ТТЛ логическите елементи са естествено развитие на ДТЛ, при което
логическата схема И се замества с многоемитерен транзистор,чийто колекторен
преход изпълнява функцията на единия от преднапреженовите диоди.
В първоначалното си развитие ТТЛ модификациите се различават само по типа
на инвертора, докато входната логическа част остава неизменна.
Развитието и усъвършенствуването на технологиите на производство на ТТЛ
ИС доведе до създаването на нови серии ТТЛ ИС (AS, ALS, F), които се
характеризират с по-високо бързодействие и по-ниска консумирана мощност от
съществуващите типове серии. При използуването на по-съвършени технологии
се въвеждат и някои промени в схемното решение,
Паразитни връзки в ТТЛ елемента с прост инвертор
Влиянието на паразитните транзистори, свързани с резисторите, формирани в
базовата област може да се пренебрегне, тъй като епитаксиалния слой е свързан
към плюса на захранването (+Ucc) и паразитните p-n-p транзистори са в режим
на отсечка.
Действието на паразитните n+-p-n+ транзистори с хоризонтална структура Т3, Т4
и Т5, свързани с многоемитерния транзистор е слабо, тъй като са взети
конструктивни и технологични мерки:
- два съседни емитера са раздалечени на разстояние 10 -15μm (конструктивна
мярка);
- структурата се легира със злато (технологична мярка).
Паразитният вертикален p-n-p транзистор Т6, свързан с основният многоемитерен
транзистор Т1 работи винаги в активен режим. Това е така защото колекторния му
преход е изолиращия преход C-S, т.е. той е винаги обратно поляризиран, а
емитерният му преход е винаги в право включване, тъй като това е колекторния
преход на многоемитерния транзистор Т1. Последният работи или в режим на
насищане (безтоково насищане на колекторния преход) или в инверсен режим.
Видове ТТЛ серии
Стандартна серия N и серии L и H
Най-широко разпространение са получили основният елемент и изгражданата с
него основната серия 54/74, в състава на която влизат повече от 200 вида ИС.
Серията е разработена първоначално от TI, а след тава се произвежда от много
други фирми.
За тази серия (N) е характерно, че td=9ns; PT=10mW; Acp=90 pJ; n=10;
fmax=35 MHz.
Модифициран вариант на стандартната серия N е серията К155(КМ155)-Русия.
В емитерната верига на Т2 вместо резистора R3 е включена групата R3,T5 и R5. Тя
подобрява предавателната характеристика на ТТЛ елемента. Преходът база-
емитер на Т5, включен последователно с прехода с емитерния преход на Т2
задържа отпушването на Т2 до момента, когато базовото му напрежение
достигне стойност, осигуряваща отпушването и на Т3; така отпушването на Т3 и
запушването на Т4 започва едновременно, при което се премахва спадащия
участък на предавателната характеристика (участък АВ). Тази група ускорява и
превключването,тъй като входния капацитет на Т3 при запушване се разрежда
през нея по-бързо.
Параметри на ТТЛ елемента: td=10ns; PT=10mW; n=10.
Въпреки принципно по-високото бързодействие на тази схема времето td е
малко по-високо от td на 54/74 поради по-ниското качество на технологичния
процес.
Освен нормалната N серия са създадени две други серии ТТЛ ИС:
-серия L – с намалена консумация ;
-серия Н – с повишено бързодействие;
Серия 54L/74L ( K 158 )
Схемата е аналогична на основния ТТЛ елемент като стойностите на всички
резистори са по-високи, поради което консумацията намалява значително, но се
понижава и бързодействието. td=33ns; PT=1mW; n=10
Серия 54H/74H (К131)
Транзисторите Т4 и Т5 образуват съставен транзистор двойка Дарлингтон, което
понижава изходното съпротивление в състояние Y=1 и съответно увеличава
скоростта на зареждане на изходният капацитет.
Стойностите на всички резистори са намалени. Така се повишава
бързодействието, но се увеличава и консумацията td=6ns; PT=22,5mW; n=10.
При тези схеми не се променя технологията и схемотехниката, но очевидно не
могат по този начин да се получат качествено нови резултати. По тази причина
сериите L и H не получиха особено широко разпространение, а усилията на
конструкторите се насочиха към подобряване на параметрите чрез нови схеми и
технологични решения.
Серии L и LS
През периода 1969-1971 година бяха създадени и произведени ИЛЕ с диоди и
транзистори на Шотки, при които бе преодоляна главната причина, която
ограничава бързодействието – насищането на транзисторите в схемата на
инвертора.
Най-важните качества на диода на Шотки са:
• ниско напрежение на отпушване (около 0,3 V);
• малък пад на напрежение ( 0,35 ÷ 0,45 V ) и сравнително стръмна ВАХ
при право включване [малко съпротивление в права посока];
• много високо бързодействие ( няма натрупване на неосновни
токоносители в базата и колектора през колекторния преход );
• ниско ниво на шумовете ;
• съвместимост с технологията на изготвяне на биполярни, MOS и CMOS
ИС.
С транзистори на Шотки първоначално бяха създадени два варианта на
логически елемент И-НЕ:
• с високо бързодействие – серия 54S/74S;
• със средно бързодействие, но значително намалена консумация - серията
54LS/74LS.
Серии ALS, AS и F
Непрекъснатото усъвършенстване на технологиите за производство на ИС даде
възможност в периода 1979-1982 г. да бъдат разработени и вече се произвеждат
някои нови модификации на основният ТТЛ елемент с подобрени параметри –
серии ALS и AS на “Texas Instruments” и серия F на фирмата “Fairchild”. Днес
тези серии се предлагат и от редица други фирми.
Основната новост в технологията на изготвяне на ИС от сериите ALS и AS е
използването на йонна имплантация вместо дифузия за легиране на
полупроводниковия материал. Така се постига по-прецизен контрол на
дълбочината на проникване на примесите и се намаляват размерите на отделните области на интегралните транзистори. Освен това се намалява
дебелината на епитаксиалния слой, използва се комбиниран метод на изолация
(страничните участъци се изолират с SiO2 ).Така се намаляват паразитните
капацитети и се съкращава времето за превключване td .
При реализирането на основния ИЛЕ се въвеждат някои нови схемотехнични
решения, които подобряват още повече параметрите.
Най-същественото изменение на ИЛЕ от серията ALS е включване във
входовете на отделните PNP транзистори (Т1), като логическата операция И се
реализира чрез общо свързване на емитерите им. Предимства на новата схема е
премахването на влиянието между входовете (съществуващо при
многоемитерните транзистори) и високото входно съпротивление на ИЛЕ,
осигурявано от емитерните повторители (Т1).
|