第四章-ECL电路和I2L电路课件

第四章ECL电路和I2L电路1§4-1

ECL电路发射极耦合逻辑（ECL）电路是电流型逻辑电路，晶体管不进入饱和区工作，电平变化幅度小，因而速度快，但功耗大。2

思考题1.ECL电路速度快的原因有哪些？2.ECL电路为什么要用射极跟随器？3.射极跟随器有哪些作用？4.参考电压源有什么作用？5.

ECL电路版图设计有什么特点？34.1.1ECL电路工作原理

1.ECL电路基本单元----或/或非门-VEEABornor22024550k50k7799076.1k4.96k2k2k电流开关参考电压源射极跟随器VBBT3T4C1C2T244.1.1ECL电路工作原理

2.电流开关-VEEABC2C122024550k50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT2T1A、T1B为输入管，T2为定偏管，定偏电压：VBB

=(VOH

+

VOL)/2当A、B有输入高电平时，对应的T1导通，T2截止。当A、B都输入低电平时，T1都截止，T2导通。C1=A+B(nor)C2=A+B(or)54.1.1ECL电路工作原理

2.电流开关(续2)问题：电流开关虽然完成了逻辑功能，但是直接级联时会使输入晶体管进入饱和，失去高速的特点。例如：VA输入高电平0V,T1A导通，VC1输出低电平（小于0V），因而T1A饱和导通。-VEEABC2C122024550k50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT274.1.1ECL电路工作原理

3.射级跟随器VOH

=-Vbe3=-Vbe4VOL

=

-Vbe3-IC1

RC1

=-Vbe4-IC2

RC2

VL

=IC1

RC1=IC2

RC2

为了实现前后级耦合时电平匹配，输入管集电结不大于零伏，不能进入饱和区，要求：IC1

RC1

=VLVbe(取VL=Vbe)why?T3、T4进行电平移位典型值：VOH

-0.9VT3T4管Veb≈0.8v,Ib3Rc1=0.1vVOL-1.7VVBB-1.3

VVBB

=(VOH

+

VOL)/2-VEEornor2k2kC1C2T3T4RO3RO484.1.1ECL电路工作原理

3.射级跟随器（续）ornor-VEE2k2kC1C2T3T4RO3RO4-VEE2k2kRO3RO4可以多射级输出，更好地实现系统匹配。可以接多个射级跟随器，实现更多个输出。具有电流放大作用，提高了负载能力。94.1.1ECL电路工作原理

4.参考电压源9076.1k4.96k-VEEVBBR3R1R2对参考电压的要求:VBB

=(VOH

+

VOL)/2=(-2Vbe-IC1

RC1)/2=-3Vbe/2VBB

VEE2VbeR1+R2R1Vbe实际电路：适当选取电阻R1、R2的值即可达到要求值。-VEEVBBVbe2Vbe104.1.1ECL电路工作原理

4.参考电压源(续)9076.1k4.96k-VEEVBBR3R1R2参考电压温度跟踪设计:VBB

=(-2Vbe-IC1

RC1)/2其中：IC1VEE-2VbeREVBBT=(-1)RC1REVbeTVBB

VEE2VbeR1+R2R1VbeVBBT=(-1)2R1R1+R2VbeT适当选取R1、R2、RE、RC的值。减去输入高电平和eb结电压114.1.2ECL电路的特点1.所有晶体管都不进入饱和区工作，没有超量存储电荷，速度快；2.逻辑摆幅小，节点电容充放电幅度小，速度快；3.功耗大，噪声容限低。但是两种工作状态下的电源电流几乎相同，内部噪声小。124.1.3ECL电路逻辑扩展

1.ECL或与非/或与门-VEEABF1F2DCVBBF1=(A+B)(C+D)F2=(A+B)(C+D)134.1.3ECL电路逻辑扩展

2.ECL与/与非门F1=ABF2=AB需要参考电压源提供两个相应的参考电压，输入信号也需要进行电平匹配。-VEEABVBB1VBB2F1F2VBB3R4R1R2ReR3144.1.3ECL电路版图设计特点

1.晶体管采用条状结构，较小基极电阻，降低噪声，尽量减小尺寸，以便提高特征频率。2.输出晶体管形状、尺寸要相同，放在等温线上，以便减小特性差异。3.

精度高、比例关系强的电阻条宽要相等，宽度适当，并行排放。精度不高的高阻值电阻采用沟道电阻。电阻的排放要注意温场。4.采用泡发射区、薄层外延、浅结扩散等难度较高的工艺。154.1.4ECL电路版图布局示例16§4-2

I2L电路

Integratedinjectionlogic集成注入逻辑（I2L）电路占用芯片面积小，功耗低，但速度慢，驱动能力弱。17思考题1.I2L电路的集成度为什么会很高？2.I2L电路的速度为什么会很慢？3.进行I2L电路版图设计时应注意那些问题？184.2.1I2L基本单元电路结构及特点PN-sub(GND)PN+N+N+VPVi单元内公用电极多，没有内连线，没有电阻，不需要隔离，单输入多输出的倒相器。194.2.2I2L基本单元工作原理

1.注入电流的产生PN-sub(GND)PN+N+N+VPViVP加一个大于pn结正向导通压降的电压，横向PNP管导通，产生注入电流。204.2.2I2L基本单元工作原理

2.导通态PN-sub(GND)PN+N+N+VPVi如果输入浮空（或前级I2L截止），空穴在NPN管基区（PNP管集电区）堆积，使NPN管饱和导通（PNP管深饱和）。VOL0.05V214.2.2I2L基本单元工作原理

3.截止态PN-sub(GND)PN+N+N+VPVi如果输入对地短路（或前级I2L导通），空穴被从NPN管基极抽走，使NPN管截止（PNP管临界饱和）。VOH0.7V(被后级同类们箝位）VPVi224.2.3I2L基本单元正常工作的条件当Q1输出低电平时，Q1处于深饱和，要吸收后级全部的灌入电流，即：1

IB1>IC1

而：（共基极）IC1=NO4临饱IP

IB1=3深饱IP

Ic=Ie23深饱4临饱因此：

1

>2

NO为了提高驱动能力应提高NPN管值或减少扇出。VPVPABQ1Q2Q3Q4IPIP234.2.4I2L电路的逻辑组合

1.输出可以直接“线与”VPA+CA+CVPB+CB+CVPA+BA+BVPA+B+CA+B+CVPCVPBVPAABC244.2.4I2L电路的逻辑组合

2.半加器电路VP(Carry)VPAAVPBBVPVPA+BVPAB(Sum)AB+AB254.2.4I2L电路的逻辑组合

3.触发器电路DCPQQABCDEFDCPQQABCDEF264.2.5I2L电路的版图设计

1.注入条的设计所有单元可以公用一条注入条（接电源），注入条应尽可能窄（较小纵向注入浪费），开孔并用不间断的金属覆盖，长度要适当，金属要足够宽（电源等位）274.2.5I2L电路的版图设计

2.有效基区宽度：基区条正对注入条的宽度为有效基区宽度，注入电流的大小与之成正比。宽度越大，注入电流越大，驱动能力就越大，但影响集成度。WI02w2I0W/2I0/24w4I0284.2.5I2L电路的版图设计

2.基极引线孔的位置：基极引线孔的位置就是输入端，一般可根据方便单元间的互连关系来设计它的位置。但是，基极引线孔的位置离注入条越