(ECL)

EMİTER KUPLAJLI LOJİK
(Emiter Coupled Logic - ECL)
1
ANAHTARLAMA HIZI

RTL, DTL ve TTL kapılarında anahtarlama:
Doyum
Kesim
Sonuç: Yayılma gecikmesi uzamaktadır.

ECL kapısında anahtarlama:
Aktif bölge
Kesim
Sonuç: Yayılma gecikmesi azalmaktadır.
2
Kesim ve aktif bölge arasında anahtarlama
VR : sabit bir referans voltajı,
Vİ : giriş voltajı.
Vİ, VR ‘den yeterince küçük olduğunda;
T1 kesimde
Akım T2 üzerinden akar.
Vİ = VR olduğunda;
iki transistörün akımları eşit olacaktır.
Fark kuvvetlendiricisi
3
Kesim ve aktif bölge arasında anahtarlama
Vİ yükseltilmeye başlandığında;
VE = Vİ - VBE1
VBE1, sabit



olduğundan dolayı
Emiter gerilimi (VE) yükselecek,
T2 kesime gidecek,
T1 aktif bölgede çalışmaya başlayacaktır.
Yani Vİ ‘deki değişim, akımı transistörlerin
birinden diğerine anahtarlayacaktır.
Anahtarlama esnasında RE ‘de akan
toplam akımdaki değişim %2 ‘den daha
azdır.
Fark kuvvetlendiricisi
4
ECL KAPISI

Piyasada çok çeşitli ECL kapıları
bulunmaktadır.

Bunlardan direnç değeri yüksek olanlarda,
güç harcaması az olur fakat hızları düşük
olur.

Direnç değeri düşük olanlarda, güç
harcaması artarken hızları da artmaktadır.

ECL kapıları NOR veya OR olarak
çalıştırılmaktadır.
Bir ECL Kapısı
5
ECL TRANSİSTÖR VOLTAJLARI

Bir ECL transistörü için oda sıcaklığında Beyz-Emiter voltajı;
V = 0.70V
Eşik
VBE = VBEA = 0.75V
V = 0.80V
Aktif bölge
Doyum.
6
OR Çıkışı

Vİ yeterince yüksek olursa;
T1 iletimde, T2 kesimde olacaktır.
VC2 = VB4 = 0V
T4 ‘ün Beyz-emiter jonksiyonu ise;
V02 = -0.75V

(Lojik 1)
T4 ‘ün emiter akımı ise : IE4
IE4 
ECL Kapısı
 VBE 4  VE  0.75  5 .2

 3 mA
K
K
1 .5
1 .5
7
OR Çıkışı

hFE = 100 alınırsa,
T4 ‘ün beyz akımı = IB4
I
3mA
I B4  E 4 
 0.03mA
1  hFE 101

Bu beyz akımı 300  ‘luk RC2 direnci üzerinden akar ve üzerinde bir
gerilim düşümü meydana getirir.
VRC2 = IB4 * RC2 = 300 * ( -0.03)mA  - 0.01 V.
8
OR Çıkışı
Şekil’de;
V02  -0.76 Volt olduğu görülmektedir.
Kapının transfer karakteristiği
9
OR Çıkışı

Vİ azaltılarak;
T1 kesime ve T2 aktif bölgeye girer
VE = VR - VBEA (T2) = -1.175 - 0.75 = - 1. 925 V
IE 
ECL Kapısı
VE  ( V EE )  1925
.  5.2

 2.78 mA
Re
118
.
10
OR Çıkışı

Beyz akımı ihmal edilirse, IE emiter akımı, RC2
üzerinden akan akıma eşittir.
VC2 = VB4 = - RC2 * IE = - 300 . (2.78)=- 0.83V.

Kapı çıkış voltajı; V02 ;
V02 = VB4 - VBEA (T4) = - 0. 83 - 0. 75 = - 1.58 V.
ECL Kapısı
(Lojik 0)
(Lojik 1 durumunda; V02 = -0.76 V idi.)
11
IE ‘deki değişimin % 2 ‘den daha azdır ;

T1 kesimdeyse emiter akımının tamamı T2 üzerinden
akar.

T2 kesimdeyse Emiter akımının tamamı T1 üzerinden
akar.

T1 ‘in kesimden iletime geçtiği noktada emiter
voltajındaki toplam değişim ;
VE = 50mV. ‘tur.
12
IE ‘deki değişimin % 2 ‘den daha azdır ;

T2 ‘nin beyz voltajı ; (Vref) sabit olduğundan, bu
VE değişimi T2 ‘yi aktif bölgeden kesime taşımak
için 0.75V ‘tan 0.70 Volta kadar olan değişimdir.

Emiter akımındaki değişim ;
 VE 50 . 103
6
 IE 


42
.
37
*
10
Re
1 .18K

Denklem (5.4) ‘den IE = 2.78mA. bulunmuştu. Buradan ;
Sonuç ; Bu nispi değer o kadar küçüktür ki IE sabit kabul edildiği zaman
I E 42 .37 *10 6

 %1.5
3
IE
2.78 *10
kadar bir hata yapılmamış olur.
13
NOR Çıkışı
RC1 ve RC2 arasındaki fark ihmal edilirse, OR ve NOR kapıları için çıkış voltajları aynıdır.

Vİ yeterince küçük olduğunda;
Çıkış voltajı V01;
V01 = -VBEA ( T3) - IB3 . RC1
V01 = - 0.75 - 0.01 = - 0.76 V.
Bu değer, OR kapısındaki ile aynıdır.
( Lojik 1 seviyesi için.)

Vİ artırıldığı zaman;
IC1 artacak,
V01 çıkışı düşmeye başlayacak,
T2 kesime gidecektir.
ECL Kapısı
14

VC1 ve VE değerlerini bulalım;
Bir transistör tam doyum bölgesine giriyorken, VCE = 0.3 Volttur.
VC1  I*RC1  
VE  VCE
*RC1  0.97V
RC1  Re
VE = VC1 - VCE = - 0.97 - 0.3 = -1.27V
V01 voltajı ve bununla ilgili giriş voltajı ise;
V01 = VC1 - VBE3 (T3 aktif ) = - 0.97 - 0.75 = -1.72 V.
(Lojik 0)
Vİ = VE + V (T1 doyum) = -1.27 + 0.8 = - 0.47 V
15
FAN OUT - (ECL)

Bir kapının çıkışı Lojik 0 ‘da olduğu zaman sürülen kapı giriş akımı ihtiyacı duymaz.

Seviye Lojik 1 olduğu zaman giriş akımı gereklidir ve izin verilen Fan-out sorusunun
cevaplanması gerekir.
16

Örnek 1
Şekil 2’deki kapının V02 çıkışı, Şekil 4’te
görüldüğü gibi N adet bezer kapıya fanout sağlamaktadır.
Gürültü aralığı 0.3 olduğuna göre oda
sıcaklığındaki N sayısını bulunuz.
Çözüm için aşağıdaki en kötü durum
şartlarını kabul ediniz.
Vİ = V02 =1.1V.
*
Sürücü katındaki dirençler tipik Rc2
değerinden %20 daha yüksektir,
Rc2 = 300.(1.2) = 360,
Emiter direnci = 1,5.(1,2)= 1.8k
•
Sürülen katların dirençleri tipik Re’ den
%20 daha düşüktür.
Re = 1,8k . (0.8) = 940
Kaynak voltajı %10 daha yüksektir.
VEE = 5,1.(1,2) =5,7V
hFE = 40
•
*
*

Şekil 2. Bir ECL Kapısı
Şekil 4. Fan-Out hesabı 17
EMİTER KUPLAJLI LOJİK - (ECL)
Çözüm
Vİ = V02 =1.1V.
Eğer gürültü aralığı 0.3V ise,
Vİ = V02 =-1.1V + 0.3V = -0.8V’ a ihtiyaç vardır.
Farz edelim ki; VBEA = 0.75V
VE = Vi-VBEA = -0.8 - 0.75 = -1.55V,
IE = VE – VEE/Re = [-1.55 – (- 5.7)]/940
Ii = IE/(1+hFE) = 4.4/41 = 107μA bulunur.
Sürücü katına dönüldüğünde ;
VB4 = V02 + 0.75 = -0.8 + 0.75 = - 0.05V
IB4 = VB4/RC2 = 139μA
IE4 = (1+ hFE) . IB4 =41.(139) = 5.7mA
I4 = [-0.8 - (- 5.7)]/1.8 = 2.7mA
Io = IE4 – I4 = 5.7 – 2.7 = 3 mA
Fan – out; N = Io/Ii = 3000/107 = 28
Fan-Out
18
EMİTER KUPLAJLI LOJİK - (ECL)
Şekil 4. Fan-Out hesabı


Eğer 1’ in 0.1 V’ a düşmesine izin verilirse, biraz evvel ki örnekte de doğrulanabileceği gibi,
N yaklaşık olarak 250 olur.
Her ilave yükleme kapısı, yük kapasitansını artırdığından, hız; fan – out’un artışından olumsuz
etkilenir.
19
SICAKLIK KOMPANSELİ KUTUPLAMA KAYNAĞI

Diğer kapılarda olduğu gibi ECL kapılarında da transfer ve diğer karakteristikleri
sıcaklığa bağımlıdır.

Bağımlılığın temel kaynağı, Beyz-emiter arasında düşen voltajın sıcaklıkla değişimidir.
20
ECL kapıları için referans kaynak devresi

Sıcaklık T = 25 C olduğunda D1 ve D2 diyodlarının ileri yönde kutuplanmasının 0.75
V. olduğunu kabul edelim.
T5 ‘in beyz voltajını hesap edelim (T5 ‘in beyz akımı ihmal edilecektir).
VB5   I * R1 

5 .2  1 .5
2 .36k  300 
* 300    0. 425 V.
T5 ‘in Beyz-emiter voltaj düşüşünü de 0.75V. kabul ederek
VR = VB5 - VBE = - 0.425 - 0.75 = - 1.175 V. bulunur.
21
NEGATİF KAYNAK VOLTAJI



Diğer lojik kapılarda güç kaynağının negatif ucu topraklandığı halde ECL kapısında
kaynağın pozitif ucu topraklanmıştır.
Bu tür uygulamanın getirdiği avantajlar vardır. Bunları inceleyelim;
Şekil b‘de bütün indüklenen voltajları temsilen kaynağa seri şekilde bir gürültü kaynağı
ilave edilmiştir.
22
NEGATİF KAYNAK VOLTAJI

Şekil b ‘den de görülebileceği gibi kaynağın iki tarafı A ve B eşit değildir. Benzer şekilde V 0 ve
V’0 de eşit değildir. V0 ve V’0 voltajları gürültüyü değişik miktarlarda yansıtacaklardır.
T2 ‘nin kesimde olduğunu farz edelim. Şekil c’den
T4 ‘ün kollektör - emiter arasındaki empedansı =
Vn
V0  I * 3
*3  0.002Vn
1500  3
R C2
300

 3
1  h FE 100
V '0  I *1500 
h FE  99 
Vn
*1500 Vn
1500  3
23
NEGATİF KAYNAK VOLTAJI
Sonuç : V0 ‘ın kullanılması V’0 ‘nün kullanılmasından daha avantajlı bulunmaktadır.

T4 kısadevre olma durumunda; Şekil c ‘de görüldüğü gibi, kaynak 1.5K ‘lık direnç
üzerinden akan akımla korunmuş olur.
Dolayısıyla kapı böyle bir kısa devreye karşı dayanıklı haldedir.
24
SEVİYE ÇEVRİMİ

ECL kapıları, diğer farklı tipteki kapılarla
birbirlerine bağlanabilir.
Doymalı lojiğin ECL ‘ye çevrimi :
T5 ile ilgili devre, sabit bir (sıcaklık
kompanzeli) referans voltajı sağlamaktadır.
Doymalı lojiğin ECL ‘ye çevrimi
25
ECL - doymalı lojik çevrimi

Çevirme işlemi, T 3 ve T4
transistörlerinin kollektörlerinde
meydana gelmektedir.

D1 diyotu, devrede üretilen herhangi
bir osilasyonu (ringing) bastırmak
içindir.
ECL - Doymalı lojik çeviricisi
26
ECL kapısının avantaj ve dezavantajları :








AVANTAJLARI
Transistörler doyuma gitmediğinden, lojik
aileler içinde en yüksek hıza sahiptir.
Büyük bir Fan-out mümkündür.
Eşlenik çıkışları vardır.
Sıcaklık değişimlerinden etkilenmeleri çok
azdır.
Hazır fonksiyon sayıları yüksektir.
Uzak mesafelere veri transferi kolayca
sağlanmaktadır.
DEZAVANTAJLARI
Gürültü aralığı sadece 200mV. dur.
Diğer ailelerle ara bağlaşım için seviye
kaydırıcılar gerektirir.
27
5. BÖLÜMÜN SONU
28