Диодно-транзисторная логика ( ДТЛ ) — класс цифровых схем , который является прямым предком транзисторно-транзисторной логики . Он называется так потому, что логические вентильные функции И и ИЛИ выполняются диодной логикой , а логическую инверсию (НЕ) и усиление (обеспечивающее восстановление сигнала) выполняет транзистор ( в отличие от RTL и TTL ).
Схема DTL, показанная на первом рисунке, состоит из трех каскадов: входного диодного логического каскада (D1, D2 и R1), каскада сдвига промежуточного уровня (R3 и R4) и выходного каскада усилителя с общим эмиттером (Q1 и R2). . Если на обоих входах A и B высокий уровень (логическая 1; рядом с V+), то диоды D1 и D2 смещены в обратном направлении. Резисторы R1 и R3 затем будут подавать достаточный ток для включения Q1 (перевести Q1 в состояние насыщения), а также подавать ток, необходимый для R4. На базе Q1 будет небольшое положительное напряжение (VBE , около 0,3 В для германия и 0,6 В для кремния). Ток коллектора включенного транзистора затем приведет к низкому уровню выхода Q (логический 0; V CE(sat) , обычно менее 1 В). Если на одном или обоих входах низкий уровень, то по крайней мере один из входных диодов проводит ток и повышает напряжение на анодах до значения менее 2 Вольт. R3 и R4 затем действуют как делитель напряжения, который делает напряжение базы Q1 отрицательным и, следовательно, отключает Q1. Ток коллектора Q1 будет практически равен нулю, поэтому R2 поднимет выходное напряжение Q на высокий уровень (логическая 1; около V+).
Вплоть до 1952 года IBM производила транзисторы путем модификации имеющихся в продаже германиевых диодов , после чего у них появился собственный завод по производству транзисторов со сплавным переходом 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 может содержать четыре двусторонних схемы, три трехсторонних или одну восьмистороннюю. Все входные и выходные сигналы были совместимы. Схемы были способны надежно коммутировать импульсы длительностью до одной микросекунды. [ нужна цитата ]
Разработчики 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, аналогичные схеме, показанной на первом рисунке. [5] IBM назвала эту логику «дополненной транзисторной диодной логикой» (CTDL). [6] CTDL избежал этапа сдвига уровня (R3 и R4) за счет чередования вентилей на основе NPN и PNP, работающих на разных напряжениях питания. В схемах на основе NPN использовались +6 В и -6 В, а транзистор переключался при напряжении, близком к -6 В, в схемах на основе PNP использовались 0 В и -12 В, а транзистор переключался при напряжении, близком к 0 В. Таким образом, например, затвор NPN, управляемый затвором PNP, будет видеть пороговое напряжение -6 В в середине диапазона от 0 В до -12 В. Аналогично для переключения затвора PNP при 0 В, управляемого диапазоном от 6 В до -6 В. В основных затворах модели 1401 использовались германиевые транзисторы и диоды. [7] В модели 1401 также добавлена катушка индуктивности последовательно с R2. [7] [8] В физической упаковке использовалась стандартная модульная система IBM .
В версии вентиля DTL на интегральной схеме R3 заменен двумя последовательно соединенными диодами, сдвигающими уровень. Также нижняя часть R4 соединена с землей, чтобы обеспечить ток смещения для диодов и путь разряда базы транзистора. Полученная интегральная схема питается от одного напряжения питания. [9] [10] [11]
В 1962 году Signetics представила семейство серии SE100, первые DTL-чипы большого объема. В 1964 году Fairchild выпустила семейство микрологик DTμL серии 930, которое имело лучшую помехоустойчивость, меньший размер кристалла и меньшую стоимость. Это было самое коммерчески успешное семейство DTL, копированное другими производителями микросхем. [12] [13]
Задержка распространения DTL относительно велика. Когда транзистор переходит в состояние насыщения, поскольку все входы имеют высокий уровень, заряд сохраняется в области базы. Когда он выходит из состояния насыщения (один вход становится низким), этот заряд необходимо удалить, и он будет доминировать во времени распространения.
Один из способов ускорить DTL — добавить небольшой «ускоряющий» конденсатор к резистору R3. Конденсатор помогает выключить транзистор, удаляя накопленный базовый заряд; Конденсатор также помогает включить транзистор за счет увеличения начального напряжения базы. [14]
Другой способ ускорить DTL — избежать насыщения переключающего транзистора. Это можно сделать с помощью зажима Бейкера . Зажим Бейкера назван в честь Ричарда Х. Бейкера, который описал его в своем техническом отчете 1956 года «Схемы переключения с максимальной эффективностью». [15]
В 1964 году Джеймс Р. Биард подал патент на транзистор Шоттки . [16] В его патенте диод Шоттки предотвращал насыщение транзистора, сводя к минимуму прямое смещение на переходе коллектор-база транзистора, тем самым уменьшая инжекцию неосновных носителей до незначительной величины. Диод также мог быть встроен в один и тот же кристалл, имел компактную компоновку, не имел накопителя заряда неосновных носителей и работал быстрее, чем обычный переходной диод. Его патент также показал, как транзистор Шоттки можно использовать в схемах DTL и повысить скорость переключения других схем с насыщенной логикой, таких как Шоттки-TTL, при небольших затратах.
Основным преимуществом по сравнению с более ранней резисторно-транзисторной логикой является увеличенный входной сигнал . Кроме того, для увеличения разветвления можно использовать дополнительный транзистор и диод. [17]