Резисторно-транзисторная логика - Resistor–transistor logic - Wikipedia

Резисторно-транзисторная логика (RTL) (иногда также транзисторно-резисторная логика (TRL)) - это класс цифровые схемы построен с использованием резисторы как входная сеть и биполярные переходные транзисторы (БЮТ) как коммутационные устройства. RTL - это самый ранний класс используемых транзисторных цифровых логических схем; другие классы включают диодно-транзисторная логика (DTL) и транзисторно-транзисторная логика (TTL). Схемы RTL были сначала построены с дискретные компоненты, но в 1961 году он стал первым цифровым логическая семья будет производиться как монолитная интегральная схема. Интегральные схемы RTL использовались в Компьютер наведения Apollo, чья разработка была начата в 1961 году и который первый полет в 1966 году.[1]

Выполнение

Инвертор RTL

Биполярный транзисторный переключатель - простейший вентиль RTL (инвертор или НЕ ворота), реализующие логическое отрицание.[2] Он состоит из каскад с общим эмиттером с базовым резистором, подключенным между базой и источником входного напряжения. Роль базового резистора заключается в расширении очень малого диапазона входного напряжения транзистора (около 0,7 В) до уровня логической «1» (около 3,5 В) путем преобразования входного напряжения в ток. Его сопротивление определяется компромиссом: оно выбирается достаточно низким, чтобы насыщать транзистор, и достаточно высоким, чтобы получить высокое входное сопротивление. Роль резистора коллектора заключается в преобразовании тока коллектора в напряжение; его сопротивление выбирается достаточно высоким, чтобы насыщать транзистор, и достаточно низким, чтобы получить низкое выходное сопротивление (высокое разветвление ).

Схема однотранзисторного затвора RTL NOR.

Однотранзисторный затвор RTL NOR

С двумя или более базовыми резисторами (R3 и R4) вместо одного инвертор становится двухвходовым RTL Ворота NOR (см. рисунок справа). Логическая операция ИЛИ ЖЕ выполняется последовательным применением двух арифметических операций добавление и сравнение (сеть входных резисторов действует как параллельный напряжение летом с равновзвешенными входами и следующим транзисторным каскадом с общим эмиттером в качестве компаратор напряжения с порогом около 0,7 В). Эквивалентное сопротивление всех резисторов, подключенных к логической «1», и эквивалентное сопротивление всех резисторов, подключенных к логическому «0», образуют две ветви составного делителя напряжения, управляющего транзистором. Сопротивления базы и количество входов выбираются (ограничиваются) таким образом, чтобы одной логической «1» было достаточно для создания напряжения база-эмиттер, превышающего пороговое значение и, как следствие, насыщения транзистора. Если все входные напряжения низкие (логический «0»), транзистор отключен. В понижающий резистор р1 смещает транзистор до соответствующего порога включения-выключения. Выход инвертирован, поскольку напряжение коллектор-эмиттер транзистора Q1 принимается как выход и имеет высокий уровень, когда входы низкие. Таким образом, аналоговая резистивная цепь и аналоговый транзисторный каскад выполняют логическую функцию ИЛИ-ИЛИ.[3]

Схема многотранзисторного затвора RTL NOR, используемого для построения Компьютер наведения Apollo[4]
Фотография чипа с двойным вентилем ИЛИ-НЕ, используемого для создания Компьютер наведения Apollo
В разобранном виде Интегральные схемы RTL NOR затвора в Компьютер наведения Apollo

Многотранзисторный вентиль RTL NOR

Ограничения однотранзисторного затвора RTL NOR преодолеваются за счет реализации многотранзисторного RTL. Он состоит из набора параллельно соединенных транзисторных ключей, управляемых логическими входами (см. Рисунок справа). В этой конфигурации входы полностью разделены, и количество входов ограничено только небольшим током утечки отсечных транзисторов на выходе логической «1». Эта же идея была использована позже при строительстве DCTL, ECL, немного TTL (7450, 7460), NMOS и CMOS ворота.

Преимущества

Основным преимуществом технологии RTL было то, что в ней использовалось минимальное количество транзисторов. В схемах, использующих дискретные компоненты, до интегральных схем транзисторы были самым дорогим компонентом в производстве. Раннее производство логики IC (например, Fairchild в 1961 году) на короткое время использовало тот же подход, но быстро перешло на схемы с более высокими характеристиками, такие как диодно-транзисторная логика а потом транзисторно-транзисторная логика (с 1963 г. Продукция Sylvania Electric ), поскольку диоды и транзисторы были не дороже резисторов в ИС.[5]

Ограничения

Недостатком RTL является его высокая мощность, рассеиваемая при включении транзистора током, протекающим через резисторы коллектора и базы. Это требует подачи большего тока и отвода тепла от цепей RTL. Напротив, схемы TTL с "тотем "выходной каскад сводит к минимуму оба этих требования.

Еще одно ограничение RTL - это ограниченный фан-ин: 3 входа являются пределом для многих схемных решений, прежде чем он полностью потеряет полезную помехозащищенность.[нужна цитата ] Имеет низкий запас шума. Ланкастер говорит, что вентили ИЛИ-НЕ на интегральных схемах (которые имеют по одному транзистору на вход) могут быть сконструированы с «любым разумным количеством» логических входов, и приводит пример вентильного ИЛИ-НЕ с 8 входами.[6]

Стандартная интегральная схема RTL NOR ворота может управлять до 3 других подобных ворот. В качестве альтернативы, он имеет достаточно выходного сигнала для управления до 2 стандартных RTL-буферов интегральных схем, каждый из которых может управлять до 25 другими стандартными вентилями RTL NOR.[6]

Ускорение RTL

Различные компании применяли следующие методы ускорения дискретного RTL.

Скорость переключения транзисторов постоянно увеличивалась с первых транзисторных компьютеров до настоящего времени. В Руководство по транзистору GE (7-е изд., С. 181, или 3-е изд., С. 97 или промежуточные издания) рекомендует набирать скорость, используя высокочастотные транзисторы, конденсаторы или диод от базы к коллектору (параллельный отрицательный отзыв ) для предотвращения насыщения.[7]

Размещение конденсатора параллельно с каждым входным резистором уменьшает время, необходимое каскаду возбуждения для смещения в прямом направлении перехода база-эмиттер управляемого каскада. Инженеры и техники используют "RCTL" (логика резистор-конденсатор-транзистор) для обозначения вентилей, оснащенных "конденсаторами ускорения". Лаборатория Линкольна Компьютер TX-0 схемы включены некоторые RCTL.[8] Однако методы с использованием конденсаторов не подходили для интегральных схем.[нужна цитата ]

Использование высокого напряжения питания коллектора и ограничения диода уменьшило время зарядки емкости коллектор-база и проводки. Такое расположение требовало диода, ограничивающего коллектор на логическом уровне проекта. Этот метод был применен и к дискретным DTL (диодно-транзисторная логика ).[9]

Другой метод, который был знаком в дискретное устройство В логических схемах использовались диод и резистор, германий и кремниевый диод или три диода с отрицательной обратной связью. Эти диодные сети известны как различные Зажимы Baker уменьшил напряжение, приложенное к базе, когда коллектор приблизился к насыщению. Поскольку транзистор менее глубоко перешел в насыщение, транзистор накапливал меньше накопленных носителей заряда. Следовательно, требуется меньше времени для сброса накопленного заряда при выключении транзистора.[7] Низковольтный диод, предназначенный для предотвращения насыщения транзистора, был применен к интегральным логическим семействам с использованием Диоды Шоттки, как у Шоттки TTL.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ https://history.nasa.gov/computers/Ch2-5.html
  2. ^ Резисторно-транзисторная логика объясняет основные ворота RTL и дает некоторые полезные вычисления
  3. ^ IBM, IBM (1960). Схемы компонентов транзисторов (PDF). Инженерное руководство заказчика. IBM. Форма 223-6889. Получено 2010-01-04. Логическая функция выполняется сетью входных резисторов, а функция инвертирования - конфигурацией транзистора с общим эмиттером ...
  4. ^ Компьютер наведения Apollo схемы, Чертеж. № 2005011.
  5. ^ Дэвид Л. Мортон-младший и Джозеф Габриэль (2007). Электроника: история жизни технологии. JHU Press. ISBN  978-0-8018-8773-4.
  6. ^ а б Дональд Э. Ланкастер (1969). Поваренная книга RTL. Bobbs-Merrill Co. (или Howard W. Sams). ISBN  0-672-20715-X.
  7. ^ а б Клири, Дж. Ф. (редактор) (1958–1964). Руководство по транзистору GE (изд. с третьего по седьмое). General Electric, Департамент полупроводниковой продукции, Сиракузы, штат Нью-Йорк.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)
  8. ^ Фадиман, Дж. Р. (1956). Компьютерная схема TX0 (PDF). Лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института. Получено 2011-09-09.
  9. ^ DEC, Flip_Chip (1967). Справочник по цифровой логике. Корпорация цифрового оборудования. Получено 2008-03-08.

дальнейшее чтение