В основу классификации цифровых микросхем положены три признака:

· вид компонентов логической схемы, на которых выполняются логические операции над входными переменными,

· способ соединения полупроводниковых приборов в логическую схему,

· вид связи между логическими элементами.

По этим признакам логические ИМС можно классифицировать следующим образом:

· HСТЛМ – схемы с непосредственными связями на МОП-структуре,

· PТЛ – схемы, входная логика которых осуществляется на резисторных цепях,

· PEТЛ – схемы с резисторно-емкостными связями,

· ДТЛ – схемы, входная логика которых осуществляется на диодах,

· TТЛ – схемы, входная логика которых выполняется многоэмиттерным транзистором,

· ЭСЛ – схемы со связанными эмиттерами,

· И²Л – схемы, выходная логика которых выполняется многоколлекторным транзистором,

· MОП и КМОП – логические схемы на основе комплементарных МОП-транзисторов.

10. Особенности ИМС типов ТТЛ, И²Л, КМОП

и примеры реализации логических элементов

Самыми распространенными в настоящее время являются ИМС, реализующие ТТЛ и её разновидности, например ТТЛШ. Они обладают средним быстродействием (максимальная частота сигнала f _max = 20-50 МГц) и средней потребляемой мощностью. Интегральные схемы, реализующие ЭСЛ, являются наиболее быстродействующими, но потребляемая ими мощность превышает мощность элементов ТТЛ. Базовые элементы И²Л отличает высокая, недоступная для ТТЛ и ЭСЛ, степень интеграции, пониженное напряжение питания и простота согласования с элементами ТТЛ.

Особенностью наиболее распространенных элементов КМОП, выполненных на комплементарных полевых транзисторах с изолированным затвором, является малая потребляемая мощность, а по быстродействию в некоторых режимах они не уступают логическим элементам на биполярных транзисторах.

Примеры простейших логических элементов, реализующих ТТЛ (а), И²Л (б) и КМОП (в), представлены на рис. 1.27. В схеме (рис. 1.27, а) на двухэмиттерном транзисторе VT ₁, транзисторе VT ₂ и резисторах R _Б, R _К и R _Э реализован логический элемент транзисторно-транзисторной логики – исключающее И (функция Шеффера, см. тему 6).

В схеме (рис. 1.27, б) элемента интегрально-инжекционной логики многоколлекторный транзистор VT ₂ выполняет функцию отрицания входного сигнала Х, а транзистор VT ₁ – генератора (инжектора) базового тока транзистора VT ₂. При отсутствии напряжения на входе Х элемента, вследствие насыщения транзистора VT ₂ током базы, напряжение на выходах Z ₁ и Z ₂ равно 0,1-0,2 В, а при замыкании входа X на общую шину транзистор VT ₂ запирается и напряжение на его выходах равно 0,6-0,7 В.

К особенностям элемента И²Л следует отнести постоянство тока инжектора во всех режимах работы элемента, определяемого резистором R и источником питания + Е. Реальное значение тока можно изменять от 1 нА до 1 мА, т.е. на шесть порядков, тем самым изменять быстродействие элемента.

Простейшим логическим элементом комплементарной МОП-транзисторной логики является инвертор (рис.1.27, в), реализующий операцию отрицания Z = X̅ При Х = 0 переключающий n -канальный транзистор VT ₂ заперт, нагрузочный p- канальный VT ₁ открыт, и напряжение на выходе инвертора близко к Е, т.е. имеет высокий уровень (0,2-0,5 В). При Х = Е п -канальный транзистор VT ₂ открыт, р -канальный транзистор VT ₁ заперт, и напряжение на выходе Z элемента имеет низкий уровень, равный практически нулю. Благодаря малому току затвора полевых транзисторов VT ₁ и VT ₂ потребление мощности КМОП-элемента практически отсутствует в обоих режимах его работы.

Дополнительные контрольные вопросы по теме 1

Приведите классификацию полевых транзисторов и их условное обозначение.

2. В чем различие принципа  функционирования и основных характеристик транзистора с р-п -пе­реходом и МДП-транзистора?

Какими преимуществами обладают полевые транзисторы по сравнению с биполярными?

Какие режимы работы биполярного и полевого транзистора вам известны и в чем их особенности?

Чем объясняются зависимости параметров биполярного и полевого транзисторов от частоты входного сигнала?

Поясните принципы функционирования динистора и тринистора.