La lógica resistor-transistor ( RTL ) (a veces también la lógica transistor-resistor ( TRL )) es una clase de circuitos digitales construidos utilizando resistencias como red de entrada y transistores de unión bipolar (BJT) como dispositivos de conmutación. RTL es la primera clase de circuito lógico digital transistorizado utilizado; otras clases incluyen lógica de diodo-transistor (DTL) y lógica de transistor-transistor (TTL). Los circuitos RTL se construyeron por primera vez con componentes discretos , pero en 1961 se convirtió en la primera familia de lógica digital que se produjo como un circuito integrado monolítico.. Los circuitos integrados RTL se utilizaron en el Apollo Guidance Computer , cuyo diseño se inició en 1961 y que voló por primera vez en 1966. [1]
Implementación
Inversor RTL
Un interruptor de transistor bipolar es la puerta RTL más simple ( inversor o puerta NO) que implementa la negación lógica . [2] Consiste en una etapa de emisor común con una resistencia de base conectada entre la base y la fuente de voltaje de entrada. La función de la resistencia base es expandir el rango de voltaje de entrada del transistor muy pequeño (aproximadamente 0,7 V) al nivel lógico "1" (aproximadamente 3,5 V) convirtiendo el voltaje de entrada en corriente. Su resistencia se establece mediante un compromiso: se elige lo suficientemente baja para saturar el transistor y lo suficientemente alta para obtener una alta resistencia de entrada. El papel de la resistencia del colector es convertir la corriente del colector en voltaje; su resistencia se elige lo suficientemente alta para saturar el transistor y lo suficientemente baja como para obtener una resistencia de salida baja (alto abanico ).
Puerta NOR RTL de un transistor
Con dos o más resistencias base (R 3 y R 4 ) en lugar de una, el inversor se convierte en una puerta RTL NOR de dos entradas (consulte la figura de la derecha). La operación lógica OR se realiza aplicando consecutivamente las dos operaciones aritméticas suma y comparación (la red de resistencias de entrada actúa como un verano de voltaje paralelo con entradas igualmente ponderadas y la siguiente etapa de transistor de emisor común como un comparador de voltaje con un umbral de aproximadamente 0,7 V) . La resistencia equivalente de todas las resistencias conectadas al "1" lógico y la resistencia equivalente de todas las resistencias conectadas al "0" lógico forman las dos patas de un divisor de voltaje compuesto que acciona el transistor. Las resistencias de base y el número de entradas se eligen (limitado) de modo que solo un "1" lógico sea suficiente para crear una tensión base-emisor que supere el umbral y, como resultado, sature el transistor. Si todos los voltajes de entrada son bajos ("0" lógico), el transistor se corta. La resistencia de bajada R 1 polariza el transistor al umbral de encendido / apagado apropiado. La salida se invierte ya que el voltaje colector-emisor del transistor Q 1 se toma como salida, y es alto cuando las entradas son bajas. Por lo tanto, la red resistiva analógica y la etapa de transistor analógico realizan la función lógica NOR. [3]
Puerta NOR multitransistor RTL
Las limitaciones de la puerta NOR RTL de un transistor se superan mediante la implementación RTL multitransistor. Consiste en un conjunto de interruptores de transistor conectados en paralelo accionados por las entradas lógicas (consulte la figura de la derecha). En esta configuración, las entradas están completamente separadas y el número de entradas está limitado solo por la pequeña corriente de fuga de los transistores de corte en la salida lógica "1". La misma idea se utilizó más tarde para construir puertas DCTL , ECL , algunas TTL (7450, 7460), NMOS y CMOS .
Ventajas
La principal ventaja de la tecnología RTL era que utilizaba un número mínimo de transistores. En los circuitos que utilizan componentes discretos, antes de los circuitos integrados, los transistores eran el componente más caro de producir. La producción de lógica IC temprana (como la de Fairchild en 1961) utilizó el mismo enfoque brevemente, pero rápidamente pasó a circuitos de mayor rendimiento como la lógica de diodo-transistor y luego la lógica de transistor-transistor (comenzando en 1963 en Sylvania Electric Products ), ya los transistores no eran más caros que las resistencias del circuito integrado. [5]
Limitaciones
La desventaja de RTL es su alta disipación de potencia cuando el transistor está encendido, por la corriente que fluye en el colector y las resistencias de la base. Esto requiere que se suministre más corriente y se elimine calor de los circuitos RTL. Por el contrario, los circuitos TTL con etapa de salida de " tótem " minimizan estos dos requisitos.
Otra limitación de RTL es su entrada de ventilador limitada : 3 entradas son el límite para muchos diseños de circuitos, antes de que pierda por completo la inmunidad al ruido utilizable. [ cita requerida ] Tiene un margen de ruido bajo . Lancaster dice que las puertas NOR de RTL de circuito integrado (que tienen un transistor por entrada) pueden construirse con "cualquier número razonable" de entradas lógicas, y da un ejemplo de una puerta NOR de 8 entradas. [6]
Una puerta RTL NOR de circuito integrado estándar puede conducir hasta otras 3 puertas similares. Alternativamente, tiene suficiente salida para manejar hasta 2 "búferes" RTL de circuito integrado estándar, cada uno de los cuales puede manejar hasta 25 puertas RTL NOR estándar. [6]
Acelerando RTL
Varias empresas aplicaron los siguientes métodos de aceleración para RTL discretos.
La velocidad de conmutación de transistores ha aumentado constantemente desde los primeros ordenadores transistorizados hasta el presente. El Manual de transistores de GE (7a ed., P. 181, o 3a ed., P. 97 o ediciones intermedias) recomienda ganar velocidad mediante el uso de transistores de frecuencia más alta, o condensadores, o un diodo de la base al colector ( retroalimentación negativa paralela ) para evitar la saturación. [7]
La colocación de un condensador en paralelo con cada resistencia de entrada reduce el tiempo necesario para que una etapa de conducción polarice hacia adelante la unión base-emisor de una etapa conducida. Los ingenieros y técnicos usan "RCTL" (lógica resistor-capacitor-transistor) para designar puertas equipadas con "capacitores de aceleración". Los circuitos de la computadora Lincoln Laboratory TX-0 incluían algunos RCTL. [8] Sin embargo, los métodos con condensadores no eran adecuados para circuitos integrados. [ cita requerida ]
El uso de un voltaje de suministro de colector alto y sujeción de diodos redujo el tiempo de carga de la capacitancia del cableado y la base del colector. Esta disposición requería que el diodo sujetara el colector al nivel lógico de diseño. Este método también se aplicó a DTL discreto ( lógica diodo-transistor ). [9]
Otro método que era familiar en los circuitos lógicos de dispositivos discretos usaba un diodo y una resistencia, un diodo de germanio y silicio, o tres diodos en una disposición de retroalimentación negativa. Estas redes de diodos conocidas como varias pinzas Baker redujeron el voltaje aplicado a la base cuando el colector se acercó a la saturación. Debido a que el transistor entró menos profundamente en la saturación, el transistor acumuló menos portadores de carga almacenados. Por lo tanto, se requirió menos tiempo para borrar la carga almacenada durante el apagado del transistor. [7] Se aplicó un diodo de bajo voltaje dispuesto para evitar la saturación del transistor a familias lógicas integradas mediante el uso de diodos Schottky , como en Schottky TTL .
Ver también
- NORBIT
Referencias
- ^ https://history.nasa.gov/computers/Ch2-5.html
- ^ La lógica resistor-transistor explica las puertas RTL básicas y ofrece algunos cálculos útiles
- ^ IBM, IBM (1960). Circuitos de componentes de transistores (PDF) . Manual de instrucciones de ingeniería del cliente. IBM. Formulario 223-6889 . Consultado el 4 de enero de 2010 .
La función lógica se realiza mediante la red de resistencias de entrada y la función de inversión se realiza mediante la configuración del transistor emisor común ...
- ^ Esquemas informáticos de orientación de Apolo , Dwg. No. 2005011 .
- ^ David L. Morton Jr. y Joseph Gabriel (2007). Electrónica: la historia de vida de una tecnología . Prensa JHU. ISBN 978-0-8018-8773-4.
- ^ a b Donald E. Lancaster (1969). Libro de cocina RTL . Bobbs-Merrill Co. (o Howard W Sams). ISBN 0-672-20715-X.
- ^ a b Cleary, JF (ed.) (1958-1964). Manual de transistores GE(edición tercera a séptima ed.). General Electric, Departamento de Productos Semiconductores, Syracuse, NY.CS1 maint: texto adicional: lista de autores ( enlace )
- ^ Fadiman, JR (1956). Circuito informático TX0 (PDF) . Laboratorio Lincoln del MIT . Consultado el 9 de septiembre de 2011 .
- ^ DEC, Flip_Chip (1967). El manual de lógica digital . Corporación de Equipos Digitales . Consultado el 8 de marzo de 2008 .
Otras lecturas
- Libro de cocina RTL ; 1ª Ed; Don Lancaster ; Sams; 240 páginas; 1969; ISBN 978-0672207150 . (Archivo 3ed)