Интегрированная инжекционная логика ( IIL , I 2 L или I2L ) — это класс цифровых схем, построенных на основе биполярных транзисторов с несколькими коллекторами (BJT). [1] Когда она появилась, ее скорость была сопоставима с TTL, но при этом она была почти такой же маломощной, как CMOS , что делало ее идеальной для использования в интегральных схемах VLSI (и более крупных) . С помощью этого семейства логики затворы можно сделать меньше, чем с CMOS, поскольку комплементарные транзисторы не нужны. Хотя уровни логического напряжения очень близки (высокий: 0,7 В, низкий: 0,2 В), I2L обладает высокой помехоустойчивостью, поскольку работает по току, а не по напряжению. I2L была разработана в 1971 году Зигфридом К. Видманом и Хорстом Х. Бергером, которые изначально называли ее логикой слитых транзисторов (MTL). [2] Недостатком этого семейства логики является то, что затворы потребляют энергию, когда не переключаются, в отличие от CMOS.
Инверторный затвор I2L сконструирован с использованием транзистора источника тока с общей базой PNP и транзистора инвертора с открытым коллектором NPN с общим эмиттером (т.е. они подключены к GND). На пластине эти два транзистора объединены. Небольшое напряжение (около 1 вольта) подается на эмиттер транзистора источника тока для управления током, подаваемым на транзистор инвертора. Транзисторы используются в качестве источников тока на интегральных схемах, поскольку они намного меньше резисторов.
Поскольку инвертор имеет открытый коллектор, можно выполнить проводную операцию И , соединив выход каждого из двух или более вентилей вместе. Таким образом, разветвление выхода , используемого таким образом, равно одному. Однако можно получить дополнительные выходы, добавив больше коллекторов к транзистору инвертора. Вентили можно сконструировать очень просто, используя всего один слой соединительного металла.
В дискретной реализации схемы I2L биполярные NPN-транзисторы с несколькими коллекторами можно заменить несколькими дискретными 3-контактными NPN-транзисторами, соединенными параллельно, с соединенными вместе их базами и соединенными таким же образом их эмиттерами. Транзистор источника тока можно заменить резистором от положительного источника питания до базы транзистора инвертора, поскольку дискретные резисторы меньше и дешевле дискретных транзисторов.
Аналогично, объединенный транзистор инжектора тока PNP и транзистор инвертора NPN могут быть реализованы как отдельные дискретные компоненты.
Сердцем схемы I2L является инвертор с открытым коллектором и общим эмиттером. Обычно инвертор состоит из NPN-транзистора с эмиттером, подключенным к земле, и базой, смещенной прямым током от источника тока. Входной сигнал подается на базу либо как сток тока (низкий логический уровень), либо как плавающее состояние с высоким z (высокий логический уровень). Выход инвертора находится на коллекторе. Аналогично, это либо сток тока (низкий логический уровень), либо плавающее состояние с высоким z (высокий логический уровень).
Как и в транзисторной логике с прямой связью , между выходом (коллектором) одного NPN-транзистора и входом (базой) следующего транзистора нет резистора.
Чтобы понять, как работает инвертор, необходимо понять ток. Если ток смещения шунтирован на землю (низкий логический уровень), транзистор выключается, а коллектор висит (высокий логический уровень). Если ток смещения не шунтирован на землю, поскольку вход имеет высокий уровень z (высокий логический уровень), ток смещения протекает через транзистор к эмиттеру, включая транзистор и позволяя коллектору впитывать ток (низкий логический уровень). Поскольку выход инвертора может впитывать ток, но не может быть источником тока, можно безопасно соединить выходы нескольких инверторов вместе, чтобы сформировать проводной вентиль И. Когда выходы двух инверторов соединены вместе, результатом является двухвходовой вентиль ИЛИ-НЕ, поскольку конфигурация (НЕ A) И (НЕ B) эквивалентна НЕ (A ИЛИ B) (согласно теореме Де Моргана ). Наконец, выход вентиля ИЛИ-НЕ инвертируется инвертором IIL в правом верхнем углу диаграммы, результатом является двухвходовой вентиль ИЛИ.
Из-за внутренней паразитной емкости в транзисторах более высокие токи, подаваемые на базу транзистора инвертора, приводят к более высокой скорости переключения, а поскольку разница напряжений между высокими и низкими логическими уровнями для I2L меньше, чем у других семейств биполярной логики (около 0,5 вольт вместо около 3,3 или 5 вольт), потери из-за зарядки и разрядки паразитных емкостей сводятся к минимуму.
I2L относительно прост в построении на интегральной схеме и широко использовался до появления логики КМОП такими компаниями, как Motorola (теперь NXP Semiconductors ) [3] и Texas Instruments . В 1975 году Sinclair Radionics представила одни из первых цифровых часов потребительского класса, Black Watch , которые использовали технологию I2L. [4] В 1976 году Texas Instruments представила процессор SBP0400 , который использовал технологию I2L. В конце 1970-х годов RCA использовала I²L в своей интегральной схеме трехразрядного счетчика CA3162. В 1979 году HP представила прибор для измерения частоты на основе изготовленного HP специального чипа LSI, который использует интегрированную логику инжекции (I2L) для низкого энергопотребления и высокой плотности, что позволяет работать от портативной батареи, а также некоторые схемы эмиттерной функции логики (EFL), где требуется высокая скорость в ее HP 5315A/B. [5]