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射极耦合逻辑门电路(ECL)

上一篇 / 下一篇 2006-07-20 16:31:20 / 天气: 晴朗 / 心情: 高兴 / 个人分类：数字电路基础

    4.5.1  ECL门的基本结构
    由于TTL门中BJT工作在饱和状态，开关速度受到了限制。只有改变电路的工作方式，从饱和型变为非饱和型，才能从根本上提高速度。ECL门就是一种非饱和型高速数字集成电路，它的平均传输延迟时间可在2ns以下，是目前双极型电路中速度最快的。
    图4.5.1是最简单的ECL门，硅BJT T₁、T₂、T₃组成发射极耦合电路。T₃的基极接一个固定的参考电压V_REF，输入信号接到T₁、T₂的基极。输出信号由T₁、T₂或T₃的集电极取得。

图4.5.1  ECL门基本电路

1.当输入端A、B都接低电平0（设V_A=V_B=0.5V）时
由于V_REF=1V，因此T₃优先导通，这就使发射极e的电位V_E=V_REF-V_BE3=0.3V。对于T₁、T₂来说，由于 V_E=0.3V,而V_A=V_B=0.5V,虽然基极电位比发射极电位高0.2V，但由于是硅管，仍可保证截止。这时流过R_e的电流将全部由T₃提供，且有I_E=[V_E-(-V_EE)]/R_e=(0.3V+12V)/1.2KΩ≈10mA。这样

V_C3=V_CC-I_ER_c3=6V-10mA×0.1KΩ=5V

而	V_C1=V_CC=6V

    由此可见，当输入为0时，T₁、T₂截止，输出端c₁为高电平1（＋6V）；T₃导通，输出端c₃为低电平0(＋5V）。而且由于V_B3=V_REF=1V，而V_C3=5V，所以T₃处于放大状态而未达到饱和。
    2.当输入端A、B中有一个接高电平1（设A接高电平，V_A=1.5V）时
    由于V_A＞V_REF，所以T₁优先导通，这就使V_E=1.5V-0.7V=0.8V，对T₃来说，这时基极电位比发射极电位仅高0.2V，可以保证T₃截止。流过R_e的电流由T₁提供，且有I_E=(0.8V+12V)/1.2 KΩ=10.6mA，而

V_C1=V_CC-I_ER_c1=6V-10.6mA×0.1KΩ≈5V

V_C3=V_CC=6V

此时T₁处于放大状态。由于T₁和T₂的发射极和集电极是分别连在一起的，所以只要A、B中有一个接高电平，都会使c₁为低电平0（＋5V），而c₃为高电平1（＋6V）。
由上分析可得

c₁=A+B 或非输出

c₃=A+B 或输出

即ECL门的基本逻辑功能是同时具备或非/或输出，称之为互补逻辑输出。
    同时，不论是哪个BJT导通，所形成的发射极电流I_E都是很接近的。这个电流受输入信号控制，分别流入T₁或T₂或T₃，就象一个开关在控制，所以ECL电路又称为电流开关型电路（CML）。
    以上所述的是具有A、B两个输入端的或非电路，只要增加相同类型的BJT与T₁并联，就能增加门电路的输入端数。
    图4.5.1所示电路中存在的问题是，输出端的高、低电平与输入端的高、低电平电压不一致（尽管摆幅相等）如表4.5.1所示。实用上，可采用加电压跟随器等移动电平值的措施来解决。

表4.5.1 ECL门输入输出电平对照表

输入		输出
低电平0	高电平1	低电平0	高电平1
＋0.5V	＋1.5V	+5V	+6V

    4.5.2  ECL门的实际电路
    图4.5.2是ECL门的电路实例。由于集成电路特点，本电路只用一种负电源-V_EE=-5.2V，而V_CC=0V。图中T₁—T₄组成多端输入，并与T₅组成射集耦合电路。T₆组成一个简单的电压跟随器，它为T₅提供一个参考电压V_REF。为了补偿温度漂移，在T₆的基极回路接入了两个二极管。图中T₇和T₈组成电压跟随器，起电平移动作用，V_C4和V_C5通过电压跟随器后，使输出变为标准的ECL电平。其典型值是：高低电平的电压分别为-0.9V和-1.75V。同时由于有了这两个电压跟随器作为输出级，也有效地提高了ECL门的带负载能力。

self

图4.5.2 实际的ECL门电路

    4.5.3  ECL门的工作特点
    1.BJT工作在截止区或放大区，集电极电位总高于基极电位，这就避免了BJT因工作在饱和状态而产生的存储电荷问题。
    2.逻辑电平的电压摆幅小，输入电压变化ΔV₁≈1V（-1.85～-0.81V），集电极输出电压变化ΔV_O≈0.85V(-1.75～-0.9V),高低电平的电压差值已经小到只能区分BJT的导通和截止两种状态。集电极输出电压的变化小，这不仅有利于电路的转换，而且可采用很小的集电极电阻R_c。因此，ECL门的负载电阻总是在几百欧的数量级，使输出回路的时间常数比一般饱和型电路小，有利于提高开关速度。
    ECL门的速度快，常用于高速系统中。它的主要缺点是制造工艺要求高，功耗大，抗干扰能力弱。而且由于输出电压为负值，若与其他门电路接口，需用专门的电平位移电路。
    双极型逻辑门电路除了TTL和ECL之外，尚有集成注入逻辑门电路(IIL或I²L)和高阀值逻辑门电路(HTL)。IIL电路由于它的电路简单，易于在硅片上实现高集成度的器件，因而在大规模和超大规模集成电路中得到应用。由于它的高、低电平电压差值很小，抗干扰能力较差，因而这种门电路的推广受到限制。至于HTL电路，虽然它有较强的抗干扰能力，但它的功耗大，开关速度也不高，已不生产，为CMOS电路所取代。

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