Быстродействие логических

Существует также противоречие между быстродействием логических схем процессора и возможностями оперативного запоминающего устройства. Оно не решается техническим путем: увеличивается и быстродействие элементов памяти, но также увеличивается и быстродействие логических схем АУ. Разрыв продолжает сохраняться.

Из (2.8) следует, что диффузионная емкость будет тем больше, чем больше ток через р-и-переход и чем больше время жизни носителей в базе т. Емкость Сд во многом определяет быстродействие элементов полупроводниковой электроники.

Частотные области применения БИС, использующих различные базовые технические решения, иллюстрирует 21.6. Благодаря развитию технологии и схемотехники быстродействие элементов непрерывно возрастает, поэтому границы раздела указанных областей с течением времени сдвигаются в область больших рабочих частот.

Выбирая в качестве основных магнитные элементы, следует иметь в виду и их недостатки: 1) относительно низкое быстродействие элементов при тактовой частоте до 1 МГц, 2) отсутствие в настоящее время логических магнитных элементов, а в большинстве случаев и матриц для МОЗУ, выпускаемых промышленностью интегральными методами изготовления и, как следствие, большие габариты устройств преобразования, повышенный удельный вес ручных операций при изготовлении устройств. Первый недостаток для большей части производственных объектов не является опреде-

Уменьшение топологических размеров элементов приводит к улучшению электрических параметров микросхем, в частности к повышению быстродействия из-за снижения паразитных емкостей р - п переходов, увеличению крутизны полевых транзисторов и др. Однако и здесь ограничивающим фактором являются внутрисхемные соединения, задержка сигнала в которых не позволяет полностью использовать достигаемое высокое быстродействие элементов.

Основным отличительным признаком элементов ЭСЛ является использование переключателя тока, транзисторы которого работают в активном режиме. Исключение режима насыщения и связанной с ним задержки рассасывания обеспечивает более высокое быстродействие элементов ЭСЛ по сравнению с элементами ТТЛ. Схема переключателя тока приведена на 7.15. Она состоит из двух одинаковых ветвей, содержащих входной VTBX и опорный УТ„„ транзисторы, в коллекторных цепях которых включены резисторы /?„. На базу опорного-транзистора подано постоянное опорное напряжение отрицательной полярности —иоп. Заданный ток /э протекает через одну из ветвей схемы в зависимости от напряжения на входе.

Высокое быстродействие элементов ИгЛ получено в структуре, представленной на 7.30, создаваемой с помощью многократных операций самосовмещения. Здесь достигается самосовмещение активной базы /, коллектора 2 л+-типа и коллекторного контакта 3. Горизонтальные размеры указанных областей, а также расстояния между коллекторами минимальны, так как не зависят от точности совмещения масок. Поликремниевый базовый электрод 4 контактирует с боковыми стенками базы и располагается на относительно толстом слое диоксида кремния 7, поэтому уменьшается барьерная емкость эмиттерного р-n перехода, увеличивается отношение суммарной площади коллекторных р-п переходов к площади базы и для переключательного транзистора обеспечиваются высокие коэффициенты передачи р#п и граничная частота.

Оптимальным с точки зрения быстродействия является соотношение bj,/bn — У\ь,птг1\\,р. Для т = 2..А получаем bp/bn = 2...3, т. е. размеры /7-канальных транзисторов должны быть существенно больше, чем /г-канальных. Это ведет к росту площади, занимаемой ЛЭ на кристалле, и повышению нагрузочной емкости (по сравнению с элементом И-НЕ). Поэтому даже в оптимальном случае быстродействие элементов ИЛИ-НЕ (в предположении, что они нагружены на подобные ЛЭ) примерно в 2 раза хуже, чем элементов И-НЕ. Таким образом, в КМДП-микросхемах предпочтительнее использовать элементы И-НЕ.

Часто быстродействие элементов определяется с помощью максимальной частоты синхронизации /Мако. Однако задержка распространения 4.ср является более удобной оценкой быстродействия, так как, зная величину 4.ср для каждого логического элемента, можно легко вычислить быстродействие сложной логической схемы, составленной из некоторой последовательности логических элементов путем простого суммирования ?3.Ср на всех последовательно включенных элементах.

вместо входных диодов используется многоэмиттерный транзистор МТ\. Использование многоэмиттерного транзистора специфично для интегрального исполнения логических элементов и позволяет повысить быстродействие элементов вследствие того, что переключение клапанов происходит не через пассивные компоненты входной логики (резисторы, диоды), а через активные (переходы транзистора МТ\ эмиттер —база и база — коллектор).

Часто быстродействие элементов определяется с помощью максимальной частоты синхронизации /мако. Однако задержка распространения 4.ср является более удобной оценкой быстродействия, таккак,зная величину ^з.ср Для каждого логического элемента, можно легко вычислить быстродействие сложной логической схемы, составленной из некоторой последовательности логических элементов путем простого суммирования /З.ср на всех последовательно включенных элементах.

Существует также противоречие между быстродействием логических схем процессора и возможностями оперативного запоминающего устройства. Оно не решается техническим путем: увеличивается и быстродействие элементов памяти, но также увеличивается и быстродействие логических схем АУ. Разрыв продолжает сохраняться.

Базовые элементы на однотипных МДП-траизисто-рах. При построении логических ИМС используются МДП-транзисторы с индуцированным п- или р-ка-налом. В настоящее время предпочтение отдается «-канальным транзисторам, которые обеспечивают большее быстродействие логических ИМС, а самое главное — их полную совместимость с ТТЛ-схемами но номиналу питания и логическим уровням сигналов «О» и «1».

Быстродействие логических интегральных схем ТТЛ ограничено в основном инерционностью выключения транзисторов, работающих в режиме насыщения. Одним из способов устранения насыщения является включение между коллектором и эмиттером транзистора диода Шоттки с малым прямым падением напряжения (около 0,4 В). По сравнению с ТТЛ логические элементы с диодами Шоттки отличаются в 2—3 раза большим быстродействием и называются элементами ТТЛШ.

Сходными у логических элементов ТТЛ и И2 Л являются работа транзисторов в режиме насыщения и ограниченное в связи с этим быстродействие. Быстродействие логических элементов И2Л повышают так же, как логических элементов ТТЛ, применяя диоды Шоттки.

Соотношение сторон печатной платы зависит от допустимой задержки распространения сигнала в линии связи, числа контактов внешних связей, механической прочности и жесткости платы, допустимого коробления платы. Быстродействие логических узлов зависит не только от быстродействия логических элементов, но и от задержки сигналов в линиях связи. Считается, что задержка сигнала в линии связи должна быть примерно равна скорости срабатывания (длительности фронта) элемента. Поэтому для сигнала с тф=1,5 не при удельной задержке распространения сигнала в линии связи 5 нс/м максимальная длина линии связи не должна превышать 0,3 м. Это выдерживается, например, для платы с размерами сторон 170x75 мм, где наибольшая длина линии связи составляет 170 + 75 = 245 мм. Контакты для внешних связей располагаются на плате с шагом 2,5 или 1,25 мм, иногда допускается шаг 0,625 мм. В зависимости от сложности узла число контактов на плате может достигать нескольких сотен или тысяч ( 2.40,2.41, табл. 2.16). Зависимость, представленная на

Среднее время задержки сигнала ?,.ср является наиболее распространенным параметром, характеризующим быстродействие логических ИМС. Оно определяет среднее время прохождения сигнала через одну микросхему в устройстве. Если цепь состоит из N последовательно включенных однотипных логических ИМС (N — четное число), то время прохождения сигнала по цепи

Быстродействие логических элементов является одним из важнейших параметров и характеризуется средним временем задержки распространения сигнала

Быстродействие логических элементов зависит в первую очередь от режима работы входящих в них транзисторов. В боль-'мя I шинстве логических эле-

Быстродействие логических элементов зависит в первую очередь от режима работы входящих в них транзисторов. В большинстве логических элементов с усилением по напряжению транзисторы работают в режиме насыщения, при этом транзистор переключается из вы-

Отметим также, что наряду с обычными схемами ТТЛ существуют схемы, в которых коллекторные переходы транзисторов шунтируются диодами Шоттки (6.3). Это позволяет существенно повысить быстродействие логических элементов.

Среднее время задержки сигнала t3.cp является наиболее распространенным параметром, характеризующим быстродействие логических ИМС. Оно определяет среднее время прохождения сигнала через одну микросхему в устройстве. Если цепь состоит из Л/ последовательно -включенных однотипных логических ИМС (N — — четное число), то время прохождения сигнала по цепи

Одним лз факторов, ограничивающих быстродействие логических элементов микросхем, является наличие емкости р-п-лерехо-да. В целях уменьшения этой емкости, а также повышения интеграции -микросхем уменьшают линейные размеры элементов микросхемы. Полученные в настоящее время линейные размеры элементов микросхем составляют 2,5—5 мкм ,и близки к пределу разрешения, получаемого оптическими методами. Лри этом емкость транзистора логического элемента составляет примерно 4 пФ. ;Применение