Інтегральні схеми з інжекційним живленням

Традиційними недоліками біполярних ІС є:

· мала щільність упакування;

· висока розсіювана потужність.

Ці недоліки подолані в ІС з інжекційним живленням.

Ці схеми – насамперед логічні елементи, побудовані відповідно до принципу інжекційного живлення. Вони називаються інтегральною інжекційною логікою (ІІЛ або І²Л). застосовуються в ВІС, зокрема у мікропроцесорах (серії К 582, К584).

І²Л - елементи не мають аналогів у дискретних транзисторних схемах. За щільністю упакування вони перевищують навіть МОН-структури, а за рівнем розсіюваної потужності наближається до КМОН - структур. При цьому зберігається висока швидкодія, властива біполярним ІС.

Основою І²Л елемента є схема рис.7. 22.

Рисунок 7.22 - Елемент І²Л

Елемент являє собою структуру, що складається з двох фізично об'єднаних транзисторів: горизонтального p­n­p і вертикального n­p­n. Емітерна область p­n­p - транзистора називається інжектором і підкладається до позитивного полюса джерела живлення (+Е). Від одного інжектора можуть живитися декілька схем. Вертикальний n­p­n - транзистор має кілька колекторів, які служать вихідними виводами логічного елемента. Особливості конструкції: спільна область n – типу є водночас базою p­n­p транзистора та емітером n­p­n - транзистора і підключається до корпуса; спільна область p – типу служить колектором p­n­p - транзистора і базою n­p­n - транзистора. За такої фізичної структури не потрібна ізоляція між окремими елементами І²Л, оскільки вони мають спільну n – область. Через це досягається висока щільність упакування (10000 елементів на кристалі). Весь елемент займає площу, що дорівнює площі одного багатоемітерного транзистора. Зображений на рис. 7.22 типовий елемент І²Л – це логічний елемент НІ (ключ – інвертор).

Його електричну схему можна подати у вигляді пари комплементарних біполярних транзисторів: V2 – багато­колекторний транзистор n­p­n, основа ключа; V1 - p­n­p – транзистор, постійно відкритий, який служить у схемах І²Л джерелом струму . Цей струм створюється інжекцією дірок через ЕП p­n­p – транзистора V1. Тому емітер, який виконує функцію джерела струму, вважається інжектором, а самі елементи – логічними елементами з інжекційним живленням.

Величина Е = 1,0 - 1,5 В. Через це логічні рівні схеми малі і становлять: В; В. І²Л-елемент працює у позитивній логіці. Якщо В, то багатоколекторний транзистор V2 відкритий, струм тече в його базу, насичуючи прилад. При цьому на всіх колекторах V2 буде низький потенціал: В. Якщо ж В, то транзистор V2 закривається, і струм потече у вхідне коло. На виході І²Л-інвертора буде В – високий потенціал.

Описаний І²Л-елемент є будівельною «цеглиною» більш складних логічних елементів.