ECL门的基本结构

   由于TTL门中BJT工作在饱和状态,开关速度受到了限制。只有改变电路的工作方式,从饱和型变为非饱和型,才能从根本上提高速度。ECL门就是一种非饱和型高速数字,它的平均传输延迟时间可在2ns以下,是目前双极型电路中速度最快的。

    图1是最简单的ECL门,硅BJT
T
1、T2、T3组成发射极耦合电路。T3的基极接一个固定的参考电压VREF,输入信号接到T1、T2的基极。输出信号由T1、T2或T3的集电极取得。

图1  ECL门基本电路

    1.当输入端AB都接低电平0(设VA=VB=0.5V)时
    由于VREF=1V,因此T3优先导通,这就使发射极e的电位VE=VREF-VBE3=0.3V。对于T1、T2来说,由于 VE=0.3V,而VA=VB=0.5V,虽然基极电位比发射极电位高0.2V,但由于是硅管,仍可保证截止。这时流过Re的电流将全部由T3提供,且有IE=[VE-(-VEE)]/Re=(0.3V+12V)/1.2≈10mA。这样

V C3=VCC-IERc3=6V-10mA×0.1=5V
V C1=VCC=6V

    由此可见,当输入为0时,T1、T2截止,输出端c1为高电平1(+6V);T3导通,输出端c3为低电平0(+5V)。而且由于VB3=VREF=1V,而VC3=5V,所以T3处于放大状态而未达到饱和。
    2.当输入端AB中有一个接高电平1(设A接高电平,VA=1.5V)时
    由于VA>VREF,所以T1优先导通,这就使VE=1.5V-0.7V=0.8V,对T3来说,这时基极电位比发射极电位仅高0.2V,可以保证T3截止。流过Re的电流由T1提供,且有IE=(0.8V+12V)/1.2 =10.6mA,而

V C1=VCC-IERc1=6V-10.6mA×0.1≈5V
V C3=VCC=6V

    此时T1处于放大状态。由于T1和T2的发射极和集电极是分别连在一起的,所以只要AB中有一个接高电平,都会使c1为低电平0(+5V),而c3为高电平1(+6V)。
由上分析可得

c1=A+B 或非输出
c3=A+B 或输出

即ECL门的基本逻辑功能是同时具备或非/或输出,称之为互补逻辑输出。
    同时,不论是哪个BJT导通,所形成的发射极电流IE都是很接近的。这个电流受输入信号控制,分别流入T1或T2或T3,就象一个开关在控制,所以ECL电路又称为电流开关型电路(CML)。
    以上所述的是具有AB两个输入端的或非电路,只要增加相同类型的BJT与T1并联,就能增加门电路的输入端数。
    图1所示电路中存在的问题是,输出端的高、低电平与输入端的高、低电平电压不一致(尽管摆幅相等)如表1所示。实用上,可采用加电压跟随器等移动电平值的措施来解决。

表1  ECL门输入输出电平对照表
输入 输出
低电平0 高电平1 低电平0 高电平1
+0.5V +1.5V +5V +6V

,   由于TTL门中BJT工作在饱和状态,开关速度受到了限制。只有改变电路的工作方式,从饱和型变为非饱和型,才能从根本上提高速度。ECL门就是一种非饱和型高速数字,它的平均传输延迟时间可在2ns以下,是目前双极型电路中速度最快的。

    图1是最简单的ECL门,硅BJT
T
1、T2、T3组成发射极耦合电路。T3的基极接一个固定的参考电压VREF,输入信号接到T1、T2的基极。输出信号由T1、T2或T3的集电极取得。

图1  ECL门基本电路

    1.当输入端AB都接低电平0(设VA=VB=0.5V)时
    由于VREF=1V,因此T3优先导通,这就使发射极e的电位VE=VREF-VBE3=0.3V。对于T1、T2来说,由于 VE=0.3V,而VA=VB=0.5V,虽然基极电位比发射极电位高0.2V,但由于是硅管,仍可保证截止。这时流过Re的电流将全部由T3提供,且有IE=[VE-(-VEE)]/Re=(0.3V+12V)/1.2≈10mA。这样

V C3=VCC-IERc3=6V-10mA×0.1=5V
V C1=VCC=6V

    由此可见,当输入为0时,T1、T2截止,输出端c1为高电平1(+6V);T3导通,输出端c3为低电平0(+5V)。而且由于VB3=VREF=1V,而VC3=5V,所以T3处于放大状态而未达到饱和。
    2.当输入端AB中有一个接高电平1(设A接高电平,VA=1.5V)时
    由于VA>VREF,所以T1优先导通,这就使VE=1.5V-0.7V=0.8V,对T3来说,这时基极电位比发射极电位仅高0.2V,可以保证T3截止。流过Re的电流由T1提供,且有IE=(0.8V+12V)/1.2 =10.6mA,而

V C1=VCC-IERc1=6V-10.6mA×0.1≈5V
V C3=VCC=6V

    此时T1处于放大状态。由于T1和T2的发射极和集电极是分别连在一起的,所以只要AB中有一个接高电平,都会使c1为低电平0(+5V),而c3为高电平1(+6V)。
由上分析可得

c1=A+B 或非输出
c3=A+B 或输出

即ECL门的基本逻辑功能是同时具备或非/或输出,称之为互补逻辑输出。
    同时,不论是哪个BJT导通,所形成的发射极电流IE都是很接近的。这个电流受输入信号控制,分别流入T1或T2或T3,就象一个开关在控制,所以ECL电路又称为电流开关型电路(CML)。
    以上所述的是具有AB两个输入端的或非电路,只要增加相同类型的BJT与T1并联,就能增加门电路的输入端数。
    图1所示电路中存在的问题是,输出端的高、低电平与输入端的高、低电平电压不一致(尽管摆幅相等)如表1所示。实用上,可采用加电压跟随器等移动电平值的措施来解决。

表1  ECL门输入输出电平对照表
输入 输出
低电平0 高电平1 低电平0 高电平1
+0.5V +1.5V +5V +6V

ECL门的基本结构

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