1.2 Типы логики

Существует ряд типов логики (способов промышленного изготовления) функционально эквивалентных микросхем.

Функциональная эквивалентность базируется на неизменности исходной логической схемы цифрового прибора.

Наиболее радикально между собой различаются следующие типы логики:

1. резистивно-транзисторная логика (РТЛ) – наиболее простой вариант, где базовый переключательный элемент представлен транзистором с резисторами на входе; имеет низкое быстродействие и недостаточную помехозащищенность;

2. диодно-транзисторная логика (ДТЛ) – базовый элемент представляет собой транзистор с включенными на входе диодами; обеспечивается максимальная защита от помех;

3. транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) основана на применении биполярных транзисторов с несколькими эмиттерами, каждый из которых является самостоятельным входом.

Логика ТТЛ показала себя универсальной. Интегральные схемы, реализованные на ее основе, обладают сбалансированными техническими показателями: большой нагрузочной способностью, сравнительно высоким быстродействием и низкой потребляемой мощностью.

Существуют типы логики, созданные на основе ТТЛ:

1. транзисторная эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ) – позволяет максимально увеличить быстродействие за счет включения базового транзистора в ненасыщенном режиме; недостаток – сравнительно высокая потребляемая мощность;

2. логика с диодами Шоттки (ТТЛШ) – использует эффект Шоттки, не позволяющий базовому транзистору войти в режим насыщения, в результате чего значительно сокращается задержка переключения и снижается энергопотребление.

Биполярная микроэлектронная технология на основе эффекта Шоттки широко распространена. Немаловажную роль играет тот факт, что микросхемы ТТЛ и ТТЛШ имеют одинаковое напряжение электропитания +5В и сходные значения логических уровней, что облегчает их электрическое сопряжение.

Основные технические параметры ТТЛ и ТТЛШ приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Основные параметры отечественных серий микросхем

Параметр	133, 155	130, 131	136, 158	134	530, 531	533, 555	1531	1533
I^0вх , мА	-1.6	2.3	-0.4	-1.18	-2	-0.4	0.6	-0.2
I^1вх , мА	0.04	0.07	0.02	0.01	0.05	0.02	0.02	0.02
U^0вых , В	0.4	0.35	0.3	0.3	0.5	0.4	0.8	0.4
U^1вых , В	2.4	2.4	2.4	2.3	2.7	2.5	2.0	2.5
Kраз	10	10	10	10	10	10	30	20
t^0/1зад , нс	22	10	60	100	4.5	10	3.9	4
t^1/0зад , нс	15	10	60	100	5	10	3.8	4
Pпот, мВт	22	44	6	2	19	2	4	1
fмакс , МГц	10	30	5	3	50	15	5000	100
Uпом , В	0.4	0.4	0.4	0.35	0.5	0.7	0.8	0.8

Перспективы развития советской микроэлектроники связывались с интегрально-инжекционной логикой (И2Л), которая, не смотря на ограниченное быстродействие, могла стать альтернативой биполярным технологиям. Преимущества И2Л – высокая степень интеграции и низкое энергопотребление. С развалом СССР исследования инжекционных технологий замедлились.

Подавляющее большинство современных микросхем, в том числе, микропроцессоров и систем на кристалле, изготовляется по технологии КМОП – комплементарной логики на полярных транзисторах «металл-оксид-полупроводник» (МОП).

По сравнению с другими МОП-структурами (n-МОП, p-МОП), комплементарный базовый элемент объединяет в себе части полевых транзисторов n- и p-типа. Микросхемы КМОП обладают высоким быстродействием и сравнительно малым энергопотреблением, хотя сложнее в изготовлении.

В 2011 году по КМОП-технологии с технологическим допуском 0.28 нм была изготовлена самая «большая» в мире микросхема, состоящая из 3.9 млрд. транзисторов (фирма Altera).