Диодно-транзисторная логика ( DTL ) — класс цифровых схем , являющийся прямым предком транзисторно-транзисторной логики . Она так называется потому, что логические функции И и ИЛИ выполняет диодная логика , тогда как логическое инвертирование (НЕ) и усиление (обеспечивающее восстановление сигнала) выполняет транзистор (в отличие от резисторно-транзисторной логики (RTL) и транзисторно-транзисторной логики (TTL).
Схема DTL, показанная на первом рисунке, состоит из трех каскадов: входной диодный логический каскад (D1, D2 и R1), промежуточный каскад сдвига уровня (R3 и R4) и выходной каскад усилителя с общим эмиттером (Q1 и R2). Если оба входа A и B имеют высокий уровень (логическая 1; около V+), то диоды D1 и D2 имеют обратное смещение. Резисторы R1 и R3 затем будут подавать достаточный ток для включения Q1 (перевода Q1 в насыщение), а также ток, необходимый для R4. На базе Q1 будет небольшое положительное напряжение (V BE , около 0,3 В для германия и 0,6 В для кремния). Затем ток коллектора включенного транзистора понизит выход Q (логический 0; V CE(sat) , обычно менее 1 вольта). Если один или оба входа имеют низкий уровень, то по крайней мере один из входных диодов проводит ток и подтягивает напряжение на анодах до значения менее 2 вольт. Затем R3 и R4 действуют как делитель напряжения, который делает базовое напряжение Q1 отрицательным и, следовательно, выключает Q1. Коллекторный ток Q1 будет по существу равен нулю, поэтому R2 подтянет выходное напряжение Q к высокому уровню (логическая 1; около V+).
Вплоть до 1952 года IBM производила транзисторы, модифицируя готовые германиевые диоды , после чего у них появился собственный завод по производству транзисторов с переходом из сплава в Покипси . [2] [3] В середине 1950-х годов диодная логика использовалась в IBM 608 , который был первым в мире полностью транзисторным компьютером. Одна карта могла содержать четыре двухканальных схемы или три трехканальных или одну восьмиканальную. Все входные и выходные сигналы были совместимы. Схемы были способны надежно коммутировать импульсы длительностью до одной микросекунды. [ необходима цитата ]
Конструкторы компьютера наведения D-17B 1962 года максимально использовали диодно-резисторную логику, чтобы минимизировать количество используемых транзисторов.
IBM 1401 (анонсированный в 1959 году [4] ) использовал схемы DTL, похожие на схему, показанную на первой картинке. [5] IBM назвала логику «дополняемой транзисторно-диодной логикой» (CTDL). [6] CTDL избегала этапа сдвига уровня (R3 и R4) путем чередования вентилей на основе NPN и PNP, работающих от разных напряжений источника питания. Схемы на основе NPN использовали +6 В и -6 В, а транзистор переключался при напряжении, близком к -6 В, схемы на основе PNP использовали 0 В и -12 В, а транзистор переключался при напряжении, близком к 0 В. Таким образом, например, вентиль NPN, управляемый вентилем PNP, будет видеть пороговое напряжение -6 В в середине диапазона от 0 В до -12 В. Аналогично для вентиля PNP, переключающегося при 0 В, управляемого диапазоном от 6 В до -6 В. 1401 использовал германиевые транзисторы и диоды в своих основных вентилях. [7] В модели 1401 также добавлен индуктор последовательно с R2. [7] [8] Физическая упаковка использовала стандартную модульную систему IBM .
В интегральной схеме версии DTL-затвора R3 заменен двумя диодами сдвига уровня, соединенными последовательно. Также нижняя часть R4 подключена к земле для обеспечения тока смещения для диодов и пути разряда для базы транзистора. Полученная интегральная схема работает от одного напряжения питания. [9] [10] [11]
В 1962 году Signetics представила семейство серии SE100, первые чипы DTL большого объема. В 1964 году Fairchild выпустила семейство DTμL micrologic серии 930, которое имело лучшую помехоустойчивость, меньший кристалл и более низкую стоимость. Это было самое коммерчески успешное семейство DTL, и его скопировали другие производители ИС. [12] [13]
Задержка распространения DTL относительно велика. Когда транзистор переходит в насыщение, когда все входы находятся на высоком уровне, заряд сохраняется в базовой области. Когда он выходит из насыщения (один вход становится низким), этот заряд должен быть удален и будет доминировать во времени распространения.
Один из способов ускорить DTL — добавить небольшой «ускоряющий» конденсатор параллельно R3. Конденсатор помогает выключить транзистор, удаляя накопленный базовый заряд; конденсатор также помогает включить транзистор, увеличивая начальный базовый привод. [14]
Другой способ ускорить DTL — избежать насыщения транзистора переключения. Это можно сделать с помощью зажима Бейкера . Зажим Бейкера назван в честь Ричарда Х. Бейкера, который описал его в своем техническом отчете 1956 года «Максимальная эффективность коммутационных цепей». [15]
В 1964 году Джеймс Р. Биард подал патент на транзистор Шоттки . [16] В его патенте диод Шоттки предотвращал насыщение транзистора путем минимизации прямого смещения на переходе коллектор-база транзистора, тем самым уменьшая инжекцию неосновных носителей до незначительного количества. Диод также мог быть интегрирован на том же кристалле, имел компактную компоновку, не имел накопления заряда неосновных носителей и был быстрее обычного диода. Его патент также показал, как транзистор Шоттки можно использовать в схемах DTL и улучшить скорость переключения других насыщенных логических схем, таких как Schottky-TTL, при низкой стоимости.
Главным преимуществом по сравнению с более ранней логикой резистор-транзистор является увеличение fan-in . Кроме того, для увеличения fan-out можно использовать дополнительный транзистор и диод. [17]