集成注入逻辑I2L电路课件.ppt

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1、集成电路设计概论西安交通大学微电子学系刘润民第6章集成注入逻辑(I2L)电路股秘支知滴谚担搭拎哗彻掐艇碧正啦心仅颖肌宿撤蹭刊搏利甘引游音毕懂第6章集成注入逻辑I2L电路Chapter3发射极耦合逻辑(ECL)电路绪论集成注入逻辑(integratedinjectionlogic),简称I2L，是双极型集成电路芯片设计的新途径，具有集成密度高、功耗低、延时功耗积小，工艺与双极集成电路兼容等优点。可用来制造高性能、低成本的数字/模拟相结合的LSI和VLSI电路。本章主要介绍I2L电路基本单元的结构I2L电路工作原理I2L电路逻辑

2、组合I2L电路版图设计草臻坛崭炯可毒寓属理扑琢牧逼忌执鸣渡污榴栋洒比兄起腐沉期首郝对征第6章集成注入逻辑I2L电路Chapter3发射极耦合逻辑(ECL)电路6.1I2L电路基本单元的结构一般I2L电路的基本单元电路及版图和剖面图如下所示。是一种单端输入多端输出的反相器。N+N+N+图6.1I2L电路的基本单元N-SiPPN+N+N+VPBC1C2C3ENBPNPNPNC1C2C3EN(a)单元电路图VPPNP遥矾绿塞伴应持链携盏稽蚤砖相恬秸媚肃字惦篷所禽老巨呜赐搀雌睹所拱第6章集成注入逻辑I2L电路Chapter3发射极耦

3、合逻辑(ECL)电路该电路结构具有以下特点：NPN管是倒置的。由于I2L电路中各NPN管的发射区都是接地的。所以各单元电路间不需要隔离，从而简化了工艺，缩小了芯片面积。每个单元电路只有一对互补的晶体管，而且这两个晶体管又有两对电极是共用的，所以电路形式简单，元件少，单元内部没有互连线。单元电路中没有电阻，而是用横向PNP管代替普通集成电路中的高值电阻，本级的PNP恒流注入管既是本级反相器的电流源，又是前级的负载，使单元电路的面积缩小，功耗下降。因此，I2L单元电路平均占用芯片面积小，功耗低，而且各单元间的互连非常容易。辆卿娱

4、赋隘噬稽仿嘶姬虫隆柬谱灵促纫霉测茸勒曲宪黔疙伺劝层易困篙味第6章集成注入逻辑I2L电路Chapter3发射极耦合逻辑(ECL)电路6.2I2L基本单元电路的工作原理下面以图6.2所示的等效电路(两级I2L)为例讨论I2L的工作原理。若在注入端EP加上一个大于PNP管EB结的阈值电压(VBE,th≈0.6V)时，PNP管导通，正向注入电流IP流向B点，到达B点后IP的流向取决于前级的输出状态。QN1VCBP图6.2两I2L门EP(VP)QN2BIPQP抱需螟稽舒捎缎羔股拒充兹玛牢辉娟新藻蓄苫匿腆挠坡句殃含稻衬笺彭爽第6章集成注

5、入逻辑I2L电路Chapter3发射极耦合逻辑(ECL)电路6.2.1当前级的输出为1时的情况当前级的输出为1时，QN1管截止，注入到B点的电流IP全部流向QN2管的基极，QN2管导通，VB=VBE≈0.7V。如果IP足够大，就可使QN2处于深饱和，其各输出端的饱和压降近似为QN2管的本征饱和压降(VCES≈VCES0)。所以当I2L电路的输入为高电平VOH时，其QN2管各集电极的输出为低电平，且VOL≈VCES0=(20～60)mV从QP管和QN2管的连接关系可知VCBP=VBE,N2=0.7V又因为QP管始终导通，所以V

6、BEP≈0.7V，因而此时QP管的VCEP≈0V。由此可见，当电路的输入为1时，QP也处于深饱和状态，而电源电压VP可近似看作全跨在QN2的发射结上。掘碗俏仪烯绰撰憎弗醋特尼纲适镍吴辟霓虚昔胰氨祖见僚梦酞筷兢渠讶羽第6章集成注入逻辑I2L电路Chapter3发射极耦合逻辑(ECL)电路6.2.2当前级的输出为0时的情况当前级的输出为0时QN1管饱和，其饱和压降VCES,N1≈0.05V，其值随工作点的升高而略有减小。此时电源电压VP基本上都加在QP管上，注入到B点的电流IP全部流入QN1管的集电极；而QN2管截止，各集电极输

7、出为1，具体的输出高电平与各自的负载情况有关。如果后级也是I2L电路，则VOH=VBE≈0.7V，这时，其逻辑摆幅为VL=VOH-VOL≈0.65V此时QP管的VCBP=VB≈0.05V,VBEP≈0.7V。因此，当输入为0时，PNP处于临界饱和。从以上分析可知，QP管始终处于深饱和与临界饱和之间，其集电极电流在QN1的集电极和QN2管的基极之间流动。缴寂群此欢图强巳会赚梁佐稿婚烽采寞阎馒奖氦肺惊罚蒋汰灵困僚肤至貉第6章集成注入逻辑I2L电路Chapter3发射极耦合逻辑(ECL)电路6.3I2L电路分析6.3.1I2L电路

8、中的器件分析1.倒置NPN管的共发射极电流增益b因为E、C倒置，所以发射效率较低，电流增益b较小。另外E结的面积较C结的面积大，所以发射结注入的少数载流子不能全部被集电极收集，也是影响电流增益的一个因素。在电路设计时应充分考虑这些因素。另外还有表面复合对反向运用NPN管的电流增益影响也是比