Λογική συζευγμένης εκπομπής: Κύκλωμα, Λειτουργία, ως πύλη OR/NOR & οι εφαρμογές του

Η ECL (λογική συζευγμένης εκπομπής) εφευρέθηκε για πρώτη φορά στην IBM τον Αύγουστο του 1956 από τον Hannon S. Yourke. Αυτή η λογική είναι επίσης γνωστή ως λογική τρέχουσας λειτουργίας, που χρησιμοποιείται στους υπολογιστές των IBM 7090 & 7094. Η οικογένεια ECL είναι πολύ γρήγορη σε σύγκριση με ψηφιακή λογική οικογένειες. Γενικά, αυτή η λογική οικογένεια παρέχει καθυστέρηση διάδοσης μικρότερη από 1 ns. Είναι μια λογική οικογένεια που βασίζεται σε διπολικά τρανζίστορ διασταύρωσης. Είναι το ταχύτερο κύκλωμα λογικής οικογένειας που είναι προσβάσιμο για το σχεδιασμό ενός συμβατικού λογικού συστήματος. Αυτό το άρθρο εξετάζει μια επισκόπηση ενός συζευγμένη λογική-κύκλωμα εκπομπού , εργασία με εφαρμογές.

Τι είναι το Emitter Coupled Logic;

Η λογική συζευγμένης εκπομπής είναι η καλύτερη BJT -Βασισμένη λογική οικογένεια που χρησιμοποιείται στον συμβατικό σχεδιασμό λογικών συστημάτων. Μερικές φορές, ονομάζεται επίσης λογική τρέχουσας λειτουργίας που είναι μια ψηφιακή τεχνολογία πολύ υψηλής ταχύτητας. Γενικά, το ECL θεωρείται ως το ταχύτερο λογικό IC όπου επιτυγχάνει τη λειτουργία του σε υψηλή ταχύτητα χρησιμοποιώντας μια πολύ μικρή ταλάντευση τάσης και επίσης αποφεύγοντας την είσοδο των τρανζίστορ στην περιοχή κορεσμού.

Μια υλοποίηση του ECL χρησιμοποιεί μια θετική τάση τροφοδοσίας που είναι γνωστή ως PECL ή ECL θετικής αναφοράς. Στις πρώιμες πύλες ECL, χρησιμοποιείται τροφοδοσία αρνητικής τάσης λόγω της θορύβου. Μετά από αυτό, το ECL με θετική αναφορά έγινε πολύ διάσημο λόγω των πιο συμβατών λογικών επιπέδων του σε σύγκριση με τις οικογένειες λογικής TTL.

Η λογική συζευγμένου με πομπό διαχέει μια τεράστια ποσότητα στατικής ισχύος, ωστόσο, η συνολική κατανάλωση ρεύματος είναι χαμηλή σε σύγκριση με CMOS σε υψηλές συχνότητες. Έτσι, το ECL είναι κυρίως επωφελές σε κυκλώματα διανομής ρολογιού και εφαρμογές που βασίζονται σε υψηλές συχνότητες.

Λειτουργίες λογικής συζευγμένης εκπομπής

Τα χαρακτηριστικά του ECL θα τα κάνουν να χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές που βασίζονται σε υψηλές επιδόσεις.

• Το ECL παρέχει δύο εξόδους που αλληλοσυμπληρώνονται πάντα γιατί η λειτουργία του κυκλώματος βασίζεται σε διαφορικό ενισχυτή.
• Αυτή η λογική οικογένεια είναι κυρίως κατάλληλη για μονολιθικές μεθόδους κατασκευής επειδή τα λογικά επίπεδα είναι συνάρτηση των αναλογιών των αντιστάσεων.
• Οι συσκευές της οικογένειας ECL παράγουν τη σωστή & συμπληρωματική έξοδο της προτεινόμενης λειτουργίας χωρίς τη χρήση εξωτερικών μετατροπέων. Κατά συνέπεια, μειώνει τον αριθμό των πακέτων και τις απαιτήσεις ισχύος και επίσης μειώνει τα προβλήματα που προκύπτουν από χρονικές καθυστερήσεις.
• Οι συσκευές ECL σε σχεδιασμό διαφορικού ενισχυτή προσφέρουν ευρεία ευελιξία απόδοσης, επομένως τα κυκλώματα ECL επιτρέπουν τη χρήση τους τόσο ως ψηφιακά όσο και ως γραμμικά κυκλώματα.
• Ο σχεδιασμός της πύλης ECL έχει συνήθως υψηλή και χαμηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου, η οποία είναι εξαιρετικά ευνοϊκή για την επίτευξη μεγάλου ανεμιστήρα καθώς και ικανότητα οδήγησης.
• Οι συσκευές ECL παράγουν σταθερή αποστράγγιση ρεύματος στο τροφοδοτικό για να απλοποιήσουν τον σχεδιασμό του τροφοδοτικού.
• Οι συσκευές του ECL συμπεριλαμβανομένων των εξόδων ανοιχτού πομπού απλώς τους επιτρέπουν να περιλαμβάνουν χωρητικότητα κίνησης γραμμής μετάδοσης.

Λογικό κύκλωμα συζευγμένου εκπομπού

Το λογικό κύκλωμα συζευγμένου με πομπό για τον μετατροπέα φαίνεται παρακάτω, το οποίο έχει σχεδιαστεί με αντιστάσεις και τρανζίστορ. Σε αυτό το κύκλωμα, οι ακροδέκτες εκπομπού δύο τρανζίστορ συνδέονται απλώς με την περιοριστική αντίσταση ρεύματος RE, η οποία χρησιμοποιείται για να αποφευχθεί η είσοδος του τρανζίστορ σε κορεσμό. Εδώ η έξοδος του τρανζίστορ λαμβάνεται από τον ακροδέκτη συλλέκτη αντί του ακροδέκτη εκπομπού. Αυτό το κύκλωμα παρέχει δύο εξόδους Vout (αναστροφική έξοδος) και Vout2 (μη αντιστρεπτική έξοδος) και τον ακροδέκτη εισόδου όπως το Vin όπου δίνεται υψηλή ή χαμηλή είσοδος. +Vcc = 5V.

Πώς λειτουργεί το Emitter Coupled Logic;

Η λειτουργία της λογικής συζευγμένου εκπομπού είναι ότι κάθε φορά που δίνεται η είσοδος HIGH στο κύκλωμα ECL, τότε θα ενεργοποιήσει το τρανζίστορ «Q1» και το τρανζίστορ Q2 απενεργοποιημένο, αλλά το τρανζίστορ Q1 δεν είναι κορεσμένο. Έτσι, αυτό θα τραβήξει την έξοδο VOUT2 στο HIGH και η τιμή της εξόδου VOUT1 θα είναι LOW λόγω της πτώσης εντός του R1.

Ομοίως, όταν η τιμή VIN που δίνεται στο ECL είναι LOW, τότε θα κάνει το τρανζίστορ Q1 OFF & το Q2 τρανζίστορ ON. Έτσι, το τρανζίστορ Q2 δεν θα περάσει σε κορεσμό. Έτσι θα κάνει την έξοδο VOUT1 να τραβηχτεί ΥΨΗΛΗ τιμή και η τιμή εξόδου VOUT2 θα είναι χαμηλή λόγω της πτώσης εντός της αντίστασης R2.

Ας δούμε πώς ανάβουν και σβήνουν τα τρανζίστορ Q1 και Q2 όταν εφαρμόζεται τάση.

Τα δύο τρανζίστορ όπως το Q1 και το Q2 σε αυτό το κύκλωμα συνδέονται ως διαφορικός ενισχυτής με μια κοινή αντίσταση εκπομπού.

Οι τροφοδοσίες τάσης για αυτό το κύκλωμα παραδείγματος είναι VCC = 5,0, VBB = 4,0 & VEE = 0 V. Οι τιμές εισόδου ΥΨΗΛΟ και ΧΑΜΗΛΟ επίπεδο ορίζονται απλώς να είναι 4,4 V & 3,6 V. Στην πραγματικότητα, αυτό το κύκλωμα παράγει ΧΑΜΗΛΗ έξοδο & ΥΨΗΛΑ επίπεδα που είναι 0,6 Volt υψηλότερα. Ωστόσο, αυτό διορθώνεται σε πραγματικά κυκλώματα ECL.

Μόλις το Vin είναι HIGH, τότε το τρανζίστορ Q1 είναι ενεργοποιημένο, ωστόσο δεν είναι κορεσμένο και το τρανζίστορ Q2 είναι απενεργοποιημένο. Έτσι, η τάση εξόδου όπως το VOUT2 έλκεται στα 5 V μέσω της αντίστασης R2 και μπορεί να φανεί ότι η πτώση τάσης στην αντίσταση R1 είναι περίπου 0,8 V έτσι ώστε VOUT1 = 4,2 V (ΧΑΜΗΛΟ). Επιπλέον VE = VOUT1 – VQ1 => 4,2V – 0,4V = 3,8V καθώς το τρανζίστορ Q1 είναι πλήρως ενεργοποιημένο.

Μόλις το Vin είναι LOW, το τρανζίστορ Q2 θα είναι ενεργοποιημένο, αλλά όχι κορεσμένο και το τρανζίστορ Q1 είναι απενεργοποιημένο. Επομένως, το VOUT1 έλκεται στα 5,0 V χρησιμοποιώντας μια αντίσταση R1 και μπορεί να φανεί ότι το VOUT2 είναι 4,2 V. Επίσης VE => VOUT2 – VQ2 => 4,2V – 0,8V => 3,4V καθώς το τρανζίστορ Q2 είναι ενεργοποιημένο.

Στο ECL, τα δύο τρανζίστορ δεν είναι ποτέ σε κορεσμό όπως t Οι εναλλαγές τάσης εισόδου/εξόδου είναι αρκετά μικρές όπως 0,8v και η σύνθετη αντίσταση εισόδου είναι υψηλή και η αντίσταση εξόδου είναι χαμηλή. Αυτό βοηθά το ECL να λειτουργεί πιο γρήγορα με λιγότερο χρόνο καθυστέρησης μετάδοσης.

Λογικό κύκλωμα πύλης συζευγμένου εκπομπού δύο εισόδων OR/NOR

Το λογικό κύκλωμα πύλης OR/NOR συζευγμένο με δύο εκπομπούς εισόδου φαίνεται παρακάτω. Αυτό το κύκλωμα έχει σχεδιαστεί τροποποιώντας το παραπάνω κύκλωμα μετατροπέα. Η τροποποίηση γίνεται με την προσθήκη ενός επιπλέον τρανζίστορ στην πλευρά εισόδου.
Η λειτουργία αυτού του κυκλώματος είναι πολύ απλή. Όταν οι είσοδοι που εφαρμόζονται και στα τρανζίστορ Q1 και Q2 είναι χαμηλές, τότε η έξοδος1 (Vout1) θα γίνει ΥΨΗΛΗ. Έτσι, αυτό το Vout1 αντιστοιχεί στην έξοδο της πύλης NOR.

Ταυτόχρονα, εάν το τρανζίστορ Q3 είναι ενεργοποιημένο, τότε θα κάνει τη δεύτερη έξοδο (Vout2) να είναι HIGH. Έτσι, αυτή η έξοδος Vou2 αντιστοιχεί στην έξοδο πύλης OR.

Με τον ίδιο τρόπο, εάν και οι δύο είσοδοι των τρανζίστορ Q1 & Q2 είναι HIGH, τότε θα ενεργοποιήσει τα τρανζίστορ Q1 & Q2 και θα παρέχει τη χαμηλή έξοδο στον ακροδέκτη VOUT1.

Εάν το τρανζίστορ Q3 είναι απενεργοποιημένο καθ' όλη τη διάρκεια αυτής της λειτουργίας, τότε θα παρέχει υψηλή έξοδο στον ακροδέκτη VOUT2. Έτσι, ο πίνακας αλήθειας για την πύλη OR/NOR δίνεται παρακάτω.

Λογικά Χαρακτηριστικά Συζευγμένων Εκπομπών

Τα χαρακτηριστικά του ECL περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Σε σύγκριση με το TTL, το ECL έχει ταχύτερο χρόνο διάδοσης που κυμαίνεται από 0,5 έως 2 ns. Όμως, η διασπορά λογικής ισχύος συζευγμένου εκπομπού είναι υψηλότερη σε σύγκριση με TTL όπως 30 mW.
• Οι τάσεις I/O του ECL έχουν μια μικρή ταλάντευση όπως 0,8.
• Η σύνθετη αντίσταση εισόδου του ECL είναι υψηλή και η αντίσταση εξόδου είναι χαμηλή. κατά συνέπεια, το τρανζίστορ αλλάζει τις καταστάσεις του πολύ γρήγορα.
• Η χωρητικότητα ανεμιστήρα των ECL είναι υψηλή και οι καθυστερήσεις πύλης είναι χαμηλές.
• Η λογική o/p του ECL αλλάζει από κατάσταση LOW σε HIGH, αλλά τα επίπεδα τάσης για αυτές τις καταστάσεις θα ποικίλλουν μεταξύ TTL και EC.
• Η θόρυβος του ECL είναι 0,4V.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

ο πλεονεκτήματα της λογικής συζευγμένης εκπομπής συζητούνται παρακάτω.

• Το fanout του ECL είναι 25 που είναι καλύτερο σε σύγκριση με το TTL και είναι χαμηλό σε σύγκριση με το CMOS.
• Ο μέσος χρόνος καθυστέρησης διάδοσης του ECL είναι 1 έως 4 ns που είναι καλύτερος σε σύγκριση με το CMOS και
• TTL. Έτσι ονομάζεται η ταχύτερη λογική οικογένεια.
• Όταν τα BJT στον εκπομπό συζεύχθηκαν λογικές πύλες εργάζονται στην ενεργή περιοχή, τότε έχουν τη μέγιστη ταχύτητα σε σύγκριση με όλες τις λογικές οικογένειες.
• Οι πύλες ECL παράγουν συμπληρωματικές εξόδους.
• Οι τρέχουσες αιχμές μεταγωγής δεν υπάρχουν στα καλώδια τροφοδοσίας ρεύματος.
• Οι έξοδοι μπορούν να συνδεθούν από κοινού για να παρέχουν τη λειτουργία ενσύρματου Ή.
• Οι παράμετροι του ECL δεν αλλάζουν πολύ λόγω της θερμοκρασίας.
• Το όχι. των λειτουργιών που είναι προσβάσιμες από ένα μόνο τσιπ είναι υψηλό.

ο μειονεκτήματα της λογικής συζευγμένης εκπομπής συζητούνται παρακάτω.

• Έχει εξαιρετικά μικρότερο περιθώριο θορύβου, δηλαδή ±200 mV.
• Η διασπορά ισχύος είναι υψηλή σε σύγκριση με άλλες λογικές πύλες.
• Για τη διασύνδεση με άλλες λογικές οικογένειες, είναι απαραίτητοι μετατοπιστές επιπέδου.
• Το Fanout περιορίζει τη χωρητική φόρτωση.
• Σε σύγκριση με TTL , οι πύλες ECL είναι ακριβές.
• Σε σύγκριση με τα CMOS & TTL, η ασυλία θορύβου ECL είναι χειρότερη.

Εφαρμογές

Οι εφαρμογές της λογικής συζευγμένης εκπομπής περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Η λογική συζευγμένης εκπομπής χρησιμοποιείται ως τεχνολογία λογικής και διασύνδεσης σε συσκευές επικοινωνίας εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας, όπως διεπαφές πομποδέκτη οπτικών ινών, δίκτυα Ethernet και ATM (Asynchronous Transfer Mode).
• Το ECL είναι μια λογική οικογένεια που βασίζεται στο BJT όπου η λειτουργία υψηλής ταχύτητας μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας μια σχετικά μικρή ταλάντευση τάσης και αποφεύγοντας τη μετακίνηση των τρανζίστορ στην περιοχή κορεσμού.
• Το ECL χρησιμοποιείται για την κατασκευή των κυκλωμάτων ASLT εντός του IBM 360/91.
• Το ECL αποφεύγει τη χρήση στοιβαγμένων τρανζίστορ χρησιμοποιώντας ένα πόλωση i/p μονού άκρου και θετική ανάδραση μεταξύ πρωτεύοντος και δευτερεύοντος τρανζίστορ για την επίτευξη μιας λειτουργίας μετατροπέα.
• Το ECL χρησιμοποιείται σε ηλεκτρονικά εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας.

Έτσι, αυτό είναι μια επισκόπηση μιας λογικής συζευγμένης εκπομπής ή ECL – κύκλωμα, εργασία, χαρακτηριστικά, χαρακτηριστικά και εφαρμογές. Το ECL είναι η πιο γρήγορη οικογένεια λογικής που βασίζεται στο BJT σε σύγκριση με άλλες ψηφιακές λογικές οικογένειες. Επιτυγχάνει τη λειτουργία της μέγιστης ταχύτητάς του χρησιμοποιώντας μια μικρή ταλάντευση τάσης και αποφεύγοντας τη μετακίνηση των τρανζίστορ στην περιοχή κορεσμού. Αυτή η λογική οικογένεια παρέχει μια απίστευτη καθυστέρηση διάδοσης 1ns και στις πιο πρόσφατες οικογένειες ECL, αυτή η καθυστέρηση είναι μειωμένη. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποιο είναι το εναλλακτικό όνομα για το ECL;