Classification des circuits intégrés bipolaires

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Classification des circuits intégrés bipolaires

Des circuits intégrés bipolaires ont été développés sur la base de transistors planaires en silicium. Le plus ancien est celui des circuits intégrés à logique numérique bipolaire. Dans le développement des circuits intégrés logiques numériques, de nombreux types différents de formes de circuits sont apparus. Les circuits intégrés bipolaires courants peuvent être classés comme suit.

Le circuit DCTL est le premier type de circuit intégré logique numérique bipolaire, peu pratique en raison du grave problème de « coupure de courant » (voir circuits logiques résistance-transistor). Le circuit RTL est le premier circuit intégré bipolaire ayant une valeur pratique. Les premiers systèmes logiques numériques utilisaient des circuits RTL, qui limitaient plus tard la vitesse de commutation en raison de la présence de résistances dans la boucle d'entrée de base. De plus, les performances anti-interférences du circuit logique RTL sont médiocres et la charge ne peut pas être importante lorsqu'il est utilisé, elle est donc éliminée. Le circuit logique résistance-capacité-transistor (RCTL) est proposé afin d'améliorer la vitesse de commutation du circuit RTL, c'est-à-dire qu'un condensateur est connecté en parallèle avec la résistance du circuit RTL. En fait, les circuits RCTL n'ont pas été développés. Le circuit DTL est proposé après le circuit RTL pour améliorer la capacité anti-interférence du circuit logique. Le circuit DTL utilise des diodes de changement de niveau sur la ligne, et la capacité anti-interférence peut être ajustée en fonction du nombre de diodes de changement de niveau. La diode de changement de niveau du circuit DTL couramment utilisé est formée en connectant deux diodes au silicium en série, et sa capacité anti-interférence peut être améliorée jusqu'à environ 1,4 volts (voir circuit logique diode-transistor). Les circuits HTL sont dérivés sur la base des circuits DTL. Le circuit HTL utilise une diode Zener connectée en inverse au lieu de la diode de changement de niveau du circuit DTL pour augmenter le seuil du circuit à environ 7,4 volts (voir Circuits logiques à seuil haut). La logique à seuil variable (VTL) est une autre variante de la famille de circuits DTL. La logique de seuil (TLC) est un terme général désignant les circuits logiques HTL et VTL. Le circuit logique TTL a évolué à partir du circuit logique DTL et a été développé avec succès en 1962. Afin d'augmenter la vitesse de commutation et de réduire la consommation d'énergie du circuit, le circuit TTL a subi trois générations d'améliorations de forme de circuit dans la structure de ligne (voir circuits logiques transistor-transistor).

Ce qui précède sont tous des circuits saturés. En explorant davantage la possibilité d'augmenter la vitesse de commutation du circuit saturé, il s'avère que l'effet de stockage des porteurs en excès du transistor constitue un obstacle très important. Le phénomène de stockage est essentiellement provoqué par les excès de porteuses lors du processus de commutation du circuit. Pour augmenter la vitesse de commutation du circuit, en plus de réduire la capacité de la jonction PN du transistor, ou d'essayer de raccourcir la durée de vie des porteurs en excès, il est nécessaire de réduire et d'éliminer le phénomène de stockage des porteurs dans le transistor. À la fin des années 1960 et au début des années 1970, les gens ont commencé à utiliser le célèbre effet Schottky dans les circuits intégrés. Une diode barrière Schottky est préparée sur le circuit TTL et elle est connectée en parallèle à la base et au collecteur du transistor d'origine, de sorte que le temps de commutation du transistor soit raccourci à environ 1 nanoseconde ; la porte TTL avec serrage par diode à barrière Schottky. Le temps de retard de transmission moyen du circuit est de 2 à 4 nanosecondes.

La logique diode-transistor-transistor à barrière Schottky (STTL) appartient à la troisième génération de circuits TTL. Il utilise une méthode de serrage de diode à barrière Schottky sur la ligne pour placer le transistor dans un état de saturation critique, éliminant et évitant ainsi l'effet de stockage du porteur. Dans le même temps, l'introduction d'un shunt de transistor à la base du circuit TTL et de l'inverseur de l'étage de sortie de l'onduleur peut améliorer les caractéristiques de la porte NAND. La triode dispose d'une diode barrière Schottky, qui peut éviter d'entrer dans la région de saturation et offre des performances à grande vitesse. Le tube de sortie plus un shunt peuvent maintenir le niveau anti-saturation de l'inversion de l'étage de sortie. Ce type de circuit intégré bipolaire n'est plus un circuit intégré saturé, mais un autre type de circuit intégré anti-saturé avec une vitesse de commutation beaucoup plus rapide.

La logique couplée à l'émetteur (ECL) est une logique en mode courant (CML). Il s'agit d'un circuit de commutation de courant. Le transistor du circuit fonctionne dans un état non saturé et la vitesse de commutation du circuit est plusieurs fois plus rapide que celle du circuit TTL habituel. Le circuit logique ECL augmente la vitesse de commutation du circuit à environ 1 nanoseconde, dépassant de loin les circuits TTL et STTL. L'émergence des circuits ECL a amené les circuits intégrés bipolaires dans la gamme des circuits ultra-rapides.

La logique d'injection intégrée (I2L), également connue sous le nom de logique à transistors fusionnés (MTL), a été développée dans les années 1970. Parmi les circuits intégrés bipolaires, les circuits I2L ont la densité d'intégration la plus élevée.

Le circuit logique à structure à trois couches (3TL) est une amélioration basée sur les circuits I2L développés en Chine en 1976. Il doit son nom à une structure à trois couches. Le circuit logique 3TL utilise un tube NPN comme source de courant et le tube de sortie utilise du métal comme collecteur (PNM), ce qui est différent de la structure I2L.

Les circuits logiques multiples (DYL) et les circuits logiques double couche (DLL) sont de nouveaux circuits logiques développés avec succès en Chine en 1978. Le circuit logique DYL est une porte ET-OU linéaire, qui peut réaliser simultanément des fonctions de logique de commutation et de traitement logique linéaire. Le circuit DLL implémente la fonction logique du circuit grâce à la conversion interne des doubles informations des circuits logiques ECL et TTL.

De plus, lors du développement des circuits intégrés bipolaires, de nombreux autres types de circuits sont apparus. Par exemple, la logique de fonction d'émetteur (EFL), la logique de transistor complémentaire (CTL), la logique de courant constant complémentaire résistante aux rayonnements (C3L), la logique échelonnée de courant (CHL), la logique à trois états (TSL) et le circuit logique sans seuil ( NTL), etc.