Klassifizierung bipolarer integrierter Schaltkreise
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Klassifizierung bipolarer integrierter Schaltkreise
Bipolare integrierte Schaltkreise wurden auf Basis von Silizium-Planartransistoren entwickelt. Am frühesten sind integrierte bipolare digitale Logikschaltkreise. Bei der Entwicklung digitaler integrierter Logikschaltungen sind viele verschiedene Arten von Schaltungsformen aufgetaucht. Gängige bipolare integrierte Schaltkreise können wie folgt klassifiziert werden.
Die DCTL-Schaltung ist der erste Typ einer integrierten bipolaren digitalen Logikschaltung, die aufgrund des schwerwiegenden „Current Snatch“-Problems unpraktisch ist (siehe Widerstands-Transistor-Logikschaltungen). Die RTL-Schaltung ist die erste bipolare integrierte Schaltung mit praktischem Nutzen. Frühe digitale Logiksysteme verwendeten RTL-Schaltkreise, die später die Schaltgeschwindigkeit aufgrund des Vorhandenseins von Widerständen in der Basiseingangsschleife begrenzten. Darüber hinaus ist die Entstörungsleistung der RTL-Logikschaltung schlecht und die Last kann bei Verwendung nicht groß sein, sodass sie eliminiert wird. Um die Schaltgeschwindigkeit der RTL-Schaltung zu verbessern, wird die Widerstands-Kapazitäts-Transistor-Logikschaltung (RCTL) vorgeschlagen, das heißt, ein Kondensator wird parallel zum Widerstand der RTL-Schaltung geschaltet. Tatsächlich wurden keine RCTL-Schaltungen entwickelt. Die DTL-Schaltung wird nach der RTL-Schaltung vorgeschlagen, um die Entstörungsfähigkeit der Logikschaltung zu verbessern. Die DTL-Schaltung verwendet Pegelverschiebungsdioden auf der Leitung, und die Entstörungsfähigkeit kann durch die Anzahl der Pegelverschiebungsdioden angepasst werden. Die Pegelverschiebungsdiode der üblicherweise verwendeten DTL-Schaltung wird durch die Reihenschaltung zweier Siliziumdioden gebildet und ihre Entstörungsfähigkeit kann auf etwa 1,4 Volt verbessert werden (siehe Dioden-Transistor-Logikschaltung). HTL-Schaltungen werden auf Basis von DTL-Schaltungen abgeleitet. Die HTL-Schaltung verwendet eine umgekehrt geschaltete Zenerdiode anstelle der Pegelverschiebungsdiode der DTL-Schaltung, um den Schwellenwert der Schaltung auf etwa 7,4 Volt zu erhöhen (siehe Logikschaltungen mit hohem Schwellenwert). Variable Threshold Logic (VTL) ist eine weitere Variante der DTL-Schaltungsfamilie. Threshold Logic (TLC) ist ein allgemeiner Begriff für HTL- und VTL-Logikschaltungen. Die TTL-Logikschaltung entwickelte sich aus der DTL-Logikschaltung und wurde 1962 erfolgreich entwickelt. Um die Schaltgeschwindigkeit zu erhöhen und den Stromverbrauch der Schaltung zu reduzieren, wurde die TTL-Schaltung drei Generationen lang an der Schaltungsform in der Leitungsstruktur verbessert (siehe). Transistor-Transistor-Logikschaltungen).
Bei den oben genannten handelt es sich ausschließlich um gesättigte Schaltkreise. Bei weiteren Untersuchungen zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit des gesättigten Schaltkreises wurde festgestellt, dass der Speichereffekt der überschüssigen Ladungsträger des Transistors ein sehr wichtiges Hindernis darstellt. Das Speicherphänomen wird im Wesentlichen durch die überschüssigen Ladungsträger beim Schaltvorgang der Schaltung verursacht. Um die Schaltgeschwindigkeit der Schaltung zu erhöhen, muss neben der Verringerung der PN-Übergangskapazität des Transistors oder dem Versuch, die Lebensdauer der überschüssigen Träger zu verkürzen, auch das Phänomen der Trägerspeicherung im Transistor reduziert und beseitigt werden. In den späten 1960er und frühen 1970er Jahren begann man, den bekannten Schottky-Effekt in integrierten Schaltkreisen zu nutzen. Auf der TTL-Schaltung wird eine Schottky-Diode vorbereitet und parallel zur Basis und zum Kollektor des ursprünglichen Transistors geschaltet, sodass die Schaltzeit des Transistors auf etwa 1 Nanosekunde verkürzt wird. das TTL-Gatter mit Schottky-Barriere-Diodenklemmung. Die durchschnittliche Übertragungsverzögerungszeit der Schaltung beträgt 2 bis 4 Nanosekunden.
Die Schottky-Barriere-Dioden-Transistor-Transistor-Logik (STTL) gehört zur dritten Generation der TTL-Schaltungen. Es nutzt eine Schottky-Barriere-Diodenklemmmethode auf der Leitung, um den Transistor in einen kritischen Sättigungszustand zu versetzen und so den Ladungsträgerspeichereffekt zu eliminieren und zu vermeiden. Gleichzeitig kann die Einführung eines Transistor-Shunts an der Basis der TTL-Schaltung und des Wechselrichter-Ausgangsstufeninverters die Eigenschaften des NAND-Gatters verbessern. Die Triode verfügt über eine Schottky-Barrierediode, die das Eindringen in den Sättigungsbereich vermeiden kann und eine Hochgeschwindigkeitsleistung aufweist. Die Ausgangsröhre und ein Shunt können den Antisättigungspegel der Ausgangsstufeninvertierung aufrechterhalten. Bei dieser Art bipolarer integrierter Schaltung handelt es sich nicht mehr um eine gesättigte integrierte Schaltung, sondern um eine andere Art antigesättigter integrierter Schaltung mit einer viel schnelleren Schaltgeschwindigkeit.
Emitter-gekoppelte Logik (ECL) ist eine Strommoduslogik (CML). Dies ist ein Stromschaltkreis. Der Transistor der Schaltung arbeitet im ungesättigten Zustand und die Schaltgeschwindigkeit der Schaltung ist um ein Vielfaches schneller als bei der üblichen TTL-Schaltung. Die ECL-Logikschaltung erhöht die Schaltungsschaltgeschwindigkeit auf etwa 1 Nanosekunde und übertrifft damit die TTL- und STTL-Schaltungen bei weitem. Das Aufkommen von ECL-Schaltkreisen hat bipolare integrierte Schaltkreise in den Bereich der Ultrahochgeschwindigkeitsschaltkreise gebracht.
Die integrierte Injektionslogik (I2L), auch bekannt als Merged Transistor Logic (MTL), wurde in den 1970er Jahren entwickelt. Unter den bipolaren integrierten Schaltkreisen weisen I2L-Schaltkreise die höchste Integrationsdichte auf.
Die dreischichtige Struktur-Logikschaltung (3TL) ist eine Weiterentwicklung der I2L-Schaltungen in China im Jahr 1976. Sie ist nach einer dreischichtigen Struktur benannt. Die 3TL-Logikschaltung verwendet eine NPN-Röhre als Stromquelle und die Ausgangsröhre verwendet Metall als Kollektor (PNM), was sich von der I2L-Struktur unterscheidet.
Mehrfachlogikschaltungen (DYL) und Doppelschichtlogikschaltungen (DLL) sind neue Logikschaltungen, die 1978 in China erfolgreich entwickelt wurden. Die DYL-Logikschaltung ist ein lineares UND-ODER-Gatter, das gleichzeitig Schaltlogik- und lineare Logikverarbeitungsfunktionen realisieren kann. Die DLL-Schaltung implementiert die Logikfunktion der Schaltung durch die interne Konvertierung der dualen Informationen der ECL- und TTL-Logikschaltungen.
Darüber hinaus gab es während der Entwicklung bipolarer integrierter Schaltkreise viele andere Arten von Schaltkreisen. Zum Beispiel Emitterfunktionslogik (EFL), komplementäre Transistorlogik (CTL), strahlungsresistente komplementäre Konstantstromlogik (C3L), stromgestufte Logik (CHL), Tri-State-Logik (TSL) und Schaltung ohne Schwellenwert ( NTL) usw.