1

EMİTER KUPLAJLI LOJİK EMİTER KUPLAJLI LOJİK (Emiter Coupled Logic - (Emiter Coupled Logic -

ECL)ECL)

2

RTL, DTL ve TTL kapılarında RTL, DTL ve TTL kapılarında anahtarlama:anahtarlama:

Doyum Kesim Doyum Kesim

SonuçSonuç: Yayılma gecikmesi : Yayılma gecikmesi uzamaktadır.uzamaktadır.

ECL kapısında anahtarlama: ECL kapısında anahtarlama:

Aktif bölge Kesim Aktif bölge Kesim

SonuçSonuç: Yayılma gecikmesi : Yayılma gecikmesi azalmaktadır.azalmaktadır.

ANAHTARLAMA HIZIANAHTARLAMA HIZI

3

Kesim ve aktif bölge arasında anahtarlamaKesim ve aktif bölge arasında anahtarlama

VVRR : : sabit bir referans voltajı, sabit bir referans voltajı, VVİİ : : giriş voltajı.giriş voltajı.

Vİ, VR ‘den yeterince küçük olduğunda;; TT1 1 kesimde kesimde Akım TAkım T2 2 üzerinden akar. üzerinden akar.

Vİ = VR olduğunda;;iki transistörün akımları eşit iki transistörün akımları eşit olacaktır. olacaktır.

Fark kuvvetlendiricisi

4

Emiter gerilimi (VEmiter gerilimi (VEE) yükselecek, ) yükselecek, TT22 kesime gidecek, kesime gidecek, TT11 aktif bölgede çalışmaya aktif bölgede çalışmaya

başlayacaktır. başlayacaktır.

Yani VYani Vİİ ‘deki değişim, akımı ‘deki değişim, akımı transistörlerin birinden diğerine transistörlerin birinden diğerine anahtarlayacaktır. anahtarlayacaktır.

Anahtarlama esnasında RAnahtarlama esnasında REE ‘de akan ‘de akan toplam akımdaki değişim %2 ‘den toplam akımdaki değişim %2 ‘den daha azdır.daha azdır.

Fark kuvvetlendiricisi

Kesim ve aktif bölge arasında anahtarlamaKesim ve aktif bölge arasında anahtarlama

Vİ yükseltilmeye başlandığında;

VVEE = V = Vİİ - V - VBE1BE1

VVBE1BE1, sabit, sabitolduğundan dolayıolduğundan dolayı

5

ECL KAPISIECL KAPISI

Piyasada çok çeşitli ECL Piyasada çok çeşitli ECL kapıları bulunmaktadır.kapıları bulunmaktadır.

Bunlardan direnç değeri Bunlardan direnç değeri yüksek olanlarda, güç yüksek olanlarda, güç harcaması az olur fakat hızları harcaması az olur fakat hızları düşük olur. düşük olur.

Direnç değeri düşük olanlarda, Direnç değeri düşük olanlarda, güç harcaması artarken hızları güç harcaması artarken hızları da artmaktadır. da artmaktadır.

ECL kapıları NOR veya OR ECL kapıları NOR veya OR olarak çalıştırılmaktadır.olarak çalıştırılmaktadır.

Bir ECL Kapısı

6

Bir ECL transistörü için oda sıcaklığında Bir ECL transistörü için oda sıcaklığında Beyz-Beyz-Emiter voltajı;Emiter voltajı;

VV = 0.70V Eşik = 0.70V Eşik

VVBEBE = V = VBEABEA = 0.75V Aktif bölge = 0.75V Aktif bölge

VV = 0.80V Doyum. = 0.80V Doyum.

ECL TRANSİSTÖR VOLTAJLARIECL TRANSİSTÖR VOLTAJLARI

7

VVİİ yeterince yüksek olursa yeterince yüksek olursa; ; TT11 iletimde, T iletimde, T22 kesimde kesimde olacaktır. olacaktır. VVC2C2 = V = VB4B4 = 0V = 0V

TT44 ‘ün Beyz-emiter jonksiyonu ‘ün Beyz-emiter jonksiyonu ise;ise; VV0202 = -0.75V = -0.75V

TT44 ‘ün emiter akımı ise : ‘ün emiter akımı ise : IIE4E4

IV V

mAEBE E

K K44

1 5

0 75 5 2

1 53

.

. .

.

OR Çıkışı

ECL Kapısı

((Lojik 1Lojik 1))

8

hhFEFE = 100 alınırsa, = 100 alınırsa, TT44 ‘ün beyz akımı = I ‘ün beyz akımı = IB4B4

Bu beyz akımı 300 Bu beyz akımı 300 ‘luk R ‘luk RC2C2 direnci üzerinden akar ve direnci üzerinden akar ve üzerinde bir gerilim düşümü meydana getirir.üzerinde bir gerilim düşümü meydana getirir.

VRC2 = IB4 * RC2 = 300 * ( -0.03)mA - 0.01 V.

mAmA

h

II

FE

EB 03.0

101

3

14

4

OR Çıkışı

9

Şekil’de;Şekil’de;

VV0202 -0.76 -0.76 Volt olduğu Volt olduğu görülmektedir.görülmektedir.

Kapının transfer karakteristiği

OR Çıkışı

10

VVİİ azaltılarak azaltılarak;;

TT11 kesime ve T kesime ve T22 aktif bölgeye girer aktif bölgeye girer

ECL Kapısı

IV V

mAEE EE

( )

Re

. .

..

1925 5 2

1182 78

VVEE = V = VRR - V - VBEABEA (T2)(T2) = -1.175 - 0.75 = - 1. 925 V = -1.175 - 0.75 = - 1. 925 V

OR Çıkışı

11

Beyz akımı ihmal edilirse, IBeyz akımı ihmal edilirse, IEE emiter emiter akımı, Rakımı, RC2C2 üzerinden akan akıma üzerinden akan akıma eşittir. eşittir.

VVC2C2 = V = VB4 B4 = - R= - RC2C2 * I * IEE = - 300 . (2.78)=- = - 300 . (2.78)=- 0.83V.0.83V.

Kapı çıkış voltajı; VKapı çıkış voltajı; V0202 ; ;

VV0202 = V = VB4B4 - V - VBEABEA (T4)(T4) = - 0. 83 - 0. 75 = - = - 0. 83 - 0. 75 = - 1.58 V.1.58 V.

(Lojik 1 durumunda; V(Lojik 1 durumunda; V0202 = -0.76 V idi.) = -0.76 V idi.)

ECL Kapısı

((Lojik 0Lojik 0))

OR Çıkışı

12

IE ‘deki değişimin % 2 ‘den daha azdır ;

TT1 1 kesimdeyse emiter akımının tamamı kesimdeyse emiter akımının tamamı TT22 üzerinden akar. üzerinden akar.

TT22 kesimdeyse Emiter akımının tamamı kesimdeyse Emiter akımının tamamı TT11 üzerinden akar. üzerinden akar.

TT11 ‘in kesimden iletime geçtiği noktada ‘in kesimden iletime geçtiği noktada emiter voltajındaki toplam değişim ; emiter voltajındaki toplam değişim ;

VVEE = 50mV. ‘tur. = 50mV. ‘tur.

13

IE ‘deki değişimin % 2 ‘den daha azdır ;

TT22 ‘nin beyz voltajı ; (Vref) sabit ‘nin beyz voltajı ; (Vref) sabit

olduğundan, bu olduğundan, bu VVEE değişimi T değişimi T22 ‘yi aktif ‘yi aktif

bölgeden kesime taşımak için 0.75V ‘tan bölgeden kesime taşımak için 0.75V ‘tan

0.70 Volta kadar olan değişimdir. 0.70 Volta kadar olan değişimdir.

Emiter akımındaki değişim ;Emiter akımındaki değişim ;

IVE

E K

Re

.

.. *

50 10

1 1842 37 10

36

5.1%10*78.2

10*37.423

6

E

E

I

I

Denklem (5.4) ‘den IDenklem (5.4) ‘den IEE = 2.78mA. bulunmuştu. Buradan ; = 2.78mA. bulunmuştu. Buradan ;

SonuçSonuç ; ; Bu nispi değer o kadar küçüktür ki I Bu nispi değer o kadar küçüktür ki IEE sabit kabul edildiği zaman sabit kabul edildiği zaman

kadar bir hata yapılmamış olur.kadar bir hata yapılmamış olur.

14

VVİİ yeterince küçük yeterince küçük olduğunda;olduğunda;Çıkış voltajıÇıkış voltajı V V0101;;V01 = -VBEA ( T3) - IB3 . RC1

VV0101 = - 0.75 - 0.01 = - 0.76 V. = - 0.75 - 0.01 = - 0.76 V. Bu değer, OR kapısındaki ile aynıdır.

( Lojik 1 seviyesi için.)

VVİİ artırıldığı zaman; artırıldığı zaman;IIC1C1 artacak, artacak,VV0101 çıkışı düşmeye başlayacak, çıkışı düşmeye başlayacak, TT22 kesime gidecektir. kesime gidecektir.

ECL Kapısı

NOR Çıkışı

RRC1C1 ve R ve RC2C2 arasındaki fark ihmal edilirse, OR ve NOR kapıları için çıkış arasındaki fark ihmal edilirse, OR ve NOR kapıları için çıkış voltajları aynıdır.voltajları aynıdır.

15

VVC1C1 ve ve VVEE değerlerini bulalım; değerlerini bulalım; Bir transistör tam doyum bölgesine giriyorken, VBir transistör tam doyum bölgesine giriyorken, VCECE = 0.3 Volttur. = 0.3 Volttur.

VV0101 voltajı ve bununla ilgili giriş voltajı ise; voltajı ve bununla ilgili giriş voltajı ise;

V01 = VC1 - VBE3 (T3 aktif ) = - 0.97 - 0.75 = -1.72 V.

Vİ = VE + V (T1 doyum) = -1.27 + 0.8 = - 0.47 V

VRR

VVRIV C

C

CEECC 97.0*

Re* 1

1

11

VE = VC1 - VCE = - 0.97 - 0.3 = -1.27V

((Lojik 0Lojik 0))

16

FAN OUT - FAN OUT - (ECL) (ECL)

Bir kapının çıkışı Lojik 0 ‘da olduğu zaman sürülen kapı giriş Bir kapının çıkışı Lojik 0 ‘da olduğu zaman sürülen kapı giriş akımı ihtiyacı duymaz. akımı ihtiyacı duymaz.

Seviye Lojik 1 olduğu zaman giriş akımı gereklidir ve izin verilen Seviye Lojik 1 olduğu zaman giriş akımı gereklidir ve izin verilen Fan-out sorusunun cevaplanması gerekir.Fan-out sorusunun cevaplanması gerekir.

17

Örnek 1Örnek 1 Şekil 2’deki kapının VŞekil 2’deki kapının V02 02 çıkışı, çıkışı,

Şekil 4’te görüldüğü gibi N adet Şekil 4’te görüldüğü gibi N adet bezer kapıya fan-out bezer kapıya fan-out sağlamaktadır. sağlamaktadır. Gürültü aralığı 0.3 olduğuna göre Gürültü aralığı 0.3 olduğuna göre oda sıcaklığındaki N sayısını oda sıcaklığındaki N sayısını bulunuz.bulunuz.Çözüm için aşağıdaki en kötü Çözüm için aşağıdaki en kötü durum şartlarını kabul ediniz. durum şartlarını kabul ediniz.

VVİİ = V = V0202 =1.1V. =1.1V.

** Sürücü katındaki dirençler tipik Sürücü katındaki dirençler tipik Rc2 değerinden %20 daha Rc2 değerinden %20 daha yüksektir, yüksektir, Rc2 = 300.(1.2) = 360, Rc2 = 300.(1.2) = 360, Emiter direnci = 1,5.(1,2)= 1.8kEmiter direnci = 1,5.(1,2)= 1.8k

• Sürülen katların dirençleri tipik Sürülen katların dirençleri tipik

Re’ den %20 daha düşüktür. Re’ den %20 daha düşüktür. • Re = 1,8k . (0.8) = 940Re = 1,8k . (0.8) = 940** Kaynak voltajı %10 daha yüksektir. Kaynak voltajı %10 daha yüksektir.

VVEEEE = 5,1.(1,2) =5,7V = 5,1.(1,2) =5,7V** hhFEFE = 40 = 40

Şekil 4. Fan-Out hesabı

Şekil 2. Bir ECL Kapısı

18

EMİTER KUPLAJLI LOJİK - (ECL)EMİTER KUPLAJLI LOJİK - (ECL)Çözüm Çözüm

VVİİ = V = V0202 =1.1V. =1.1V. Eğer gürültü aralığı 0.3V ise, Eğer gürültü aralığı 0.3V ise, VVİİ = V = V0202 =-1.1V + 0.3V = -0.8V’ a =-1.1V + 0.3V = -0.8V’ a ihtiyaç vardır. ihtiyaç vardır. Farz edelim ki; VFarz edelim ki; VBEABEA = 0.75V = 0.75V VE = Vi-V = Vi-VBEABEA = -0.8 - 0.75 = -1.55V, = -0.8 - 0.75 = -1.55V,IE = V = VEE – V – VEEEE/Re = [-1.55 – (- 5.7)]/940/Re = [-1.55 – (- 5.7)]/940Ii = I = IEE/(1+h/(1+hFEFE) = 4.4/41 = 107μA ) = 4.4/41 = 107μA bulunur.bulunur.

Sürücü katına dönüldüğünde ;VVB4B4 = V = V0202 + 0.75 = -0.8 + 0.75 = - + 0.75 = -0.8 + 0.75 = - 0.05V0.05VIIB4B4 = V = VB4B4/R/RC2C2 = 139μA = 139μA IIE4E4 = (1+ h = (1+ hFEFE) . I) . IB4B4 =41.(139) = 5.7mA =41.(139) = 5.7mAII44 = [-0.8 - (- 5.7)]/1.8 = 2.7mA = [-0.8 - (- 5.7)]/1.8 = 2.7mAIo = IIo = IE4E4 – I4 = 5.7 – 2.7 = 3 mA – I4 = 5.7 – 2.7 = 3 mAFan – out;Fan – out; N = Io/Ii = 3000/107 = 28 N = Io/Ii = 3000/107 = 28

Fan-Out

19

EMİTER KUPLAJLI LOJİK - (ECL)EMİTER KUPLAJLI LOJİK - (ECL)

Eğer 1’ in 0.1 V’ a düşmesine izin verilirse, biraz evvel ki örnekte de Eğer 1’ in 0.1 V’ a düşmesine izin verilirse, biraz evvel ki örnekte de doğrulanabileceği gibi, N yaklaşık olarak 250 olur. doğrulanabileceği gibi, N yaklaşık olarak 250 olur.

Her ilave yükleme kapısı, yük kapasitansını artırdığından, hız; fan – Her ilave yükleme kapısı, yük kapasitansını artırdığından, hız; fan – out’un artışından olumsuz etkilenir. out’un artışından olumsuz etkilenir.

Şekil 4. Fan-Out hesabı

20

SICAKLIK KOMPANSELİ KUTUPLAMA KAYNAĞISICAKLIK KOMPANSELİ KUTUPLAMA KAYNAĞI

Diğer kapılarda olduğu gibi ECL kapılarında da transfer ve diğer Diğer kapılarda olduğu gibi ECL kapılarında da transfer ve diğer karakteristikleri sıcaklığa bağımlıdır.karakteristikleri sıcaklığa bağımlıdır.

Bağımlılığın temel kaynağı, Beyz-emiter arasında düşen voltajın Bağımlılığın temel kaynağı, Beyz-emiter arasında düşen voltajın sıcaklıkla değişimidir. sıcaklıkla değişimidir.

21

Sıcaklık T = 25 Sıcaklık T = 25 C olduğunda DC olduğunda D11 ve D ve D22 diyodlarının ileri yönde diyodlarının ileri yönde kutuplanmasının 0.75 V. olduğunu kabul edelim.kutuplanmasının 0.75 V. olduğunu kabul edelim.

T5 ‘in beyz voltajını hesap edelim (T (T55 ‘in beyz akımı ihmal ‘in beyz akımı ihmal edilecektir).edilecektir).

TT55 ‘in Beyz-emiter voltaj düşüşünü de 0.75V. kabul ederek ‘in Beyz-emiter voltaj düşüşünü de 0.75V. kabul ederek VVRR = V = VB5B5 - V - VBE BE = - 0.425 - 0.75 = - 1.175 V. bulunur. = - 0.425 - 0.75 = - 1.175 V. bulunur.

ECL kapıları için referans kaynak devresi

V I Rk

VB5 1

5 2 1 5

2 36 300300 0 425

*. .

.* . .

22

Diğer lojik kapılarda güç kaynağının negatif ucu topraklandığı Diğer lojik kapılarda güç kaynağının negatif ucu topraklandığı halde ECL kapısında kaynağın pozitif ucu topraklanmıştır. halde ECL kapısında kaynağın pozitif ucu topraklanmıştır.

Bu tür uygulamanın getirdiği avantajlar vardır. Bunları Bu tür uygulamanın getirdiği avantajlar vardır. Bunları inceleyelim;inceleyelim;

Şekil b‘de bütün indüklenen voltajları temsilen kaynağa seri Şekil b‘de bütün indüklenen voltajları temsilen kaynağa seri şekilde bir gürültü kaynağı ilave edilmiştir.şekilde bir gürültü kaynağı ilave edilmiştir.

NEGATİF KAYNAK VOLTAJINEGATİF KAYNAK VOLTAJI

23

Şekil b ‘den de görülebileceği gibi kaynağın iki tarafı A ve B eşit değildir. Şekil b ‘den de görülebileceği gibi kaynağın iki tarafı A ve B eşit değildir. Benzer şekilde VBenzer şekilde V00 ve V ve V’0’0 de eşit değildir. V de eşit değildir. V00 ve V ve V’0’0 voltajları gürültüyü voltajları gürültüyü değişik miktarlarda yansıtacaklardır. değişik miktarlarda yansıtacaklardır.

TT2 2 ‘nin kesimde olduğunu farz edelim. Şekil c’den ‘nin kesimde olduğunu farz edelim. Şekil c’den TT44 ‘ün kollektör - emiter arasındaki empedansı = ‘ün kollektör - emiter arasındaki empedansı =

993100

300

12

FEFE

C hh

R

VnVn

IV 0020331500

30 .**

VnVn

IV

1500*31500

1500*'0

NEGATİF KAYNAK VOLTAJINEGATİF KAYNAK VOLTAJI

24

SonuçSonuç : : V V00 ‘ın kullanılması V ‘ın kullanılması V’0 ’0 ‘nün kullanılmasından daha avantajlı ‘nün kullanılmasından daha avantajlı bulunmaktadır. bulunmaktadır.

TT44 kısadevre olma durumunda; Şekil c ‘de görüldüğü gibi, kaynak 1.5K kısadevre olma durumunda; Şekil c ‘de görüldüğü gibi, kaynak 1.5K ‘lık direnç üzerinden akan akımla korunmuş olur. ‘lık direnç üzerinden akan akımla korunmuş olur. Dolayısıyla kapı böyle bir kısa devreye karşı dayanıklı haldedir.Dolayısıyla kapı böyle bir kısa devreye karşı dayanıklı haldedir.

NEGATİF KAYNAK VOLTAJINEGATİF KAYNAK VOLTAJI

25

ECL kapıları, diğer farklı tipteki ECL kapıları, diğer farklı tipteki kapılarla birbirlerine bağlanabilir.kapılarla birbirlerine bağlanabilir.

Doymalı lojiğin ECL ‘ye çevrimiDoymalı lojiğin ECL ‘ye çevrimi : :

TT55 ile ilgili devre, sabit bir (sıcaklık ile ilgili devre, sabit bir (sıcaklık kompanzeli) referans voltajı kompanzeli) referans voltajı sağlamaktadır.sağlamaktadır.

Doymalı lojiğin ECL ‘ye çevrimi

SEVİYE ÇEVRİMİSEVİYE ÇEVRİMİ

26

ECL - doymalı lojik çevrimiECL - doymalı lojik çevrimi

Çevirme işlemi, T Çevirme işlemi, T 33 ve T ve T44 transistörlerinin transistörlerinin kollektörlerinde meydana kollektörlerinde meydana gelmektedir.gelmektedir.

DD11 diyotu, devrede üretilen diyotu, devrede üretilen herhangi bir osilasyonu herhangi bir osilasyonu (ringing) bastırmak içindir.(ringing) bastırmak içindir.

ECL - Doymalı lojik çeviricisi

27

AVANTAJLARI AVANTAJLARI Transistörler doyuma Transistörler doyuma

gitmediğinden, lojik aileler içinde gitmediğinden, lojik aileler içinde en yüksek hıza sahiptir.en yüksek hıza sahiptir.

Büyük bir Fan-out mümkündür.Büyük bir Fan-out mümkündür. Eşlenik çıkışları vardır. Eşlenik çıkışları vardır. Sıcaklık değişimlerinden Sıcaklık değişimlerinden

etkilenmeleri çok azdır.etkilenmeleri çok azdır. Hazır fonksiyon sayıları Hazır fonksiyon sayıları

yüksektir.yüksektir. Uzak mesafelere veri transferi Uzak mesafelere veri transferi

kolayca sağlanmaktadır.kolayca sağlanmaktadır.

DEZAVANTAJLARIDEZAVANTAJLARI Gürültü aralığı sadece Gürültü aralığı sadece 200mV. 200mV.

dur. dur. Diğer ailelerle ara bağlaşım için Diğer ailelerle ara bağlaşım için

seviye kaydırıcılar gerektirir.seviye kaydırıcılar gerektirir.

ECL kapısının avantaj ve dezavantajlarıECL kapısının avantaj ve dezavantajları : :

28

5. BÖLÜMÜN SONU5. BÖLÜMÜN SONU