第二章第二章 双极型逻辑集成电路双极型逻辑集成电路集成电路原理课件本章重点：本章重点：本章重点：本章重点：1 1、双极集成电路的寄生效应、双极集成电路的寄生效应、双极集成电路的寄生效应、双极集成电路的寄生效应2 2、TTLTTL、S/LSTTLS/LSTTL、AS/ALSTTLAS/ALSTTL、ECLECL电路的电路结构，电路的电路结构，电路的电路结构，电路的电路结构，工作原理和特点的分析与比较。工作原理和特点的分析与比较。工作原理和特点的分析与比较。工作原理和特点的分析与比较。集成电路原理课件双极型双极型双极型双极型逻辑逻辑ICIC的分的分的分的分类类根据电路工作在输出特性曲线的不同区域，可分为饱和根据电路工作在输出特性曲线的不同区域，可分为饱和根据电路工作在输出特性曲线的不同区域，可分为饱和根据电路工作在输出特性曲线的不同区域，可分为饱和型和非饱和型两大类。型和非饱和型两大类。型和非饱和型两大类。型和非饱和型两大类。饱和型逻辑饱和型逻辑饱和型逻辑饱和型逻辑ICIC以关态对应截止态，以开态对应饱和态而工作的双以关态对应截止态，以开态对应饱和态而工作的双以关态对应截止态，以开态对应饱和态而工作的双以关态对应截止态，以开态对应饱和态而工作的双极型逻辑极型逻辑极型逻辑极型逻辑ICIC。集成电路原理课件特点：特点：特点：特点： 输出电平稳定输出电平稳定输出电平稳定输出电平稳定 逻辑摆幅大逻辑摆幅大逻辑摆幅大逻辑摆幅大 电路结构简单电路结构简单电路结构简单电路结构简单 功耗较低功耗较低功耗较低功耗较低 使用方便使用方便使用方便使用方便 由于少子在饱和区存在基区存贮效应，使得开关速度下降由于少子在饱和区存在基区存贮效应，使得开关速度下降由于少子在饱和区存在基区存贮效应，使得开关速度下降由于少子在饱和区存在基区存贮效应，使得开关速度下降集成电路原理课件主要包括：主要包括：主要包括：主要包括： 电阻电阻电阻电阻- -晶体管逻辑晶体管逻辑晶体管逻辑晶体管逻辑RTL 1961RTL 1961 二极管二极管二极管二极管- -晶体管逻辑晶体管逻辑晶体管逻辑晶体管逻辑DTLDTL、HTL 1962HTL 1962 晶体管晶体管晶体管晶体管- -晶体管逻辑晶体管逻辑晶体管逻辑晶体管逻辑TTLTTL 1962 1962 集成注入逻辑集成注入逻辑集成注入逻辑集成注入逻辑I I2 2L 1972L 1972 抗饱和逻辑：抗饱和逻辑：抗饱和逻辑：抗饱和逻辑： 肖特基二极管箝位肖特基二极管箝位肖特基二极管箝位肖特基二极管箝位TTL TTL （STTLSTTL） 1969 1969 低功耗低功耗低功耗低功耗STTL STTL （LSTTLLSTTL） 1971 1971 先进先进先进先进LSTTL/STTL LSTTL/STTL （ALSTTL/ASTTLALSTTL/ASTTL） 1979 1979 发射极功能逻辑发射极功能逻辑发射极功能逻辑发射极功能逻辑EFLEFL 集成电路原理课件非饱和型逻辑非饱和型逻辑非饱和型逻辑非饱和型逻辑ICIC关态对应于截止态，而开态对应于线性放大区。关态对应于截止态，而开态对应于线性放大区。关态对应于截止态，而开态对应于线性放大区。关态对应于截止态，而开态对应于线性放大区。特点：特点：特点：特点： 无少子存贮效应，工作速度快无少子存贮效应，工作速度快无少子存贮效应，工作速度快无少子存贮效应，工作速度快 电路结构复杂电路结构复杂电路结构复杂电路结构复杂 逻辑摆幅小逻辑摆幅小逻辑摆幅小逻辑摆幅小 功耗较大功耗较大功耗较大功耗较大集成电路原理课件主要包括主要包括主要包括主要包括 发射极耦合逻辑发射极耦合逻辑发射极耦合逻辑发射极耦合逻辑ECLECL 互补晶体管逻辑互补晶体管逻辑互补晶体管逻辑互补晶体管逻辑CTLCTL 非阈值逻辑非阈值逻辑非阈值逻辑非阈值逻辑NTLNTL 多元逻辑多元逻辑多元逻辑多元逻辑DYLDYL集成电路原理课件 2.1 双极型双极型IC的寄生效应的寄生效应双极型逻辑双极型逻辑双极型逻辑双极型逻辑ICIC中，广泛使用的有源器件是中，广泛使用的有源器件是中，广泛使用的有源器件是中，广泛使用的有源器件是npnnpn管，二极管可管，二极管可管，二极管可管，二极管可利用不同的晶体管或单独的利用不同的晶体管或单独的利用不同的晶体管或单独的利用不同的晶体管或单独的pnpn结制得，设计时要考虑：结制得，设计时要考虑：结制得，设计时要考虑：结制得，设计时要考虑： 芯片利用率芯片利用率芯片利用率芯片利用率 寄生效应寄生效应寄生效应寄生效应集成电路原理课件 2.1.1 集成集成npn的结构与寄生效应的结构与寄生效应一、集成一、集成一、集成一、集成npnnpn管的有源寄生效应管的有源寄生效应管的有源寄生效应管的有源寄生效应集成电路原理课件寄生寄生寄生寄生pnppnp管处于放大区的三个条件：管处于放大区的三个条件：管处于放大区的三个条件：管处于放大区的三个条件：(1) EB(1) EB结正偏（即结正偏（即结正偏（即结正偏（即npnnpn管的管的管的管的BC BC 结正偏）结正偏）结正偏）结正偏）(2) BC(2) BC结反偏（即结反偏（即结反偏（即结反偏（即npnnpn管的管的管的管的CS CS 结反偏）结反偏）结反偏）结反偏）(3) (3) 具有一定的电流放大能力（一般具有一定的电流放大能力（一般具有一定的电流放大能力（一般具有一定的电流放大能力（一般 pnppnp=1=133） 其中，条件其中，条件其中，条件其中，条件(2)(2)永远成立，因为永远成立，因为永远成立，因为永远成立，因为pnpn结隔离就是要求衬底结隔离就是要求衬底结隔离就是要求衬底结隔离就是要求衬底P P+隔离环接到最低电位。条件隔离环接到最低电位。条件隔离环接到最低电位。条件隔离环接到最低电位。条件(3)(3)一般也很容易达到。条件一般也很容易达到。条件一般也很容易达到。条件一般也很容易达到。条件(1)(1)能否满足则取决于能否满足则取决于能否满足则取决于能否满足则取决于npnnpn管的工作状态。管的工作状态。管的工作状态。管的工作状态。集成电路原理课件 npnnpn管工作于截止区管工作于截止区管工作于截止区管工作于截止区V VBC(npnBC(npn) )0 0 V VEB(pnpEB(pnp) )00V VBE(npnBE(npn) )00 0 V VBC(pnpBC(pnp) )00pnp截止 npnnpn管工作于放大区管工作于放大区管工作于放大区管工作于放大区V VBE(npnBE(npn) )00V VBC(npnBC(npn) )0 0 V VEB(pnpEB(pnp) )00 0 V VBC(pnpBC(pnp) )00pnp截止集成电路原理课件 npnnpn管工作于饱和区管工作于饱和区管工作于饱和区管工作于饱和区VBE(npn)0VBC(npn)0 VEB(pnp)0VCS (npn)0 VBC(pnp)0pnppnp处于放大区处于放大区处于放大区处于放大区 npnnpn管工作于反向工作区管工作于反向工作区管工作于反向工作区管工作于反向工作区VBE(npn)0 VEB(pnp)0VCS (npn)0 VBC(pnp)0pnppnp处于放大区处于放大区处于放大区处于放大区集成电路原理课件抑制寄生效应的措施：抑制寄生效应的措施：抑制寄生效应的措施：抑制寄生效应的措施：（1 1）在）在）在）在npnnpn集电区下加设集电区下加设集电区下加设集电区下加设n n+埋层埋层埋层埋层，以增加寄生，以增加寄生，以增加寄生，以增加寄生pnppnp管的基区管的基区管的基区管的基区宽度，使少子在基区的复合电流增加，降低基区电流放大系数宽度，使少子在基区的复合电流增加，降低基区电流放大系数宽度，使少子在基区的复合电流增加，降低基区电流放大系数宽度，使少子在基区的复合电流增加，降低基区电流放大系数；同时埋层的；同时埋层的；同时埋层的；同时埋层的n n+扩散区形成的自建减速场也有一定的降扩散区形成的自建减速场也有一定的降扩散区形成的自建减速场也有一定的降扩散区形成的自建减速场也有一定的降低低低低 的作用。的作用。的作用。的作用。（2 2）可采用）可采用）可采用）可采用外延层掺金外延层掺金外延层掺金外延层掺金工艺，引入深能级杂质，降低少子寿工艺，引入深能级杂质，降低少子寿工艺，引入深能级杂质，降低少子寿工艺，引入深能级杂质，降低少子寿命，从而降低命，从而降低命，从而降低命，从而降低 。（3 3）还应注意，）还应注意，）还应注意，）还应注意，npnnpn管基区侧壁到管基区侧壁到管基区侧壁到管基区侧壁到P P+隔离环之间也会形成横隔离环之间也会形成横隔离环之间也会形成横隔离环之间也会形成横向向向向pnppnp管，必须使管，必须使管，必须使管，必须使npnnpn管基区外侧和隔离框保持足够距离。管基区外侧和隔离框保持足够距离。管基区外侧和隔离框保持足够距离。管基区外侧和隔离框保持足够距离。集成电路原理课件二、集成二、集成二、集成二、集成npnnpn管的无源寄生效应管的无源寄生效应管的无源寄生效应管的无源寄生效应寄生电阻寄生电阻寄生电阻寄生电阻 r reses，r rcscs，r rb b寄生电容寄生电容寄生电容寄生电容 C CDD 扩散电容扩散电容扩散电容扩散电容 C CJ J 势垒电容势垒电容势垒电容势垒电容 （C CBEBE，C CBCBC， C CCSCS）集成电路原理课件1 1、抑制无源寄生效应的措施、抑制无源寄生效应的措施、抑制无源寄生效应的措施、抑制无源寄生效应的措施深磷扩散深磷扩散深磷扩散深磷扩散集成电路原理课件2 2、等平面工艺与介质隔离、等平面工艺与介质隔离、等平面工艺与介质隔离、等平面工艺与介质隔离集成电路原理课件3 3、U U型槽隔离型槽隔离型槽隔离型槽隔离集成电路原理课件 2.2 2.2 TTLTTL电路的结构特点及工作原理电路的结构特点及工作原理电路的结构特点及工作原理电路的结构特点及工作原理2.2.1 2.2.1 标准标准标准标准TTLTTL电路电路电路电路集成电路原理课件1 1、电路特点、电路特点、电路特点、电路特点 输入级采用输入级采用输入级采用输入级采用多发射极管多发射极管多发射极管多发射极管，在电路截止瞬态（输出高电平），在电路截止瞬态（输出高电平），在电路截止瞬态（输出高电平），在电路截止瞬态（输出高电平），T T1 1对对对对T T2 2基极有很强的反抽作用基极有很强的反抽作用基极有很强的反抽作用基极有很强的反抽作用 上升时间上升时间上升时间上升时间 r r 。 输入端接反偏二极管，可将输入负向电压箝位在输入端接反偏二极管，可将输入负向电压箝位在输入端接反偏二极管，可将输入负向电压箝位在输入端接反偏二极管，可将输入负向电压箝位在-1.5-1.5V V（二二二二极管有寄生串联电阻），使电路抗负向脉冲干扰能力提高。极管有寄生串联电阻），使电路抗负向脉冲干扰能力提高。极管有寄生串联电阻），使电路抗负向脉冲干扰能力提高。极管有寄生串联电阻），使电路抗负向脉冲干扰能力提高。 输出级采用图腾柱结构（推挽），输出级采用图腾柱结构（推挽），输出级采用图腾柱结构（推挽），输出级采用图腾柱结构（推挽），T T3 3-D-D1 1和和和和T T5 5交替工作交替工作交替工作交替工作功功功功耗耗耗耗 ，速度速度速度速度 。 由于输出低电平时由于输出低电平时由于输出低电平时由于输出低电平时T T5 5处于饱和态，在向高电平转换时，基区处于饱和态，在向高电平转换时，基区处于饱和态，在向高电平转换时，基区处于饱和态，在向高电平转换时，基区少子存贮电荷只有通过少子存贮电荷只有通过少子存贮电荷只有通过少子存贮电荷只有通过R R3 3泄放，速度较慢，影响上升时间。泄放，速度较慢，影响上升时间。泄放，速度较慢，影响上升时间。泄放，速度较慢，影响上升时间。集成电路原理课件2 2、TTLTTL电路的不足与改进措施电路的不足与改进措施电路的不足与改进措施电路的不足与改进措施由上面的分析可见：由上面的分析可见：由上面的分析可见：由上面的分析可见：欲使电路速度欲使电路速度欲使电路速度欲使电路速度t tpdpd=(t=(tpLHpLH+t+tpHLpHL)/2)/2下降，即下降，即下降，即下降，即 tpHL 输出管驱动电流输出管驱动电流输出管驱动电流输出管驱动电流 ，即，即，即，即I IB B 饱和深度饱和深度饱和深度饱和深度 超量存贮电荷超量存贮电荷超量存贮电荷超量存贮电荷 t tpLH pLH t tpLH pLH 饱和深度饱和深度饱和深度饱和深度 I IB B t tpHL pHL 采用有源泄放网络，可以部分改善采用有源泄放网络，可以部分改善采用有源泄放网络，可以部分改善采用有源泄放网络，可以部分改善集成电路原理课件 要解决这一矛盾，须在保证较大的驱动电流条件下设要解决这一矛盾，须在保证较大的驱动电流条件下设要解决这一矛盾，须在保证较大的驱动电流条件下设要解决这一矛盾，须在保证较大的驱动电流条件下设法控制晶体管的法控制晶体管的法控制晶体管的法控制晶体管的BCBC结上的正向偏压结上的正向偏压结上的正向偏压结上的正向偏压，加以，加以，加以，加以箝位箝位箝位箝位，迫使晶，迫使晶，迫使晶，迫使晶体管不进入饱和体管不进入饱和体管不进入饱和体管不进入饱和/ /深饱和区深饱和区深饱和区深饱和区非饱和或抗饱和非饱和或抗饱和非饱和或抗饱和非饱和或抗饱和TTLTTL电路电路电路电路。集成电路原理课件2.2.2 2.2.2 抗饱和抗饱和抗饱和抗饱和TTLTTL电路电路电路电路 S/LSTTLS/LSTTL1 1、SBDSBD（Schottky-Barrier-Diode)Schottky-Barrier-Diode)和肖特基箝位晶体管和肖特基箝位晶体管和肖特基箝位晶体管和肖特基箝位晶体管集成电路原理课件 pnpn结导通时，都是少子注入结导通时，都是少子注入结导通时，都是少子注入结导通时，都是少子注入 积累积累积累积累扩散形成电流，是扩散形成电流，是扩散形成电流，是扩散形成电流，是一种一种一种一种电荷存贮效应电荷存贮效应电荷存贮效应电荷存贮效应，严重影响了，严重影响了，严重影响了，严重影响了pnpn结的高频特性。结的高频特性。结的高频特性。结的高频特性。 SBDSBD导通时，主要靠半导体多子导通时，主要靠半导体多子导通时，主要靠半导体多子导通时，主要靠半导体多子金属，是金属，是金属，是金属，是多子器件多子器件多子器件多子器件，高频特性好。高频特性好。高频特性好。高频特性好。 对于相同的势垒高度，对于相同的势垒高度，对于相同的势垒高度，对于相同的势垒高度，SBDSBD的的的的J JSDSD或或或或J JSTST要比要比要比要比pnpn结的反向饱结的反向饱结的反向饱结的反向饱和电流和电流和电流和电流J JS S大得多，即：对于相同的正向电流，大得多，即：对于相同的正向电流，大得多，即：对于相同的正向电流，大得多，即：对于相同的正向电流，SBDSBD的正向的正向的正向的正向导通压降较低，一般导通压降较低，一般导通压降较低，一般导通压降较低，一般SiSi为为为为0.30.3V V，GeGe为为为为 0.2 0.2V V。 SBD与与pn结二极管的比较结二极管的比较集成电路原理课件根据根据根据根据M-SM-S接触理论，理想情况下接触理论，理想情况下接触理论，理想情况下接触理论，理想情况下 WWMMWWS S，金属与金属与金属与金属与n n型半导体接触形成阻挡层。型半导体接触形成阻挡层。型半导体接触形成阻挡层。型半导体接触形成阻挡层。 WWMMWWS S，金属与金属与金属与金属与n n型半导体接触形成反阻挡层型半导体接触形成反阻挡层型半导体接触形成反阻挡层型半导体接触形成反阻挡层。 WWMMWWWS S，金属与金属与金属与金属与p p型半导体接触形成反阻挡层。型半导体接触形成反阻挡层。型半导体接触形成反阻挡层。型半导体接触形成反阻挡层。M-S整流接触与欧姆接触的区别整流接触与欧姆接触的区别集成电路原理课件 但实际情况，由于但实际情况，由于但实际情况，由于但实际情况，由于SiSi，GeGe，GaAsGaAs等常用半导体材料都有等常用半导体材料都有等常用半导体材料都有等常用半导体材料都有很高的表面态密度，形成表面电荷的很高的表面态密度，形成表面电荷的很高的表面态密度，形成表面电荷的很高的表面态密度，形成表面电荷的“ “钉扎钉扎钉扎钉扎” ”现象，不管现象，不管现象，不管现象，不管n n型型型型还是还是还是还是p p型都形成阻挡层。所以，实际的欧姆接触是型都形成阻挡层。所以，实际的欧姆接触是型都形成阻挡层。所以，实际的欧姆接触是型都形成阻挡层。所以，实际的欧姆接触是利用隧道效利用隧道效利用隧道效利用隧道效应制成应制成应制成应制成的。的。的。的。对半导体进行重掺杂，势垒宽度很薄，载流子可以通过对半导体进行重掺杂，势垒宽度很薄，载流子可以通过隧穿效应贯穿势垒形成隧道电流，当其超过热电子发射电流隧穿效应贯穿势垒形成隧道电流，当其超过热电子发射电流成为主导时，电流很大，接触电阻很小成为主导时，电流很大，接触电阻很小 欧姆接触。欧姆接触。集成电路原理课件一般采用一般采用一般采用一般采用PtSi-Ti/W-AlPtSi-Ti/W-Al多层金属薄膜系统。其中：多层金属薄膜系统。其中：多层金属薄膜系统。其中：多层金属薄膜系统。其中： Pt-SiPt-Si构成构成构成构成SBDSBD Ti/WTi/W阻止阻止阻止阻止AlAl与与与与SiSi相互扩散相互扩散相互扩散相互扩散 Ti(10%)Ti(10%)改善了金属对改善了金属对改善了金属对改善了金属对SiOSiO2 2的粘附性和抗腐蚀性。的粘附性和抗腐蚀性。的粘附性和抗腐蚀性。的粘附性和抗腐蚀性。 SBD的金属化系统的金属化系统集成电路原理课件2、STTL电路电路达林顿射随器达林顿射随器达林顿射随器达林顿射随器有源泄放网络有源泄放网络有源泄放网络有源泄放网络SBDSBD箝位箝位箝位箝位集成电路原理课件电路特点：电路特点：电路特点：电路特点： 优点：优点：优点：优点： 输入端输入端输入端输入端SBDSBD箝位保护，由于导通电压低（箝位保护，由于导通电压低（箝位保护，由于导通电压低（箝位保护，由于导通电压低（0.30.3V)V)，在负向脉在负向脉在负向脉在负向脉 冲达到冲达到冲达到冲达到-0.9-0.9-1-1V V左右，即导通保护左右，即导通保护左右，即导通保护左右，即导通保护抗干扰能力增强抗干扰能力增强抗干扰能力增强抗干扰能力增强。而。而。而。而 pn pn结二极管为结二极管为结二极管为结二极管为-1.5-1.5V V。 T T1 1加加加加SBDSBD箝位，在反向工作时箝位，在反向工作时箝位，在反向工作时箝位，在反向工作时“ “发射区发射区发射区发射区” ”注入效率注入效率注入效率注入效率 ， 可可可可减小高电平输入电流减小高电平输入电流减小高电平输入电流减小高电平输入电流。 电路瞬态特性好，电路瞬态特性好，电路瞬态特性好，电路瞬态特性好，速度快速度快速度快速度快。（。（。（。（T T6 6管导通管导通管导通管导通/ /截止都比截止都比截止都比截止都比T T5 5延迟一延迟一延迟一延迟一 段时间）段时间）段时间）段时间）集成电路原理课件 电压传输特性的矩形性好，即电压传输特性的矩形性好，即电压传输特性的矩形性好，即电压传输特性的矩形性好，即转换区陡峭转换区陡峭转换区陡峭转换区陡峭。 稳态时，稳态时，稳态时，稳态时，T T5 5导通前，导通前，导通前，导通前，T T6 6不通，不通，不通，不通，I IE2E2没有通路，保证没有通路，保证没有通路，保证没有通路，保证T T2 2和和和和T T5 5都不通。保证了输出高电平的稳定。都不通。保证了输出高电平的稳定。都不通。保证了输出高电平的稳定。都不通。保证了输出高电平的稳定。 只有当只有当只有当只有当T T1 1的基极电压升高，达到的基极电压升高，达到的基极电压升高，达到的基极电压升高，达到 V VB1B1= = V VI I+V+VBE1BE1 V VBCth1BCth1+V+VBEth2BEth2+V+VBEth5BEth5 即即即即 V VI I (V (VBCth1BCth1+V+VBEth2BEth2+V+VBEth5BEth5)- V)- VBE1BE1 1.1V1.1V 此时，此时，此时，此时，T T2 2、T T5 5导通，导通，导通，导通，V V0 0随随随随V VI I上升迅速下降。转换区很陡。上升迅速下降。转换区很陡。上升迅速下降。转换区很陡。上升迅速下降。转换区很陡。从而提高了噪声容限。从而提高了噪声容限。从而提高了噪声容限。从而提高了噪声容限。集成电路原理课件 缺点：缺点：缺点：缺点：电路抗干扰能力下降电路抗干扰能力下降电路抗干扰能力下降电路抗干扰能力下降 一方面，一方面，一方面，一方面，SBDSBD使使使使V VCES1CES1提高提高提高提高0.10.10.20.2V V，门坎电平门坎电平门坎电平门坎电平V VIL(max)IL(max)降低了降低了降低了降低了0.10.1 0.2 0.2V V。 另一方面，另一方面，另一方面，另一方面，T T5 5加加加加SBDSBD后，后，后，后，V VBC5BC5由由由由0.60.6V V0.3 0.3 0.4V 0.4V，则，则，则，则， 输出低电平：输出低电平：输出低电平：输出低电平： V VOLOL=V=VCE5CE5+r+rcs5cs5I IC5C5=(V=(VBE5BE5-V-VBC5BC5) +r) +rcs5cs5I IC5C5将提高将提高将提高将提高0.2 0.2 0.3 0.3V.V. 由低电平噪容由低电平噪容由低电平噪容由低电平噪容 V VNLNL=V=VIL(max)IL(max)-V-VOL(max)OL(max)将有所降低。将有所降低。将有所降低。将有所降低。集成电路原理课件3、LSTTL电路电路阻值约为标准门的阻值约为标准门的阻值约为标准门的阻值约为标准门的5 5倍倍倍倍DTLDTL输入电路输入电路输入电路输入电路功耗降为其功耗降为其功耗降为其功耗降为其1/51/5LSTTL有源泄放网络有源泄放网络有源泄放网络有源泄放网络集成电路原理课件（1 1）输入级特点）输入级特点）输入级特点）输入级特点 速度快速度快速度快速度快。T T2 2加加加加SBDSBD箝位后，其箝位后，其箝位后，其箝位后，其超量存贮电荷减少超量存贮电荷减少超量存贮电荷减少超量存贮电荷减少；SBDSBD为为为为 多子导电，且导通电压低。多子导电，且导通电压低。多子导电，且导通电压低。多子导电，且导通电压低。 输入电流小输入电流小输入电流小输入电流小，前一级的电路负载能力增强。，前一级的电路负载能力增强。，前一级的电路负载能力增强。，前一级的电路负载能力增强。 SBDSBD反向击穿电压在反向击穿电压在反向击穿电压在反向击穿电压在1010V V以上，可将不用的输入端直接与以上，可将不用的输入端直接与以上，可将不用的输入端直接与以上，可将不用的输入端直接与 V VCCCC相接。相接。相接。相接。集成电路原理课件（2 2）驱动级特点）驱动级特点）驱动级特点）驱动级特点 电路瞬态特性好，速度快。主要是由于电路瞬态特性好，速度快。主要是由于电路瞬态特性好，速度快。主要是由于电路瞬态特性好，速度快。主要是由于T T2 2双向输出，双向输出，双向输出，双向输出，T T6 6的的的的导通和截止都比导通和截止都比导通和截止都比导通和截止都比T T5 5延迟一段时间。延迟一段时间。延迟一段时间。延迟一段时间。 有源泄放网络的电流泄放能力强，电压电压传输特性的矩有源泄放网络的电流泄放能力强，电压电压传输特性的矩有源泄放网络的电流泄放能力强，电压电压传输特性的矩有源泄放网络的电流泄放能力强，电压电压传输特性的矩形性好（转换区陡峭）。形性好（转换区陡峭）。形性好（转换区陡峭）。形性好（转换区陡峭）。集成电路原理课件（3 3）输出级特点）输出级特点）输出级特点）输出级特点 R R4 4由接地改为接输出端由接地改为接输出端由接地改为接输出端由接地改为接输出端，既可减小，既可减小，既可减小，既可减小R R4 4的电流和功耗，由可使的电流和功耗，由可使的电流和功耗，由可使的电流和功耗，由可使I IR4R4成为高电平输出电流的一部分，增加了电流驱动能力；成为高电平输出电流的一部分，增加了电流驱动能力；成为高电平输出电流的一部分，增加了电流驱动能力；成为高电平输出电流的一部分，增加了电流驱动能力； 另一方面，在小电流输出时，可将输出高电平拉至另一方面，在小电流输出时，可将输出高电平拉至另一方面，在小电流输出时，可将输出高电平拉至另一方面，在小电流输出时，可将输出高电平拉至V VOHOH=V=VCCCC- -V VBE3BE3；但不利的是对但不利的是对但不利的是对但不利的是对T T4 4的基极泄放能力下降。的基极泄放能力下降。的基极泄放能力下降。的基极泄放能力下降。集成电路原理课件 D D5 5、D D6 6可提高电路的上升速度。在输出从高电平向低电平转可提高电路的上升速度。在输出从高电平向低电平转可提高电路的上升速度。在输出从高电平向低电平转可提高电路的上升速度。在输出从高电平向低电平转换的瞬态换的瞬态换的瞬态换的瞬态T T4 4基区贮存的电荷可通过基区贮存的电荷可通过基区贮存的电荷可通过基区贮存的电荷可通过D D5 5抽出抽出抽出抽出当当当当V VC2C2比比比比V V0 0下降快时，负载电容可通过下降快时，负载电容可通过下降快时，负载电容可通过下降快时，负载电容可通过D D6 6放电放电放电放电 T T2 2电流电流电流电流T T5 5驱动电流驱动电流驱动电流驱动电流 导通延迟导通延迟导通延迟导通延迟 。既加速了。既加速了。既加速了。既加速了T T4 4管的截管的截管的截管的截止，又加速了止，又加速了止，又加速了止，又加速了T T5 5的导通。的导通。的导通。的导通。集成电路原理课件 此类电路功耗速度特性得以改善的关键在于采用了此类电路功耗速度特性得以改善的关键在于采用了此类电路功耗速度特性得以改善的关键在于采用了此类电路功耗速度特性得以改善的关键在于采用了先进的先进的先进的先进的工艺技术工艺技术工艺技术工艺技术。 采用采用采用采用介质隔离等平面工艺介质隔离等平面工艺介质隔离等平面工艺介质隔离等平面工艺，最大限度地减少了管芯面积。，最大限度地减少了管芯面积。，最大限度地减少了管芯面积。，最大限度地减少了管芯面积。 低能量离子注入低能量离子注入低能量离子注入低能量离子注入形成基区，采用形成基区，采用形成基区，采用形成基区，采用浅结浅结浅结浅结AsAs扩散扩散扩散扩散尽可能减小基尽可能减小基尽可能减小基尽可能减小基区宽度。区宽度。区宽度。区宽度。4、AS/ALSTTL电路电路集成电路原理课件 2.3 ECL电路电路2.3.1 2.3.1 ECLECL的原理门电路的原理门电路的原理门电路的原理门电路负电源电压系统负电源电压系统负电源电压系统负电源电压系统当电源干扰由发射极当电源干扰由发射极当电源干扰由发射极当电源干扰由发射极进入电路，因是共模进入电路，因是共模进入电路，因是共模进入电路，因是共模信号，受到差分对抑信号，受到差分对抑信号，受到差分对抑信号，受到差分对抑制；若采用正电源供制；若采用正电源供制；若采用正电源供制；若采用正电源供电，则干扰将通过集电，则干扰将通过集电，则干扰将通过集电，则干扰将通过集电极直接传出，降低电极直接传出，降低电极直接传出，降低电极直接传出，降低了噪声容限。了噪声容限。了噪声容限。了噪声容限。集成电路原理课件(1)(1)输入低电平输入低电平输入低电平输入低电平(2)(2) V VI I= =V VoLoL=-1.7VV=-1.7VVBBBB=-1.3V=-1.3V T T1 1截止，截止，截止，截止，T T2 2优先导通优先导通优先导通优先导通。则流经则流经则流经则流经T T2 2的电流：的电流：的电流：的电流：而而而而 I IC2C2= = I IE2E2 4mA4mA?1 1、ECLECL原理门电路的工作原理原理门电路的工作原理原理门电路的工作原理原理门电路的工作原理集成电路原理课件 VC2=VCC-IC2RC2=-0.98V 而 VC1=VCC-IC1RC1=0V输出低电平输出低电平V VC2C2=-0.98V=-0.98V输出高电平输出高电平V VC1C1=0V=0V此时此时此时此时 VBC2=-1.3-(-0.98)=-0.32V-1.3V T2截止，T1优先导通，则VC1=VCC-IC1RC1=-0.97V而 VC2=VCC-IC2RC2=0V输出低电平输出低电平V VC1C1=-0.97V=-0.97V输出高电平输出高电平V VC2C2=0V=0V集成电路原理课件欲使欲使欲使欲使V VC1C1、V VC2C2输出低电平相同，须保证：输出低电平相同，须保证：输出低电平相同，须保证：输出低电平相同，须保证： I IC1C1R RC1C1=I=IC2C2R RC2C2 对于对于对于对于T T1 1管而言，此时，管而言，此时，管而言，此时，管而言，此时，V VBC1BC1=-0.9-(-0.97)=0.07V=-0.9-(-0.97)=0.07V，BCBC结结结结略显正偏，可以认为略显正偏，可以认为略显正偏，可以认为略显正偏，可以认为T T1 1管处于线性放大区边缘，未进入饱管处于线性放大区边缘，未进入饱管处于线性放大区边缘，未进入饱管处于线性放大区边缘，未进入饱和区。和区。和区。和区。注意：注意：ECLECL原理门之间原理门之间不能直接耦合连接不能直接耦合连接，因为，因为V VOHOH=0V =0V 下一级下一级V VB B=0=0而VC00，进入饱和区，进入饱和区，进入饱和区，进入饱和区， 失去高速特性失去高速特性失去高速特性失去高速特性加加加加射随器射随器射随器射随器作输出级，实现作输出级，实现作输出级，实现作输出级，实现电平位移电平位移电平位移电平位移。集成电路原理课件2.3.2 典型的典型的ECL门电路门电路集成电路原理课件 此此此此ECLECL或或或或/ /或非门电路工作原理与原理门基本相同。但有或非门电路工作原理与原理门基本相同。但有或非门电路工作原理与原理门基本相同。但有或非门电路工作原理与原理门基本相同。但有几处需要注意：几处需要注意：几处需要注意：几处需要注意： 输入部分的输入部分的输入部分的输入部分的R RP P称为称为称为称为下拉电阻下拉电阻下拉电阻下拉电阻，由基区沟道电阻形成，为输，由基区沟道电阻形成，为输，由基区沟道电阻形成，为输，由基区沟道电阻形成，为输入管的反向漏电流提供通路，并保证不用的输入端固定在入管的反向漏电流提供通路，并保证不用的输入端固定在入管的反向漏电流提供通路，并保证不用的输入端固定在入管的反向漏电流提供通路，并保证不用的输入端固定在“ “零零零零” ”电平（电平（电平（电平（V VEEEE=-5.2V=-5.2V），），），），因而克服了不用的输入端电位浮因而克服了不用的输入端电位浮因而克服了不用的输入端电位浮因而克服了不用的输入端电位浮空造成的不良影响。空造成的不良影响。空造成的不良影响。空造成的不良影响。集成电路原理课件 电流开关部分的地电流开关部分的地电流开关部分的地电流开关部分的地V VCC2CC2与射随器输出级的地与射随器输出级的地与射随器输出级的地与射随器输出级的地V VCC1CC1是分开的是分开的是分开的是分开的。因为，接因为，接因为，接因为，接V VCC1CC1的射随器有大的电流起伏，分开接可以防止这的射随器有大的电流起伏，分开接可以防止这的射随器有大的电流起伏，分开接可以防止这的射随器有大的电流起伏，分开接可以防止这种起伏引起偏置网络和电流开关部分之间的串扰。种起伏引起偏置网络和电流开关部分之间的串扰。种起伏引起偏置网络和电流开关部分之间的串扰。种起伏引起偏置网络和电流开关部分之间的串扰。 由于电路中所用的电阻阻值均较低，且晶体管导通时处于由于电路中所用的电阻阻值均较低，且晶体管导通时处于由于电路中所用的电阻阻值均较低，且晶体管导通时处于由于电路中所用的电阻阻值均较低，且晶体管导通时处于线性放大区，电流较大，因此线性放大区，电流较大，因此线性放大区，电流较大，因此线性放大区，电流较大，因此功耗大（一般几十功耗大（一般几十功耗大（一般几十功耗大（一般几十mWmW），），），），这这这这也是也是也是也是ECLECL逻辑的致命缺点。逻辑的致命缺点。逻辑的致命缺点。逻辑的致命缺点。集成电路原理课件