发射极耦合逻辑ECL电路

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1、第5章---5.1ECL电路的工作原理河北工业大学信息工程学院李薇薇集成电路原理与设计回顾：TTL电路输入级多发射极晶体管反抽作用提高电路开关速度STTLASTTL肖特基箝位晶体管新工艺抑制晶体管过饱和寄生电容进一步提高开关速率TTL自身不能克服的问题“饱和”怎么办？展望：ECL电路为了适应数字系统在超高速方面的需求非饱和形式的开关电路各点电平变化幅度小，没有因采用箝位而带来的附加寄生电容工作时晶体管在放大和截止两个状态间转换，不进入饱和区改进电路结构和采用新工艺，功耗可降至几毫瓦的数量级ECL电路的基本结构基本门：或/或非门E10k系列基本

2、门组成电流开关参考电压源射极输出器一、射极耦合电流开关实质：一边为固定输入Vbb特点：另一边为大信号多输入端的射极耦合差分级只对信号起传递作用,所以负反馈很强使ECL电路输入阻抗很高，晶体管稳定可靠地工作在放大区RP是由基区沟道电阻做成的输入下拉电阻，为输入晶体管的反向漏电提供通路，并保证了不用的输入端固定在0电平。射极耦合电流开关工作原理输入端A、B开路，无基极电流假定：Q1A，Q1B截止，Q2导通它们的公共发射极节点E的电位射极耦合电流开关工作原理A端或B端输入高电平VOH（VOH>VBB）假定：故VbeA>Vbe2，Q1A导通Q1A一旦

3、导通，流过发射极电阻RE的电流就增加，使VE升高Vbe2＝VBB－VE降低。迫使Q2管截止结论：当输入端A或B有一个是高电平时，则相应的输入管导通，定偏晶体管截止输出低电平输出高电平射极耦合电流开关工作原理A端和B端都为输入低电平VOL（VOL

4、1变0时，定偏管导通，输入管截止，电流全部流经定偏管；相当于一个电流开关，时而把电流拨给输入管Q1，时而又把电流拨给定偏管Q2。两种情况下电流IE差别不大，相当于一个恒流源。二、射极输出器没有射极输出器的电流开关，实际上不能应用???电流开关的输出高电平是0V，当它加到后续输入端时，后级门输入管导通集电极电位输入管集电极电位比基极低，输入管饱和，使电路失去了高速的优点结论：实用的电流开关必须加射极跟随器，以解决前后级互相耦合的问题射极输出器的第一个作用：电平位移加上射极跟随器后，“或非”和“或”输出端分别为Q3、Q4管的发射极，此时输出高、低

5、电平都位移了一个be结压降Vbe或非端：或端：实际要求同一块电路的“或”和“或非”两个输出端的输出高电平及低电平数值对应相等电路设计要求ECL电路的逻辑摆幅前级门的输出高电平加到后级门的A输入端Q1A导通限制VC1＝－VL≥－Vbe＝VA输入管集电极电位永不会低于基极保证了输入管工作点不会进入饱和区射极跟随输出器的第二个作用：放大输出电流，增加负载能力三、参考电压源ECL电路的逻辑摆幅小，抗干扰能力低高低温下电路如何可靠地工作？定偏电源Vbb在温度变化时能保持在高低电平的中点附近解决办法：结论：只要定偏电压Vbb满足条件，在温度变化时，一直能

6、保持在高低电平中心，保证VNL＝VNH总结：ECL电路工作原理射极耦合电流开关：射极输出器：射极输出器Q3，Q4的作用有三个：相当于一个电流开关，时而把电流拨给输入管Q1，时而又把电流拨给定偏管Q2，使得Q1和Q2轮流导通。保持输出相位不变、逻辑关系不变进行电平位移，使前级的输出电平和后级的输入电平数值匹配提高负载能力、扩大逻辑功能总结：ECL电路工作原理参考电压源：定偏电源VBB在温度变化时能保持在高低电平的中点附近。保证在高低温下电路能可靠地工作。参考电压源虽不是ECL电路的主要部分，但却决定着电路逻辑电平的位置、阈值电压和抗干扰能力，特

7、别在电路工作于超高速的情况下，这些问题尤为突出。5.2ECL电路的逻辑扩展与TTL电路相比，ECL电路具有很大的逻辑灵活性。ECL电路的基本门同时具有或／或非输出，使ECL门电路的逻辑功能较强，而且通过增加输出射极跟随器，可以使ECL电路同时具有几个“或”和“或非”端输出。把两个ECL基本门的定偏管内部集电极“点与”，而把“或非”端输出射随器的发射极“线或”，可得或与非/或与门电路。具有多个“或”和“或非”端输出的ECL电路（a）电路图；（b）逻辑图5.3ECL电路的版图设计特点5.3.1划分隔离区因为隔离结的面积较大，其寄生电容对电路的延迟

8、有影响。5.3.2元器件的设计（1）要求电阻RC1、RC2和RE的条宽一样，且平行排列在一起。（2）要设计条状小尺寸的晶体管。（3）所有输出管的形状和尺寸都应相同且