاومة R2.

دعونا نرى كيف يتم تشغيل وإيقاف الترانزستور Q1 و Q2 عند تطبيق الجهد.

يتم توصيل الترانزستورات مثل Q1 و Q2 في هذه الدائرة كمكبر تفاضلي بواسطة مقاوم باعث مشترك.

إمدادات الجهد لهذه الدائرة النموذجية هي VCC = 5.0 ، VBB = 4.0 & VEE = 0 V. يتم تحديد قيم الإدخال HIGH & LOW-level ببساطة على أنها 4.4 V & 3.6V. في الواقع ، تولد هذه الدائرة خرجًا منخفضًا ومستويات عالية أعلى بمقدار 0.6 فولت ؛ ومع ذلك ، يتم تصحيح ذلك داخل دوائر ECL الحقيقية.

بمجرد أن يصل Vin إلى HIGH ، يتم تشغيل ترانزستور Q1 ، ولكن ليس مشبعًا ويتم إيقاف تشغيل ترانزستور Q2. لذلك ، يتم سحب جهد الخرج مثل VOUT2 إلى 5 فولت من خلال المقاوم R2 ويمكن إظهار أن انخفاض الجهد عبر المقاوم R1 يبلغ حوالي 0.8 فولت بحيث VOUT1 = 4.2 فولت (منخفض). بالإضافة إلى ذلك VE = VOUT1 - VQ1 => 4.2V - 0.4V = 3.8V حيث يتم تشغيل الترانزستور Q1 تمامًا.

بمجرد أن يكون Vin LOW ، سيتم تشغيل ترانزستور Q2 ، ولكن ليس مشبعًا ويتم إيقاف تشغيل ترانزستور Q1. لذلك ، يتم سحب VOUT1 إلى 5.0 فولت باستخدام المقاوم R1 ويمكن إظهار أن VOUT2 هو 4.2 فولت أيضًا VE => VOUT2 - VQ2 => 4.2V - 0.8V => 3.4V حيث يتم تشغيل الترانزستور Q2.

في ECL ، لا يتشبع الترانزستوران أبدًا مثل t تقلبات جهد الإدخال / الإخراج صغيرة إلى حد ما مثل 0.8 فولت ومقاومة المدخلات عالية ومقاومة الخرج منخفضة. يساعد هذا ECL على العمل بشكل أسرع مع وقت تأخير أقل للانتشار.

اثنان مدخلات باعث اقتران منطق أو / NOR بوابة الدائرة

يتم عرض دارة البوابة المنطقية OR / NOR المقترنة بباعث الإدخال أدناه. تم تصميم هذه الدائرة عن طريق تعديل دائرة العاكس أعلاه. يتم التعديل عن طريق إضافة ترانزستور إضافي في جانب الإدخال.
عمل هذه الدائرة بسيط للغاية. عندما تكون المدخلات المطبقة على كل من الترانزستورات Q1 و Q2 منخفضة ، ستجعل الناتج 1 (Vout1) إلى قيمة عالية. لذلك ، يتوافق Vout1 هذا مع إخراج بوابة NOR.

في نفس الوقت ، إذا تم تشغيل ترانزستور Q3 ، فسيكون الناتج الثاني (Vout2) مرتفعًا. لذلك ، يتوافق خرج Vou2 هذا مع خرج البوابة OR.

وبنفس الطريقة ، إذا كانت مدخلات الترانزستورات Q1 و Q2 عالية ، فسيتم تشغيل الترانزستورات Q1 & Q2 وتوفير مخرجات منخفضة في محطة VOUT1.

إذا تم إيقاف تشغيل ترانزستور Q3 طوال هذه العملية ، فسيوفر خرجًا عاليًا في محطة VOUT2. إذن ، جدول الحقيقة لبوابة OR / NOR مذكور أدناه.

الخصائص المنطقية للباعث المقترن

تتضمن خصائص ECL ما يلي.

• بالمقارنة مع TTL ، فإن ECL لها وقت انتشار أسرع يتراوح من 0.5 إلى 2 نانوثانية. لكن تبديد الطاقة المنطقية المقترنة بالباعث أعلى مقارنة بـ TTL مثل 30 ميغاواط.
• تحتوي الفولتية I / O الخاصة بـ ECL على تأرجح صغير مثل 0.8.
• مقاومة المدخلات لـ ECL عالية ومقاومة الخرج منخفضة ؛ وبالتالي ، فإن الترانزستور يغير حالته بسرعة كبيرة.
• سعة تفريغ ECLs عالية وتأخيرات البوابة منخفضة.
• يتغير منطق o / p الخاص بـ ECL من حالة منخفضة إلى حالة عالية ولكن مستويات الجهد لهذه الحالات ستختلف بين TTL و EC.
• تبلغ مناعة الضوضاء في ECL 0.4 فولت.

المميزات والعيوب

ال مزايا المنطق المقترن بالباعث تمت مناقشتها أدناه.

• انتشار ECL هو 25 وهو أفضل مقارنة بـ TTL وهو منخفض مقارنة بـ CMOS.
• متوسط ​​وقت تأخير الانتشار لـ ECL هو 1 إلى 4 نانوثانية وهو أفضل بالمقارنة مع كل من CMOS &
• TTL. وهكذا يطلق عليه اسم عائلة المنطق الأسرع.
• عندما اقترن BJTs في باعث بوابات المنطق، بوابات منطقية العمل في المنطقة النشطة ، فإن لديهم السرعة القصوى مقارنة بجميع عائلات المنطق.
• تولد بوابات ECL مخرجات تكميلية.
• لا توجد ارتفاعات التحويل الحالية في خيوط إمداد الطاقة.
• يمكن إقران المخرجات معًا لتوفير وظيفة Wired-OR.
• لا تتغير معلمات ECL كثيرًا من خلال درجة الحرارة.
• لا. عدد الوظائف التي يمكن الوصول إليها من شريحة واحدة عالية.

ال عيوب المنطق المقترن بالباعث تمت مناقشتها أدناه.

• بهامش ضوضاء أقل للغاية ، ± 200 مللي فولت.
• تبديد الطاقة مرتفع مقارنة بالبوابات المنطقية الأخرى.
• للتفاعل مع عائلات المنطق الأخرى ، من الضروري تغيير المستوى.
• Fanout يحد من التحميل بالسعة.
• مقارنة ب TTL ، بوابات ECL باهظة الثمن.
• بالمقارنة مع CMOS & TTL ، فإن مناعة الضوضاء ECL هي الأسوأ.

التطبيقات

تشمل تطبيقات المنطق المقترن بالباعث ما يلي.

• يستخدم المنطق المقترن بالباعث كتقنية منطقية وواجهة داخل أجهزة اتصالات عالية السرعة للغاية مثل واجهات أجهزة الإرسال والاستقبال بالألياف الضوئية وشبكات Ethernet و ATM (وضع النقل غير المتزامن).
• ECL هي عائلة منطقية تعتمد على BJT حيث يمكن تحقيق تشغيلها عالي السرعة باستخدام تأرجح جهد صغير نسبيًا وتجنب انتقال الترانزستورات إلى منطقة التشبع.
• يتم استخدام ECL في صنع دوائر ASLT داخل IBM 360/91.
• يتجنب ECL استخدام الترانزستورات المكدسة باستخدام تحيز أحادي الطرف i / p وردود فعل إيجابية بين الترانزستورات الأولية والثانوية لتحقيق وظيفة العاكس.
• يستخدم ECL في الإلكترونيات عالية السرعة للغاية.

وهكذا ، هذا هو نظرة عامة على منطق باعث مقترن أو ECL - الدائرة والعمل والميزات والخصائص والتطبيقات. ECL هي أسرع عائلة منطقية تعتمد على BJT مقارنة بعائلات المنطق الرقمي الأخرى. تبلغ سرعتها القصوى عن طريق استخدام تأرجح جهد صغير وتجنب انتقال الترانزستورات إلى منطقة التشبع. توفر عائلة المنطق هذه تأخيرًا لا يصدق في الانتشار ، وفي أحدث عائلات ECL ، يتم تقليل هذا التأخير. إليك سؤال لك ، ما هو الاسم البديل لـ ECL؟