《第七章雙極型邏輯集成電路課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《第七章雙極型邏輯集成電路課件（106頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、第七章雙極型邏輯集成電路第七章雙極型邏輯集成電路 思考題思考題1.各種結構的各種結構的TTL與非門單元電路各自的與非門單元電路各自的特點是什么？特點是什么？2.各種結構的各種結構的TTL與非門單元電路中各個與非門單元電路中各個元器件的作用是什么？元器件的作用是什么？3.什么是什么是OC門？它解決了什么問題？門？它解決了什么問題？2009-3-15 韓韓 良良27.1.1 兩管單元兩管單元TTL與非門與非門1.結構和工作原理結構和工作原理VCCFR2R1ABCT1T2開態(tài)：輸入全為高電平或浮空開態(tài)：輸入全為高電平或浮空F=A.B.C T1 反向有源反向有源 T2 飽和飽和 輸出低電平輸出低電平關

2、態(tài)：輸入有低電平關態(tài)：輸入有低電平 T1 深飽和深飽和 T2 截止截止 輸出高電平輸出高電平()OLRCESOOLIIrVV+=22CES2OHCCOHIRVV2=2009-3-15 韓韓 良良37.1.1 兩管單元兩管單元TTL與非門與非門 2.電壓傳輸特性電壓傳輸特性VCCFR2R1ABCT1T201234VoVi0.80.4單位單位:VF=A.B.C2009-3-15 韓韓 良良47.1.1 兩管單元兩管單元TTL與非門與非門3.抗干擾能力抗干擾能力VCCFR2R1ABCT1T201234VoVi0.80.4單位單位:VVILVIHVOLVLVWVOLVNMLVOHVNMH 從電壓傳輸特

3、性上可以看從電壓傳輸特性上可以看到，當輸入信號偏離正常的到，當輸入信號偏離正常的低低(高高)電平而升高電平而升高(或降低或降低)時，時，輸出的高輸出的高(低低)電平并不是立刻電平并不是立刻改變。因此，允許輸入的高、改變。因此，允許輸入的高、低電平信號各有一個波動范低電平信號各有一個波動范圍。在保證輸出高、低電平圍。在保證輸出高、低電平基本不變的條件下，輸入電基本不變的條件下，輸入電平的允許波動范圍稱為輸入平的允許波動范圍稱為輸入端噪聲容限。端噪聲容限。VOH2009-3-15 韓韓 良良501234VoVi0.80.4單位單位:VVOLVNMLVOHVNMHVDDVOHminVSSVOLmax

4、VILmaxVIHminVNMLmaxVNMHmax7.1.1 兩管單元兩管單元TTL與非門與非門4.瞬態(tài)特性瞬態(tài)特性VCCFR2R1ABCT1T2截止過程：截止過程：由于多射極晶體管由于多射極晶體管T1的反抽作的反抽作用，用，T2迅速截止，輸出電平上迅速截止，輸出電平上升速度主要取決于升速度主要取決于IR2和負載電和負載電容的大小。一般速度較快。容的大小。一般速度較快。導通過程導通過程:導通速度取決于輸出晶體管導通速度取決于輸出晶體管T2基極驅動電流和負載電容基極驅動電流和負載電容大小。前者一般較小，導通大小。前者一般較小，導通速度慢。速度慢。2009-3-15 韓韓 良良77.1.1 兩管

5、單元兩管單元TTL與非門與非門5.常用單元電路形式常用單元電路形式VCC（a）VCC（b）VCC（c）圖圖(b)提高了本級門低電平抗干擾能力，同時也提高了本級門低電平抗干擾能力，同時也使輸出低電平抬高。因此對后級門有一定要求。使輸出低電平抬高。因此對后級門有一定要求。圖圖(c)輸出高電平被箝位，使輸出邏輯擺幅變低，輸出高電平被箝位，使輸出邏輯擺幅變低，提高電平轉換速度。靜態(tài)功耗將增大。提高電平轉換速度。靜態(tài)功耗將增大。2009-3-15 韓韓 良良87.1.1兩管兩管TTL與非門與非門6.多發(fā)射極晶體管的設計多發(fā)射極晶體管的設計VCCFR2R1ABCT1T2降低多發(fā)射極晶體管降低多發(fā)射極晶體管

6、T1反反向漏電流的重要性向漏電流的重要性 當輸入端全接高電平時，當輸入端全接高電平時，多發(fā)射極晶體管多發(fā)射極晶體管T1反向有源工反向有源工作，輸入端產生與作，輸入端產生與T1基極電流基極電流成正比的輸入漏電流，會引起成正比的輸入漏電流，會引起前級輸出的高電平下降，嚴重前級輸出的高電平下降，嚴重時會引起邏輯錯誤。時會引起邏輯錯誤。2009-3-15 韓韓 良良9BCE 晶體管晶體管反向有源時，集電結正偏，基區(qū)寄生電反向有源時，集電結正偏，基區(qū)寄生電阻在基區(qū)引起電位差，基極電流很少進入內基區(qū)，阻在基區(qū)引起電位差，基極電流很少進入內基區(qū)，即引起晶體管效應的基極電流很小，因而產生的反即引起晶體管效應的

7、基極電流很小，因而產生的反向漏電流很小。向漏電流很小。長脖子基區(qū)減小反向漏電流原理長脖子基區(qū)減小反向漏電流原理BAC7.1.1兩管兩管TTL與非門與非門6.多發(fā)射極晶體管的設計多發(fā)射極晶體管的設計2009-3-15 韓韓 良良10長脖子基區(qū)多發(fā)射極晶體管版圖長脖子基區(qū)多發(fā)射極晶體管版圖長脖子基區(qū)長脖子基區(qū)長脖子基區(qū)通常選取長脖子基區(qū)通常選取23方（約方（約500歐姆）歐姆）等位接觸等位接觸 為了使多個發(fā)射區(qū)處為了使多個發(fā)射區(qū)處于相同的基區(qū)電位，于相同的基區(qū)電位，在多個發(fā)射區(qū)旁應設在多個發(fā)射區(qū)旁應設計基區(qū)等位孔并用金計基區(qū)等位孔并用金屬覆蓋。屬覆蓋。7.1.1兩管兩管TTL與非門與非門 6.多發(fā)

8、射極晶體管的設計多發(fā)射極晶體管的設計2009-3-15 韓韓 良良11 晶體管晶體管反向有源時，集電結正偏，由于肖特基反向有源時，集電結正偏，由于肖特基二極管正向壓降低對集電結進行鉗位，基極電流被二極管正向壓降低對集電結進行鉗位，基極電流被旁路掉，不會產生的反向漏電流。只有當基極電流旁路掉，不會產生的反向漏電流。只有當基極電流較大時才會有一部分流入基區(qū)產生的反向漏電流。較大時才會有一部分流入基區(qū)產生的反向漏電流。肖特基晶體管減小反向漏電流原理肖特基晶體管減小反向漏電流原理P-SubN-epiP+P+PN+N+EBC7.1.1兩管兩管TTL與非門與非門 6.多發(fā)射極晶體管的設計多發(fā)射極晶體管的設

9、計2009-3-15 韓韓 良良12肖特基多發(fā)射極晶體管版圖肖特基多發(fā)射極晶體管版圖肖特基二極管肖特基二極管等位接觸等位接觸 為了使多個發(fā)射區(qū)處為了使多個發(fā)射區(qū)處于相同的基區(qū)電位，于相同的基區(qū)電位，在多個發(fā)射區(qū)旁應設在多個發(fā)射區(qū)旁應設計基區(qū)等位孔并用金計基區(qū)等位孔并用金屬覆蓋。屬覆蓋。7.1.1兩管兩管TTL與非門與非門 6.多發(fā)射極晶體管的設計多發(fā)射極晶體管的設計2009-3-15 韓韓 良良137.1.2 三管單元三管單元TTL與非門與非門1.結構及工作原理結構及工作原理VCCFR2R1ABCR3T1T2T3D開態(tài)：輸入全為高電平或浮空開態(tài)：輸入全為高電平或浮空T1 反向有源，反向有源，T

10、2、T3飽和飽和關態(tài)：輸入有低電平關態(tài)：輸入有低電平T1 深飽和，深飽和，T2、T3截止截止CES3OLVV=輸出低電平輸出低電平輸出高電平輸出高電平R2CCOHIRVV2-=-VD2009-3-15 韓韓 良良14VCCFR2R1ABCR3T1T2T3DT2的作用：提高抗干擾能力的作用：提高抗干擾能力 加快了導通速度加快了導通速度 影響了截止速度影響了截止速度D 的作用：加快的作用：加快T3退飽和退飽和(截止截止)控制控制T3飽和度飽和度R3 的作用：為的作用：為T3提供泄放通路提供泄放通路 （加快截止，對導通不利）（加快截止，對導通不利）扇出能力差，速度慢，扇出能力差，速度慢，容性負載能力

11、差容性負載能力差7.1.2 三管單元三管單元TTL與非門與非門2.特點特點2009-3-15 韓韓 良良157.1.2 三管單元三管單元TTL與非門與非門3.常用單元電路形式常用單元電路形式VCCFT1RT3VCCFVCCF（a）（b）（c）圖圖(b)輸出高電平被箝位輸出高電平被箝位 降低輸出的邏輯擺幅降低輸出的邏輯擺幅圖圖(c)將二極管將二極管D改為電阻改為電阻R。R=0時時,T3不飽和，速度快，但低電平驅動差。不飽和，速度快，但低電平驅動差。R=時，屬于時，屬于OC門，速度慢，低電平驅動強。門，速度慢，低電平驅動強。一般可取一般可取R=100（抗飽和與非門）（抗飽和與非門）三管單元仍沒能被

12、以單塊集成電路形式應用三管單元仍沒能被以單塊集成電路形式應用到市場，而是常作簡化邏輯單元電路被應用在中到市場，而是常作簡化邏輯單元電路被應用在中大規(guī)模集成電路中。大規(guī)模集成電路中。2009-3-15 韓韓 良良167.1.3 四管單元四管單元TTL與非門與非門VCCFR2R1ABCR3T1T2T3DT4R4 設電源電壓設電源電壓VCC=5V,輸入信號的高、低電平輸入信號的高、低電平分別為分別為VIH=3.4V,VIL=0.2V。PN結的開啟結的開啟電壓電壓VON=0.7V。當輸入有低電平時，當輸入有低電平時，如如VA=VIL,T1發(fā)射結必發(fā)射結必然導通，導通后然導通，導通后T1的基的基極電位被

13、鉗在極電位被鉗在 VB1=VIL+VON=0.9V2009-3-15 韓韓 良良177.1.3 四管單元四管單元TTL與非門與非門VCCFR2R1ABCR3T1T2T3DT4R4 因此因此T2的發(fā)射結不的發(fā)射結不會導通。由于會導通。由于T1的集電的集電極回路電阻是極回路電阻是R2和和T2的的B-C結反向電阻之和，結反向電阻之和，阻值非常大，因而阻值非常大，因而T1工工作在深飽和區(qū)作在深飽和區(qū),VCE(sat)=0V。T2截至，截至，Vc2為高電平，為高電平，VE2為低為低電平，從而電平，從而T3 導通，導通，T4截至，輸出高電平。截至，輸出高電平。R2CCOHIRVV2=VD Vbe32009

14、-3-15 韓韓 良良187.1.3 四管單元四管單元TTL與非門與非門VCCFR2R1ABCR3T1T2T3DT4R4 當輸入全為高電平當輸入全為高電平VIH時，如果不考慮時，如果不考慮T2的的存在，則應有存在，則應有VB1=VIH+VON=4.1V。而由于。而由于T2和和T4的存在，的存在，T2和和T4的發(fā)的發(fā)射結必然同時導通。射結必然同時導通。VB1被鉗在被鉗在2.1V，T2導通導通使使Vc2降低而降低而VE2升高，升高，導致導致T3 截至，截至，T4導通，導通，輸出低電平。輸出低電平。CES4OLVV=2009-3-15 韓韓 良良197.1.3 四管單元四管單元TTL與非門與非門VC

15、CFR2R1ABCR3T1T2T3DT4R4T3、T4：構成推挽輸出，負載構成推挽輸出，負載能力加強能力加強二極管二極管D：防止防止T3、T4同時導通同時導通SN54/74和和SN54L/74L系列系列電阻電阻R4：起限流作用起限流作用2009-3-15 韓韓 良良207.1.4 五管單元五管單元TTL與非門與非門VCCFR2R1ABCR3T1T2T3DT4R4四管單元與非門在輸出四管單元與非門在輸出端從低電平向高電平轉端從低電平向高電平轉換的瞬間，從電源經換的瞬間，從電源經R4、T3、D到到T4有瞬態(tài)大電有瞬態(tài)大電流流過，因而在二極管流流過，因而在二極管D的的PN結有大量的存儲結有大量的存儲

16、電荷，由于在線路上沒電荷，由于在線路上沒有泄放回路，這些電荷有泄放回路，這些電荷只能靠管子本身的復合只能靠管子本身的復合消失，影響開關速度。消失，影響開關速度。2009-3-15 韓韓 良良217.1.4 五管單元五管單元TTL與非門與非門1.結構及工作原理結構及工作原理VCCFR2R1ABCR3T1T2T3T4R5T5R4開態(tài)：輸入全為高電平或浮空開態(tài)：輸入全為高電平或浮空T1 反向有源，反向有源，T2、T5飽和飽和T3正向導通，正向導通，T4截止截止關態(tài)：輸入有低電平關態(tài)：輸入有低電平T1 深飽和，深飽和，T2、T5截止，截止，T3、T4正向導通正向導通輸出高電平輸出高電平CES5OLVV

17、=輸出低電平輸出低電平R2CCOHIRVV2-=-Vbe4-Vbe32009-3-15 韓韓 良良227.1.4 五管單元五管單元TTL與非門與非門2.特點特點VCCFR2R1ABCR3T1T2T3T4R5T5R4T3、T4構成達林頓管，代構成達林頓管，代替四管單元的替四管單元的T3和和D，T4的的VBE同時起到電平位移作用，同時起到電平位移作用，但由于此時但由于此時VCB4=VCE30，T4不進入飽和，所以不進入飽和，所以T4導通時基區(qū)的存儲電荷大導通時基區(qū)的存儲電荷大大減小，而且大減小，而且T4的基極有的基極有R4泄放電阻，可在倒相時泄泄放電阻，可在倒相時泄放存儲電荷，因而提高了放存儲電荷

18、，因而提高了電路的工作速度。電路的工作速度。2009-3-15 韓韓 良良237.1.4 五管單元五管單元TTL與非門與非門2.特點特點VCCFR2R1ABCR3T1T2T3T4R5T5R4而且，達林頓管射隨器的而且，達林頓管射隨器的電流增大，輸出電阻小，電流增大，輸出電阻小，有利于對負載電容的充電。有利于對負載電容的充電。從而提高了電路的工作速從而提高了電路的工作速度，也增大了電路高電平度，也增大了電路高電平輸出時的負載能力。輸出時的負載能力。2009-3-15 韓韓 良良247.1.4 五管單元五管單元TTL與非門與非門2.特點特點VCCFR2R1ABCR3T1T2T3T4R5T5R4T3

19、、T4：達林頓結構，加強：達林頓結構，加強 驅動驅動T5與與T3、T4：構成推挽輸出，：構成推挽輸出，加強驅動能力；加強驅動能力；電阻電阻R4：為：為T4提供泄放電提供泄放電 荷通路；荷通路；電阻電阻R5：起限流作用。：起限流作用。SN54H/74H系列系列 做內部驅動門時，可以做內部驅動門時，可以取取R5=0,以便加快速度以便加快速度2009-3-15 韓韓 良良257.1.5 六管單元六管單元TTL與非門與非門四管和五管與非門電路中，四管和五管與非門電路中，輸出管輸出管T5的基極回路由電阻的基極回路由電阻R3構成。當輸入電壓構成。當輸入電壓Vi0.55V時，時，T2管開始導通，管開始導通，

20、而此時而此時T5管尚未導通，對應管尚未導通，對應下圖紅線段的線性區(qū)。下圖紅線段的線性區(qū)。VCCFR2R1ABCR3T1T2T3T4R5T5R4ViVo00.6v1.3v斜率斜率=R2R3三、四、五管單元三、四、五管單元2009-3-15 韓韓 良良267.1.5 六管單元六管單元TTL與非門與非門由于電壓傳輸特性曲線上出由于電壓傳輸特性曲線上出現(xiàn)了線性區(qū)。使電路的抗干現(xiàn)了線性區(qū)。使電路的抗干擾能力下降。而且在電路導擾能力下降。而且在電路導通的瞬間，由于通的瞬間，由于R3的存在，的存在，分走了部分分走了部分T5的基極驅動電的基極驅動電流，使下降時間延長。流，使下降時間延長。VCCFR2R1ABC

21、R3T1T2T3T4R5T5R4ViVo00.6v1.3v斜率斜率=R2R3三、四、五管單元三、四、五管單元2009-3-15 韓韓 良良277.1.5 六管單元六管單元TTL與非門與非門VCCFR2R1ABCRbT1T2T3T4R5T5R4RcT6T6,Rb,Rc構成有源泄放網絡構成有源泄放網絡代替代替R3，由于，由于Rb的存在，使的存在，使T6管比管比T5管晚導通，所以管晚導通，所以T2管的發(fā)射極電流全部灌入管的發(fā)射極電流全部灌入T5管的基極，使管的基極，使T2和和T5管幾乎管幾乎同時導通，改善了電壓傳輸同時導通，改善了電壓傳輸特性。提高了抗干擾能力。特性。提高了抗干擾能力。ViVo00.

22、6v1.3v斜率斜率=R2R3三、四、五管單元三、四、五管單元有源泄放網絡有源泄放網絡在在TTL后后續(xù)系列電路中被廣泛采用續(xù)系列電路中被廣泛采用 2009-3-15 韓韓 良良287.1.5 六管單元六管單元TTL與非門與非門VCCFR2R1ABCRbT1T2T3T4R5T5R4RcT6而當而當T5管導通飽和后，管導通飽和后，T6管管也逐漸導通并進入飽和，對也逐漸導通并進入飽和，對T5管進行分流，使管進行分流，使T5管的飽管的飽和度變淺，超量存儲電荷變和度變淺，超量存儲電荷變小，因而小，因而T5管退出飽和的速管退出飽和的速度得到提高。度得到提高。在截止的瞬態(tài)，由于在截止的瞬態(tài)，由于T6的基的基

23、極沒有泄放回路，完全靠復極沒有泄放回路，完全靠復合消除存儲電荷所以合消除存儲電荷所以T6管比管比T5管晚截止，使管晚截止，使T5管有一個管有一個很好的泄放回路而很快脫離很好的泄放回路而很快脫離飽和，提高了電路的工作速飽和，提高了電路的工作速度。度。有源泄放網絡有源泄放網絡在在TTL后后續(xù)系列電路中被廣泛采用續(xù)系列電路中被廣泛采用 2009-3-15 韓韓 良良297.1.5 六管單元六管單元TTL與非門與非門VCCFR2R1ABCRbT1T2T3T4R5T5R4RcT6有源泄放網絡有源泄放網絡(T6 Rb Rc)1.縮短導通時間和截止時間，縮短導通時間和截止時間，提高了速度。提高了速度。2.同

24、時使電壓傳輸特性曲線同時使電壓傳輸特性曲線矩形化，增強抗干擾能力。矩形化，增強抗干擾能力。有源泄放網絡在有源泄放網絡在TTL后續(xù)后續(xù)系列電路中被廣泛采用。系列電路中被廣泛采用。3.降低了功耗降低了功耗2009-3-15 韓韓 良良307.1.6 STTL與非門與非門 在六管單元基礎上，在六管單元基礎上，將進入飽和區(qū)工作的晶將進入飽和區(qū)工作的晶體管都加上肖特基二極體管都加上肖特基二極管箝位（采用抗飽和晶管箝位（采用抗飽和晶體管），減少存儲電荷，體管），減少存儲電荷，提高速度。但提高速度。但VOL略有略有上升。上升。VCCFR2R1ABCRbT1T2T3T4R5T5R4RcT6 SN54S/74S

25、系列系列2009-3-15 韓韓 良良317.1.7 LSTTL與非門與非門1.結構及特點結構及特點 SN54LS/74LS系列系列1.將多射極晶體管改為肖將多射極晶體管改為肖特基二極管特基二極管(響應快響應快)，提，提高速度，減小高速度，減小IIH。但是抗。但是抗干擾能力下降。干擾能力下降。2.將電阻將電阻R4由接地改為接由接地改為接輸出，降低功耗。輸出，降低功耗。在在STTL單元基礎上改進：單元基礎上改進：3.將所有電阻阻值加大，降將所有電阻阻值加大，降低功耗。犧牲一定速度。低功耗。犧牲一定速度。CRbVCCFR2R1ABT2T3T4R5T5R4RcT64.增加兩個反饋二極管，加增加兩個反

26、饋二極管，加快負載電容放電，并加快快負載電容放電，并加快T5管導通，提高速度。管導通，提高速度。2009-3-15 韓韓 良良327.1.7 LSTTL與非門與非門2.輸入端改進輸入端改進 SN54ALS/74ALS系列系列VCCR1ABCT2提高抗干提高抗干擾能力擾能力提高泄提高泄放速度放速度ABCT2VCCR1極大地減小極大地減小了輸入端路了輸入端路電流電流IIL2009-3-15 韓韓 良良337.1.8 TTL OC門（門（Open Collector）YVCCVCCVCC 如右圖所示，普通如右圖所示，普通TTL電電路在進行路在進行“線與線與”時，如果時，如果有兩個輸出為高電平，另一有

27、兩個輸出為高電平，另一個輸出為低電平，則會有很個輸出為低電平，則會有很大的電流灌向輸出低電平的大的電流灌向輸出低電平的電路。電路。這個電流的數(shù)值將遠遠這個電流的數(shù)值將遠遠超過正常工作時的電流，超過正常工作時的電流，可能使門電路損壞。采用可能使門電路損壞。采用OC門可以解決此問題。門可以解決此問題。2009-3-15 韓韓 良良347.1.8 TTL OC門（門（Open Collector）1.基本結構基本結構VCCFR1ABCT1T2VCCFR2R1ABCR3T1T2T3VCCFR2R1ABCRbT1T2T5RcT62009-3-15 韓韓 良良357.1.8 TTL OC門（門（Open

28、Collector）2.基本應用基本應用YRLVCCVCCVCCVCCYVCCVCCVCC2009-3-15 韓韓 良良367.1.9 TTL 三態(tài)門三態(tài)門輸出有三種狀態(tài)：輸出有三種狀態(tài)：0,1,Z 當當OC門的輸出由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，門的輸出由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，由于沒有一般與非門的有源上拉作用，驅動由于沒有一般與非門的有源上拉作用，驅動容性負載只能通過數(shù)值較大的上拉電阻來實容性負載只能通過數(shù)值較大的上拉電阻來實現(xiàn)，所以速度慢，負載能力差?，F(xiàn)，所以速度慢，負載能力差?？梢圆捎萌龖B(tài)邏輯門電路?？梢圆捎萌龖B(tài)邏輯門電路。2009-3-15 韓韓 良良377.1.9 TTL 三態(tài)門三態(tài)門輸出有三種

29、狀態(tài)：輸出有三種狀態(tài)：0,1,ZVCCMGVCCFAB基本門基本門控制門控制門CDFABEBUSG1G2G3應用示例應用示例2009-3-15 韓韓 良良387-2 單管邏輯門電路單管邏輯門電路2009-3-15 韓韓 良良39 思考題思考題1.單管邏輯門的工作原理是什么？單管邏輯門的工作原理是什么？2.單管邏輯門運用特點是什么？級連時單管邏輯門運用特點是什么？級連時應注意什么？應注意什么？2009-3-15 韓韓 良良407.2.1 單管禁止門單管禁止門A為為0時，禁止時，禁止B信號信號B為為1時，禁止時，禁止A信號信號VCCRLTABFABF001011100111F=A BABFABF2

30、009-3-15 韓韓 良良417.2.2 單管串級與非門單管串級與非門 與單管禁止門相比較：由與單管禁止門相比較：由單發(fā)射極改為多發(fā)射極，多發(fā)單發(fā)射極改為多發(fā)射極，多發(fā)射級的輸入信號之間是射級的輸入信號之間是“與與”的關系。的關系。VCCRLTABFCF=A BCABFC2009-3-15 韓韓 良良427.2.3 單管邏輯門的邏輯擴展單管邏輯門的邏輯擴展 1.C1-E2 連接連接F1=A1 B1 C1 VCCRLB2F2A1B1C1A2F1=A2 A1 B1 C1+A2 B2F2A2B1C1B2A1F2=A2 B2 F1 2009-3-15 韓韓 良良437.2.3 單管邏輯門的邏輯擴展單

31、管邏輯門的邏輯擴展2.C1-C2“線與線與”F=A1 B1 C1 +A2 B2 C2 FA1B2C2A2C1B1VCCRLFA1B1C1A2B2C22009-3-15 韓韓 良良447.2.3 單管邏輯門的邏輯擴展單管邏輯門的邏輯擴展3.E1-E2連結連結RLAAFRLFOPVCCAAFFOPF=A OPF=A OP2009-3-15 韓韓 良良457.2.3 單管邏輯門的邏輯擴展單管邏輯門的邏輯擴展 4.C1-B2 連接連接VCCRLT2B2FC2T1A1B1C1FA1B1C1B2C2F=A1 B1 C1 B2 C2 2009-3-15 韓韓 良良467.2.3 單管邏輯門的邏輯擴展單管邏輯

32、門的邏輯擴展5.異或非門異或非門F=A BABFVCCRLABF2009-3-15 韓韓 良良477.2.4 單管邏輯門運用特點單管邏輯門運用特點1.輸出低電平逐級提高輸出低電平逐級提高VCCRLTABFVCCRLTABFVC=VE+VCES應注意不要高應注意不要高于后級的閾值于后級的閾值電壓。必要時電壓。必要時后級應采用高后級應采用高閾值門將輸出閾值門將輸出低電平降低。低電平降低。VCCFA高高閾閾值值門門VCCRLTABF2009-3-15 韓韓 良良487.2.4 單管邏輯門運用特點單管邏輯門運用特點2.驅動基極負載時輸出高電平會被后級箝位驅動基極負載時輸出高電平會被后級箝位VCCRLT

33、ABFVB=VE+VBE 這時與基極這時與基極負載之間應加隔負載之間應加隔離管。離管。若驅動多個若驅動多個負載，會有槍電負載，會有槍電流現(xiàn)象。流現(xiàn)象。VCCFRLTABVCCFRLTABVCCVCC2009-3-15 韓韓 良良497-3 TTL集成電路版集成電路版圖設計圖設計2009-3-15 韓韓 良良50 思考題思考題1.集成電路版圖設計為什么非常重要？集成電路版圖設計為什么非常重要？2.版圖設計基本尺寸分為哪兩大類？影版圖設計基本尺寸分為哪兩大類？影響它們的因素有哪些？響它們的因素有哪些？3.晶體管圖形尺寸與哪些因素有關？晶體管圖形尺寸與哪些因素有關？4.擴散電阻條寬如何確定？擴散電阻

34、條寬如何確定？5.隔離區(qū)如何劃分？隔離區(qū)如何劃分？2009-3-15 韓韓 良良517.3.1 集成電路版圖設計的重要性集成電路版圖設計的重要性 集成電路版圖就是集成電路制作過程集成電路版圖就是集成電路制作過程中所需要的光刻掩膜版的設計圖，是在考中所需要的光刻掩膜版的設計圖，是在考慮工藝條件的基礎上確定了集成電路中每慮工藝條件的基礎上確定了集成電路中每個器件的形狀、尺寸、位置、及器件之間個器件的形狀、尺寸、位置、及器件之間的連接關系和連線寬度。的連接關系和連線寬度。因此，集成電路版圖對集成電路功能因此，集成電路版圖對集成電路功能的正確性、性能的好壞起著決定性作用。的正確性、性能的好壞起著決定性

35、作用。2009-3-15 韓韓 良良527.3.1 集成電路版圖設計的重要性集成電路版圖設計的重要性2009-3-15 韓韓 良良537.3.2 TTL集成電路版圖設計的一般過程集成電路版圖設計的一般過程 1.了解工藝流程及工藝參數(shù)，掌握（確定）了解工藝流程及工藝參數(shù)，掌握（確定）設計規(guī)則；設計規(guī)則；2.根據電路參數(shù)要求進行定性和定量分析，根據電路參數(shù)要求進行定性和定量分析，確定電路結構和各個元器件的工作參數(shù)；確定電路結構和各個元器件的工作參數(shù)；3.按器件參數(shù)要求，根據設計規(guī)則設計各元按器件參數(shù)要求，根據設計規(guī)則設計各元件的基本圖形和基本尺寸；件的基本圖形和基本尺寸；2009-3-15 韓韓

36、良良547.3.2 TTL集成電路版圖設計的一般過程（續(xù)）集成電路版圖設計的一般過程（續(xù)）4.劃分隔離區(qū)：處于外延層的電極的電位相劃分隔離區(qū)：處于外延層的電極的電位相同的晶體管可以放在同一個隔離區(qū)，二同的晶體管可以放在同一個隔離區(qū)，二極管按晶體管的原則處理，電阻要根據極管按晶體管的原則處理，電阻要根據類型遵循隔離原則；類型遵循隔離原則；5.布局布線：相關器件靠近，熱量分布均勻，布局布線：相關器件靠近，熱量分布均勻，布線要短，適當調整器件圖形，面積要布線要短，適當調整器件圖形，面積要小，接近方形，滿足封裝要求。小，接近方形，滿足封裝要求。2009-3-15 韓韓 良良557.3.3 版圖設計規(guī)則

37、的基本內容版圖設計規(guī)則的基本內容 版圖設計規(guī)則是版圖設計過程中要遵守的版圖設計規(guī)則是版圖設計過程中要遵守的各層掩膜圖形的最小線寬及相關掩膜圖形之間各層掩膜圖形的最小線寬及相關掩膜圖形之間的最小間距，它代表了工藝實現(xiàn)的水平，但不的最小間距，它代表了工藝實現(xiàn)的水平，但不是唯一設計尺寸。是唯一設計尺寸。最小線寬一般包括：金屬布線層的最小寬最小線寬一般包括：金屬布線層的最小寬度，引線孔、通孔的最小寬度，各種擴散區(qū)的度，引線孔、通孔的最小寬度，各種擴散區(qū)的最小寬度等。最小寬度等。最小間距一般包括：同層掩膜版中相鄰圖最小間距一般包括：同層掩膜版中相鄰圖形之間的最小間距和不同層相關掩膜版圖形之形之間的最小間

38、距和不同層相關掩膜版圖形之間的最小間距。如基區(qū)擴散最小間距、發(fā)射區(qū)間的最小間距。如基區(qū)擴散最小間距、發(fā)射區(qū)擴散與基區(qū)擴散最小套刻間距等。擴散與基區(qū)擴散最小套刻間距等。2009-3-15 韓韓 良良567.3.3 版圖設計規(guī)則的基本內容版圖設計規(guī)則的基本內容1.影響最小線寬的因素：影響最小線寬的因素：制版能力：制版能力：制版設備、掩膜版質量、操作水平等制版設備、掩膜版質量、操作水平等 光刻水平：光刻水平：光刻設備、光刻膠質量、操作水平等光刻設備、光刻膠質量、操作水平等 介質成分、厚度以及雜質分布均勻度等介質成分、厚度以及雜質分布均勻度等2009-3-15 韓韓 良良577.3.3 版圖設計規(guī)則的

39、基本內容版圖設計規(guī)則的基本內容2.影響最小間距的因素影響最小間距的因素掩膜對準容差：掩膜對準容差：掩膜容差、光刻對準容差（多次性）掩膜容差、光刻對準容差（多次性）橫向擴散：橫向擴散：與與PN結深度有關結深度有關，具有方向性，具有方向性耗盡層寬度：耗盡層寬度：與工作電壓、雜質濃度有關與工作電壓、雜質濃度有關可靠性的余度：可靠性的余度：包括其它未考慮因素包括其它未考慮因素 2009-3-15 韓韓 良良587.3.4 多射級晶體管的版圖設計多射級晶體管的版圖設計 1.減小反向漏電流的重要性減小反向漏電流的重要性 當輸入端當輸入端A為高電為高電平，平，C為低電平時，為低電平時，VOHVOLVCCFR

40、2R1ACT1T2E1E2NPNI叉叉 E1本來應該截止，現(xiàn)本來應該截止，現(xiàn)在卻因為橫向在卻因為橫向NPN的存的存在而有交叉漏電流。在而有交叉漏電流。I叉叉大小與橫向大小與橫向NPN的的交叉放大系數(shù)交叉放大系數(shù) 有關。有關。2009-3-15 韓韓 良良597.3.4 多射級晶體管的版圖設計多射級晶體管的版圖設計 1.減小反向漏電流的重要性減小反向漏電流的重要性VCCFR2R1ACT1T2E1E2 當輸入端全為高當輸入端全為高電平時，電平時，T1工作在反工作在反向有源，如果向有源，如果 較大，較大，會引起前級輸出的高會引起前級輸出的高電平下降，嚴重時會電平下降，嚴重時會引起邏輯錯誤。引起邏輯錯

41、誤。VOHVOH2009-3-15 韓韓 良良607.3.4 多射級晶體管的版圖設計多射級晶體管的版圖設計 2.采用長脖子基區(qū)結構采用長脖子基區(qū)結構VCCFR2R1ABCT1T2 T1反向有源時，集電結正反向有源時，集電結正偏，基極電流的大部分不進偏，基極電流的大部分不進入內基區(qū)，減小了晶體管效入內基區(qū)，減小了晶體管效應，應，R，叉叉均變小。均變小。（23方）方）2009-3-15 韓韓 良良617.3.4 多射級晶體管的版圖設計多射級晶體管的版圖設計 3.采用肖特基晶體管結構采用肖特基晶體管結構VCCFR2R1ABCT1T2 T1反向有源時，集電結正反向有源時，集電結正偏，基極電流的大部分被

42、肖偏，基極電流的大部分被肖特基二極管分流，減小了晶特基二極管分流，減小了晶體管效應。體管效應。2009-3-15 韓韓 良良627.3.5 二極管的版圖設計二極管的版圖設計 根據電路對二極管的具體要求（如二極根據電路對二極管的具體要求（如二極管的正向壓降、反向擊穿電壓、恢復時間），管的正向壓降、反向擊穿電壓、恢復時間），選取相應結構的二極管。選取相應結構的二極管。根據工作電流和對寄生串連電阻的要求根據工作電流和對寄生串連電阻的要求選取相應大小的面積。選取相應大小的面積。肖特基二極管要注意減小邊緣電場集中肖特基二極管要注意減小邊緣電場集中現(xiàn)象，以便改善擊穿特性?，F(xiàn)象，以便改善擊穿特性。2009-

43、3-15 韓韓 良良637.3.6 TTL集成電路版圖設計舉例集成電路版圖設計舉例中速中速中功耗八輸入端與非門（有與擴展端）中功耗八輸入端與非門（有與擴展端）(1)靜態(tài)參數(shù)要求靜態(tài)參數(shù)要求2009-3-15 韓韓 良良64 典型典型PN結隔離工藝結隔離工藝 P-sub =715 cm R BL=20 /epi=0.20.5 cm Wepi=57 m R B=200 /Xjc=2.53 m R E=20 /Xje=1.52 m 207.3.6 TTL集成電路版圖設計舉例集成電路版圖設計舉例中速中速中功耗八輸入端與非門（有與擴展端）中功耗八輸入端與非門（有與擴展端）(1)工藝條件工藝條件2009-

44、3-15 韓韓 良良657.3.6 TTL集成電路版圖設計舉例集成電路版圖設計舉例(2)工藝層工藝層鈍化化層保保護芯片表面，芯片表面，鈍化窗口作化窗口作為壓焊點點鈍化窗口（化窗口（pad）7器件器件電極的極的連線金屬（金屬（Metal）6金屬與隔離金屬與隔離墻、基區(qū)、基區(qū)擴散、散、發(fā)射區(qū)射區(qū)擴散的散的接觸孔接觸孔引引線孔孔Contact）5制作制作NPN管的管的發(fā)射區(qū)，制作外延射區(qū)，制作外延層電極的極的歐姆接觸，制作歐姆接觸，制作電阻（阻（經常用作常用作“磷磷橋”）發(fā)射區(qū)射區(qū)擴散（散（N+）4制作制作NPN管的基區(qū)、制作橫向管的基區(qū)、制作橫向PNP管的管的發(fā)射區(qū)和集射區(qū)和集電區(qū)，制作區(qū)，制作電

45、阻（精度適中）阻（精度適中）基區(qū)基區(qū)擴散（散（P）3器件器件間的的電性能隔離性能隔離隔離隔離墻（P+）2減小寄生減小寄生PNP影響，減小串影響，減小串聯(lián)電阻，制作阻，制作小小電阻（精度差）阻（精度差）埋埋層（N+-BL）1圖層標識主要用途主要用途工工藝層序號序號2009-3-15 韓韓 良良667.3.6 TTL集成電路版圖設計舉例集成電路版圖設計舉例(3)設計規(guī)則設計規(guī)則 1.擴散區(qū)與引線孔最小套刻間距擴散區(qū)與引線孔最小套刻間距 6 2.引線孔最小尺寸引線孔最小尺寸 10 x12 3.硼擴散區(qū)和磷擴散區(qū)最小寬度硼擴散區(qū)和磷擴散區(qū)最小寬度 14 4.硼擴與磷擴最小套刻間距硼擴與磷擴最小套刻間距

46、 8 5.硼擴、磷擴最小間距硼擴、磷擴最小間距 14 6.隔離擴散區(qū)最小寬度隔離擴散區(qū)最小寬度 16 7.元件與隔離槽最小間距元件與隔離槽最小間距 22 8.金屬線最小寬度金屬線最小寬度 12 9.金屬線最小間距金屬線最小間距 1010.金屬線與引線孔最小套刻間距金屬線與引線孔最小套刻間距 4 11.鈍化窗口最小尺寸鈍化窗口最小尺寸 100 x10012.鈍化窗口最小間距鈍化窗口最小間距 10013.隔離槽與鈍化窗口最小間距隔離槽與鈍化窗口最小間距 5014.劃片道最小寬度劃片道最小寬度 2002009-3-15 韓韓 良良677.3.6 TTL集成電路版圖設計舉例集成電路版圖設計舉例(4)設

47、計規(guī)則解析設計規(guī)則解析序號序號規(guī)則名稱名稱目的目的1埋埋層最小最小寬度度保保證光刻光刻質量量2隔離隔離墻最小最小寬度度保保證光刻光刻質量和量和摻雜質量量3隔離隔離墻與埋與埋層最小最小間距距確保隔離確保隔離墻與埋與埋層不相接，降低隔離不相接，降低隔離結擊穿穿電壓4基區(qū)基區(qū)擴散最小散最小寬度度保保證光刻光刻質量量5基區(qū)基區(qū)擴散最小散最小間距距防止不相關的基區(qū)防止不相關的基區(qū)擴散短接，確保散短接，確保電隔離隔離6基區(qū)基區(qū)擴散與隔離散與隔離墻最小最小間距距防止基區(qū)防止基區(qū)擴散與隔離散與隔離墻短接，確保短接，確保電隔離隔離7發(fā)射區(qū)最小射區(qū)最小寬度度保保證光刻光刻質量量8發(fā)射區(qū)最小射區(qū)最小間距距防止不相關

48、的防止不相關的發(fā)射區(qū)射區(qū)擴散短接，確保散短接，確保電隔離隔離9發(fā)射區(qū)與隔離射區(qū)與隔離墻最小最小間距距確保確保發(fā)射區(qū)射區(qū)擴散與隔離散與隔離墻不相接，防止降低隔離不相接，防止降低隔離結擊穿穿電壓10發(fā)射區(qū)與基區(qū)射區(qū)與基區(qū)擴散最小散最小間距距確保確保發(fā)射區(qū)射區(qū)擴散與基區(qū)散與基區(qū)擴散不相接，防止降低集散不相接，防止降低集電結擊穿穿電壓序號序號規(guī)則名稱名稱目的目的11基區(qū)基區(qū)擴散散對發(fā)射區(qū)射區(qū)擴散的最小包含距離散的最小包含距離防止防止發(fā)射射結與集與集電結短接短接12引引線孔最小孔最小寬度度保保證光刻光刻質量量13擴散區(qū)散區(qū)對引引線孔的最小包含距離孔的最小包含距離防止防止PN結短路短路14金屬最小金屬最小

49、寬度度保保證光刻光刻質量量15金屬最小金屬最小間距距保保證光刻光刻質量量16金屬金屬對引引線孔的最小包含距離孔的最小包含距離保保證連接接質量量17鈍化窗口最小化窗口最小寬度度保保證壓焊質量量18鈍化窗口最小距離化窗口最小距離保保證壓焊質量量19金屬金屬對鈍化窗口的最小包含距離化窗口的最小包含距離保保證壓焊質量量20鈍化窗口距器件化窗口距器件圖形最小距離形最小距離減小減小壓焊對器件的影響器件的影響2009-3-15 韓韓 良良687.3.6 TTL集成電路版圖設計舉例集成電路版圖設計舉例(5)選定電路結構選定電路結構VCCFR2R1I1I8RbT1T2T3T4R5T5R4RcT6R1與與擴擴展展

50、2009-3-15 韓韓 良良697.3.6 TTL集成電路版圖設計舉例集成電路版圖設計舉例(6)隔離區(qū)劃分隔離區(qū)劃分 根據隔離原理劃分根據隔離原理劃分6個個隔離區(qū)（不含鉗位二極管）隔離區(qū)（不含鉗位二極管）：T1，T2，T3和和T4，T5，Rb、Rc和和T6，R1、R2、R4和和R5。VCCFR2R1I1I8RbT1T2T3T4R5T5R4RcT6EXT2009-3-15 韓韓 良良707.3.7 其它其它TTL集成電路版圖實例集成電路版圖實例(1)有或擴展端的有或擴展端的5輸入與非門輸入與非門VCCFR2R1R3T1T2T3T4R5T5R4I1I5劃分劃分5個隔離區(qū)：個隔離區(qū)：T1，T2，T

51、3和和T4，T5，R1、R2、R3、R4和和R5。電路電路2009-3-15 韓韓 良良717-4 ECL電路電路2009-3-15 韓韓 良良72 發(fā)射極耦合邏輯（發(fā)射極耦合邏輯（ECL）電路是電流型）電路是電流型邏輯電路，晶體管不進入飽和區(qū)工作，而是邏輯電路，晶體管不進入飽和區(qū)工作，而是在截止和放大兩個狀態(tài)間轉換，電平變化幅在截止和放大兩個狀態(tài)間轉換，電平變化幅度小，因而速度快，但功耗大。度小，因而速度快，但功耗大。2009-3-15 韓韓 良良73 思考題思考題1.ECL電路速度快的原因有哪些？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？電路為什么要用射極跟隨器？3.射極

52、跟隨器有哪些作用？射極跟隨器有哪些作用？4.參考電壓源有什么作用？參考電壓源有什么作用？5.ECL電路版圖設計有什么特點？電路版圖設計有什么特點？2009-3-15 韓韓 良良747.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 1.ECL電路基本單元電路基本單元-或或/或非門或非門-VEEABornor22024550k 50k7799076.1k4.96k2k2k電流開關電流開關參考電壓源參考電壓源 射極跟隨器射極跟隨器2009-3-15 韓韓 良良757.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 2.電流開關電流開關-VEEABC2C122024550k 50k779VBB(-5.2V)RERP

53、ARPBRC1RC2T1AT1BT2 T1A、T1B為輸入管，為輸入管，T2為定偏管。工作時為定偏管。工作時VEE=-5.2V 輸入信號的高低電平輸入信號的高低電平各為各為VIH=-0.92V,VIL=-1.75V。當當A、B都輸入低電都輸入低電平時，平時，T1A,T1B的基極都是的基極都是-1.75V，定偏電壓：定偏電壓：VBB=(VOH+VOL)/2=-1.3V-1.75V2009-3-15 韓韓 良良767.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 2.電流開關電流開關-VEEABC2C122024550k 50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT2而此時

54、而此時T2的基極電平更高的基極電平更高些些(-1.3V)，故，故T2導通并將導通并將其發(fā)射極點平鉗位在其發(fā)射極點平鉗位在VE=VBB-VBE=-2.07V(假定假定發(fā)射結的正向導通壓降為發(fā)射結的正向導通壓降為0.77V)。這時這時T1A,T1B的發(fā)射結上只的發(fā)射結上只有有0.32V，故，故T1A,T1B截至，截至，T2導通。導通。C1為高電平，為高電平，C2為低電平。為低電平。-1.75V2009-3-15 韓韓 良良777.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 2.電流開關電流開關-VEEABC2C122024550k 50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1

55、BT2當當A、B有高輸入電平時，有高輸入電平時，假定假定A為高電平，為高電平，T1A的基極為的基極為-0.92V,高于高于VBB,所以所以T1A導通并將發(fā)射導通并將發(fā)射極電平鉗在極電平鉗在VE=VIH-VBE=-1.69V。此時，加在此時，加在T2發(fā)射結上的發(fā)射結上的電壓只有電壓只有0.39V，故，故T2截截至，至，C1為低電平，為低電平，C2為高為高電平。電平。-1.3V2009-3-15 韓韓 良良787.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 2.電流開關電流開關-VEEABC2C122024550k 50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT2此電路的作

56、用相當于一個此電路的作用相當于一個電流開關，時而把電流撥電流開關，時而把電流撥給輸入管，時而又把電流給輸入管，時而又把電流撥給撥給T2管。管。C1=A+B (nor)C2=A+B (or)2009-3-15 韓韓 良良797.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 2.電流開關電流開關 RPA、RPB是為了防止是為了防止輸入浮空效應。輸入浮空效應。改進：用恒流源代替改進：用恒流源代替RE 在兩種狀態(tài)中，電流在兩種狀態(tài)中，電流IRE的值不同，因而為了的值不同，因而為了使兩端輸出低電平一致，使兩端輸出低電平一致，RC1、RC2應取不同的值。應取不同的值。VOH=0V VOL=-IC1 RC1=-I

57、C2 RC2-VEEABC2C122024550k 50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT22009-3-15 韓韓 良良807.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 2.電流開關電流開關問題：電流開關雖然完問題：電流開關雖然完成了邏輯功能，但是直成了邏輯功能，但是直接級聯(lián)時會使輸入晶體接級聯(lián)時會使輸入晶體管進入飽和，失去高速管進入飽和，失去高速的特點。的特點。例如：前一級的例如：前一級的A或或B輸輸入為低電平，則前一級入為低電平，則前一級輸出高電平，即后一級輸出高電平，即后一級VA輸入高電平輸入高電平0V,-VEEABC2C122024550k 50k7

58、79VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT22009-3-15 韓韓 良良817.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 2.電流開關電流開關-VEEABC2C122024550k 50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT2-VEEABC2C122024550k 50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT22009-3-15 韓韓 良良827.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 2.電流開關電流開關后一級后一級VA輸入高電平輸入高電平0V,T1A導通，導通，VC1輸出低電輸出低電平（小于平（小于0V）

59、，因而），因而T1A飽和導通。飽和導通。-VEEABC2C122024550k 50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT22009-3-15 韓韓 良良837.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 3.射級跟隨器射級跟隨器-VEEABornor22024550k 50k7799076.1k4.96k2k2k 避免輸入晶體管進入飽和的辦法，采用避免輸入晶體管進入飽和的辦法，采用射極跟隨器。射極跟隨器。射極跟隨器射極跟隨器2009-3-15 韓韓 良良847.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 3.射級跟隨器射級跟隨器VOH=-Vbe3=-Vbe4VOL=-

60、Vbe3-IC1 RC1 =-Vbe4-IC2 RC2 VL=IC1 RC1=IC2 RC2 為了實現(xiàn)前后級耦為了實現(xiàn)前后級耦合時電平匹配，要求：合時電平匹配，要求：VL Vbe，取，取VL=VbeT3、T4進行電平移位進行電平移位典型值：典型值：VOH -0.9 V VOL -1.7V VBB -1.3 V-VEEornor2k2kC1C2T3T4RO3RO42009-3-15 韓韓 良良857.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 3.射級跟隨器（續(xù)）射級跟隨器（續(xù)）ornor-VEE2k2kC1C2T3T4RO3RO4-VEE2k2kRO3RO4 可以開射級輸出，可以開射級輸出，更好地

61、實現(xiàn)系統(tǒng)匹配。更好地實現(xiàn)系統(tǒng)匹配?？梢越佣鄠€射級跟可以接多個射級跟隨器，實現(xiàn)更多個輸出。隨器，實現(xiàn)更多個輸出。具有電流放大作用，具有電流放大作用，提高了負載能力。提高了負載能力。2009-3-15 韓韓 良良867.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 4.參考電壓源參考電壓源-VEEABornor22024550k 50k7799076.1k4.96k2k2k參考電壓源參考電壓源2009-3-15 韓韓 良良877.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 4.參考電壓源參考電壓源9076.1k4.96k-VEEVBBR3R1R2對參考電壓的要求對參考電壓的要求:VBB=(VOH+VOL)/

62、2 =(-2Vbe-IC1 RC1)/2 =-3Vbe/2VBB VEE 2VbeR1+R2R1 Vbe實際電路：實際電路：適當選取電阻適當選取電阻R1、R2的值的值即可達到要求值。即可達到要求值。2009-3-15 韓韓 良良887.4.2 ECL電路的特點電路的特點1.所有晶體管都不進入飽和區(qū)工作，沒有超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；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，速邏輯擺幅小，節(jié)點電容充放電幅度小，速度快；度快；3.功耗大，噪聲容限低。但是兩種工作狀態(tài)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，內部噪聲小。下的電源電流幾乎

63、相同，內部噪聲小。2009-3-15 韓韓 良良897.4.3 ECL電路邏輯擴展電路邏輯擴展 1.ECL或與非或與非/或與門或與門-VEEABF1F2DCVBBF1=(A+B)(C+D)F2=(A+B)(C+D)2009-3-15 韓韓 良良907.4.3 ECL電路版圖設計特點電路版圖設計特點1.晶體管采用條狀結構，較小基極電阻，降晶體管采用條狀結構，較小基極電阻，降低噪聲，盡量減小尺寸，以便提高特征頻率。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。線上，以便減小特性差異。3.精度高、比例關系強

64、的電阻條寬要相等，精度高、比例關系強的電阻條寬要相等，寬度適當，并行排放。精度不高的高阻值電寬度適當，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。阻采用溝道電阻。電阻的排放要注意溫場。2009-3-15 韓韓 良良917-5 I2L電路電路2009-3-15 韓韓 良良92 集成注入邏輯（集成注入邏輯（Integrated Injection Logic,I2L）電路占用）電路占用芯片面積小，功耗低，但速度芯片面積小，功耗低，但速度慢，驅動能力弱。慢，驅動能力弱。2009-3-15 韓韓 良良93 思考題思考題1.I2L電路的集成度為什么會很高？電路的集成度為什么會很高？

65、2.I2L電路的速度為什么會很慢？電路的速度為什么會很慢？3.進行進行I2L電路版圖設計時應注意那些問題？電路版圖設計時應注意那些問題？2009-3-15 韓韓 良良947.5.1 I2L基本單元電路結構及特點基本單元電路結構及特點PN-sub (GND)PN+N+N+VPVi 單元內公用電極多，沒有內單元內公用電極多，沒有內連線，沒有電阻，不需要隔離，連線，沒有電阻，不需要隔離，單輸入多輸出的倒相器。倒置單輸入多輸出的倒相器。倒置NPN2009-3-15 韓韓 良良957.5.2 I2L基本單元工作原理基本單元工作原理 1.注入電流的產生注入電流的產生PN-sub (GND)PN+N+N+V

66、PVi VP加一個大于加一個大于pn結正向導通壓降的電結正向導通壓降的電壓，橫向壓，橫向PNP管導通，產生注入電流。管導通，產生注入電流。2009-3-15 韓韓 良良967.5.2 I2L基本單元工作原理基本單元工作原理 2.導通態(tài)導通態(tài)PN-sub (GND)P N+N+N+VPVi 如果輸入為如果輸入為1（或前級（或前級I2L 截止），空穴在截止），空穴在NPN管基區(qū)（管基區(qū)（PNP管集電區(qū)）堆積，使管集電區(qū)）堆積，使NPN管管飽和導通（飽和導通（PNP管深飽和）。管深飽和）。VOL 0.05V2009-3-15 韓韓 良良977.5.2 I2L基本單元工作原理基本單元工作原理 3.截止態(tài)截止態(tài)PN-sub (GND)P N+N+N+VPVi 如果輸入對地短路（或前級如果輸入對地短路（或前級I2L 導通），空導通），空穴被從穴被從NPN管基極抽走，使管基極抽走，使NPN管截止（管截止（PNP管管臨界飽和）。臨界飽和）。VOH 0.7V (被后級同類們箝位）被后級同類們箝位）2009-3-15 韓韓 良良987.5.2 I2L基本單元工作原理基本單元工作原理 3.截止態(tài)截止態(tài)VPV