La lógica de inyección integrada ( IIL , I 2 L o I2L ) es una clase de circuitos digitales construidos con transistores de unión bipolar de colector múltiple (BJT). [1] Cuando se presentó, tenía una velocidad comparable a TTL, pero era casi tan baja como CMOS , lo que la hacía ideal para su uso en circuitos integrados VLSI (y más grandes).. Las puertas se pueden hacer más pequeñas con esta familia lógica que con CMOS porque no se necesitan transistores complementarios. Aunque los niveles de voltaje lógico están muy cerca (alto: 0,7 V, bajo: 0,2 V), I2L tiene una alta inmunidad al ruido porque funciona con corriente en lugar de voltaje. I2L fue desarrollado en 1971 por Siegfried K. Wiedmann y Horst H. Berger, quienes originalmente lo llamaron lógica de transistores combinados (MTL). [2] Una desventaja de esta familia lógica es que las puertas consumen energía cuando no cambian a diferencia de CMOS.
Construcción
La puerta del inversor I2L está construida con un transistor de fuente de corriente de base común PNP y un transistor inversor de colector abierto de emisor común NPN . En una oblea, estos dos transistores se fusionan. Se suministra un pequeño voltaje (alrededor de 1 voltio) al emisor del transistor de fuente de corriente para controlar la corriente suministrada al transistor inversor. Los transistores se utilizan para fuentes de corriente en circuitos integrados porque son mucho más pequeños que las resistencias.
Debido a que el inversor es un colector abierto, se puede realizar una operación Y cableada conectando una salida de cada una de dos o más puertas juntas. Por lo tanto, el abanico de una salida utilizada de esa manera es uno. Sin embargo, se pueden producir salidas adicionales agregando más colectores al transistor inversor. Las puertas se pueden construir de manera muy simple con una sola capa de metal interconectado.
En una implementación discreta de un circuito I2L, los transistores NPN bipolares con múltiples colectores se pueden reemplazar con múltiples transistores NPN discretos de 3 terminales conectados en paralelo con sus bases conectadas entre sí y sus emisores conectados de la misma manera. El transistor de la fuente de corriente se puede reemplazar con una resistencia del suministro positivo a la base del transistor inversor, ya que las resistencias discretas son más pequeñas y menos costosas que los transistores discretos.
De manera similar, el transistor inyector de corriente PNP combinado y el transistor inversor NPN se pueden implementar como componentes discretos separados.
Operación
El corazón de un circuito I2L es el inversor de colector abierto de emisor común. Normalmente, un inversor consta de un transistor NPN con el emisor conectado a tierra y la base polarizada con una corriente directa de la fuente de corriente. La entrada se suministra a la base como un sumidero de corriente (nivel lógico bajo) o como una condición flotante de z alto (nivel lógico alto). La salida de un inversor está en el colector. Asimismo, es un sumidero de corriente (nivel lógico bajo) o una condición flotante de z alto (nivel lógico alto).
Al igual que la lógica de transistor de acoplamiento directo , no hay resistencia entre la salida (colector) de un transistor NPN y la entrada (base) del siguiente transistor.
Para comprender cómo funciona el inversor, es necesario comprender el flujo de corriente. Si la corriente de polarización se deriva a tierra (nivel lógico bajo), el transistor se apaga y el colector flota (nivel lógico alto). Si la corriente de polarización no se deriva a tierra porque la entrada es alta-z (nivel lógico alto), la corriente de polarización fluye a través del transistor hacia el emisor, activando el transistor y permitiendo que el colector absorba la corriente (nivel lógico bajo) . Debido a que la salida del inversor puede absorber corriente pero no puede generar corriente, es seguro conectar las salidas de varios inversores para formar una puerta Y cableada. Cuando las salidas de dos inversores están conectadas juntas, el resultado es una puerta NOR de dos entradas porque la configuración (NO A) Y (NO B) es equivalente a NO (A O B) (según el Teorema de De Morgan ). Finalmente, la salida de la puerta NOR es invertida por el inversor IIL en la parte superior derecha del diagrama, el resultado es una puerta O de dos entradas.
Debido a la capacitancia parásita interna en los transistores, las corrientes más altas originadas en la base del transistor inversor dan como resultado velocidades de conmutación más rápidas, y dado que la diferencia de voltaje entre los niveles lógicos altos y bajos es menor para I2L que otras familias lógicas bipolares (alrededor de 0.5 voltios en lugar de alrededor de 3,3 o 5 voltios), se minimizan las pérdidas debidas a la carga y descarga de capacitancias parásitas.
Uso
I2L es relativamente simple de construir en un circuito integrado , y fue usado comúnmente antes de la llegada de la lógica CMOS por compañías como Motorola (ahora NXP Semiconductors ) [3] y Texas Instruments . En 1975, Sinclair Radionics presentó uno de los primeros relojes digitales de consumo, el Black Watch , que utilizaba tecnología I2L. [4] En 1976, Texas Instruments introdujo la CPU SBP0400 que usaba tecnología I2L. A fines de la década de 1970, RCA usó I²L en su circuito integrado de medidor de 3 dígitos CA3162 ADC. En 1979, HP introdujo un instrumento de medición de frecuencia basado en un chip LSI personalizado hecho por HP que utiliza lógica de inyección integrada (I2L) para bajo consumo de energía y alta densidad, lo que permite el funcionamiento con batería portátil, y también algunos circuitos de lógica de función de emisor (EFL) donde Se necesita alta velocidad en su HP 5315A / B. [5]
Referencias
- ^ Hart, K .; Slob, A. (octubre de 1972). "Lógica de inyección integrada: un nuevo enfoque para LSI". Revista IEEE de circuitos de estado sólido . 7 (5): 346–351. Código bibliográfico : 1972IJSSC ... 7..346H . doi : 10.1109 / jssc.1972.1052891 .
- ^ Siegfried K. Wiedmann, Horst H. Berger (1972). "Lógica de transistores combinados (MTL) -un concepto de lógica bipolar de bajo costo". Revista IEEE de circuitos de estado sólido . 7 (5): 340–346. Código bibliográfico : 1972IJSSC ... 7..340B . doi : 10.1109 / JSSC.1972.1052890 .
- ^ Jarrett, Robert (1978). "Un microsistema monolítico de control de velocidad para aplicaciones de automoción". 1978 IEEE International Solid-State Circuits Conference. Recopilación de artículos técnicos . IEEE. págs. 46–47. doi : 10.1109 / ISSCC.1978.1155757 .
- ^ "Entrevista de computación práctica de 1982 de Clive Sinclair" . Consultado el 21 de junio de 2014 .
- ^ "Proyecto de memoria HP: tiempo, estándar de frecuencia y contador"
Otras lecturas
- Savard, John JG (2018) [2005]. "De qué están hechas las computadoras" . quadibloc . Archivado desde el original el 2 de julio de 2018 . Consultado el 16 de julio de 2018 .