1.8 Grundlagen der Digitaltechnik

Informatik V, Kap. 8, WS 98/99
Im vertikalen pnp-Transistor bildet das Grundsubstrat den Kollektor, was für die Schaltungstechnik
ungünstig ist.
Im lateralen pnp-Transistor hat man den Kollektor "frei" verfügbar, aber weder die Geometrie noch
die Dotierungsdichten sind sehr günstig. Aus diesem Grunde existieren keine digitalen integrierten
Technologien, die komplementäre npn- und pnp-Transistoren verwenden.
8.4.2 Emitter Coupled Logic (ECL-Logik)
Die schnellste bipolare Logik ist die ECL-Logik. Abb. 8.19 zeigt das Grundgatter.
GND
U1 Uq1 Uq2 Uref
Is
Abb. 8.19: Prinzip der ECL-Logik
Vss (-5V)
Charakteristisch ist der Aufbau des ECL-Gatters mittels einer Konstantstromquelle, die mit den
Emittern der Schalttransistoren und einer negativen Versorgungsspannung verbunden ist . Es fließt
also kontinuierlich ein Strom durch die Schaltung, der über die Eingangsspannungen U1 und Uref
zwischen den beiden Zweigen der Schaltung hin und her geschaltet werden kann.
Keiner der Transistoren erreicht dabei den Zustand der Sättigung. Auf diese Weise erhält man
schnelle Schaltungen, die allerdings eine hohe Verlustleistung aufweisen. Die Ausgangsspannung
wird an den Kollektor-Anschlüssen der Transistoren abgenommen. Während einer der beiden
Transistoren durch ein Signal angesteuert wird, verbindet man den Eingang des zweiten parallelen
Transistors mit einer auf dem Chip erzeugten Referenzspannung (Uref). Es stehen jeweils 2
zueinander invertierte Ausgangssignale (Uq1, Uq2) zur Verfügung. Sie sind allerdings in dieser
vereinfachten Schaltung noch nicht zur Ansteuerung nachfolgender Gatter geeignet.
Die ECL-Logik verwendet eine negative Versorgungsspannung (-5 V) und ist deshalb mit anderen
Logiken (CMOS, TTL) nicht direkt kombinierbar. Der externe Spannungshub bei ECL-Bausteinen
beträgt etwa 0,8 V, der innere Hub nur 0,4 V.
Sollen ECL.-Bausteine auf einer Platine mit CMOS- oder TTL-ICs kombiniert werden, so sind
spezielle Wandler-Bausteine notwendig. Auf Platinen, die sowohl ECL- als auch TTL- und / oder
MOS-ICs besitzen, wird man jeweils neben dem Masse-Anschluß Versorgungsspannungen von + 5V
und - 5 V bereitstellen müssen.
ECL-Bausteine können auf Platinen direkt Verbindungsleitungen mit einem Wellenwiderstand von
50 Ohm treiben (ganz im Gegensatz zu CMOS!)
Ein realistisches ECL-Grundgatter zeigt Abb. 8.20.
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