バイポーラ集積回路の分類

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バイポーラ集積回路の分類

バイポーラ集積回路は、シリコン プレーナ トランジスタに基づいて開発されました。 最も初期のものは、バイポーラ デジタル ロジック集積回路です。 デジタル論理集積回路の開発では、さまざまな種類の回路形式が登場しました。 一般的なバイポーラ集積回路は次のように分類できます。

DCTL 回路は、最初のタイプのバイポーラ デジタル論理集積回路ですが、深刻な「電流スナッチ」問題があるため実用的ではありません (抵抗トランジスタ論理回路を参照)。 RTL 回路は、実用的な価値を持つ最初のバイポーラ集積回路です。 初期のデジタル ロジック システムでは RTL 回路が使用されていましたが、後にベース入力ループ内の抵抗の存在によりスイッチング速度が制限されました。 また、RTL論理回路は耐干渉性能が悪く、使用時に大きな負荷がかからないため、排除されています。 RTL回路のスイッチング速度を向上させるために、RTL回路の抵抗と並列にコンデンサを接続した抵抗・容量・トランジスタ論理回路(RCTL)が提案されている。 実際、RCTL 回路は開発されていません。 DTL 回路は、論理回路の耐干渉性を向上させるために RTL 回路の次に提案されています。 DTL回路はライン上にレベルシフトダイオードを使用しており、レベルシフトダイオードの数によって耐干渉能力を調整できます。 一般的に使用される DTL 回路のレベルシフト ダイオードは、2 つのシリコン ダイオードを直列に接続することによって形成され、その抗干渉能力は約 1.4 ボルトまで向上できます (ダイオード トランジスタ論理回路を参照)。 HTL 回路は DTL 回路に基づいて派生されます。 HTL 回路は、DTL 回路のレベルシフト ダイオードの代わりに逆接続されたツェナー ダイオードを使用して、回路のしきい値を約 7.4 ボルトに高めます (「高しきい値論理回路」を参照)。 可変閾値ロジック (VTL) は、DTL 回路ファミリーの別のバリエーションです。 スレッショルド ロジック (TLC) は、HTL および VTL ロジック回路の総称です。 TTL 論理回路は DTL 論理回路から進化し、1962 年に開発に成功しました。スイッチング速度を向上させ、回路の消費電力を削減するために、TTL 回路は 3 世代にわたって回線構造の回路形式の改良を受けてきました。トランジスタ - トランジスタ論理回路)。

上記はすべて飽和回路です。 飽和回路のスイッチング速度を高めるためにさらに研究を進めると、トランジスタの過剰キャリアの蓄積効果が非常に重要な障害となることが判明しました。 蓄積現象は基本的に、回路のスイッチングプロセスにおける過剰なキャリアによって引き起こされます。 回路のスイッチング速度を高めるには、トランジスタの PN 接合容量を低減したり、過剰キャリアの寿命を短くしたりすることに加えて、トランジスタ内のキャリア蓄積現象を低減し、排除する必要があります。 1960 年代後半から 1970 年代前半にかけて、人々はよく知られたショットキー効果を集積回路で使い始めました。 TTL回路上にショットキーバリアダイオードを用意し、元のトランジスタのベースとコレクタに並列に接続することで、トランジスタのスイッチング時間を約1ナノ秒に短縮しました。 ショットキー バリア ダイオード クランプを備えた TTL ゲート 回路の平均伝送遅延時間は 2 ～ 4 ナノ秒です。

ショットキー バリア ダイオード - トランジスタ - トランジスタ ロジック (STTL) は、TTL 回路の第 3 世代に属します。 ライン上でショットキー バリア ダイオード クランプ方式を使用してトランジスタを臨界飽和状態にし、それによってキャリア蓄積効果を排除および回避します。 同時に、TTL回路のベースとインバータ出力段のインバータにトランジスタシャントを導入することで、NANDゲートの特性を改善することができます。 三極管にはショットキーバリアダイオードが搭載されており、飽和領域への突入を回避でき、高速性能を備えています。 出力管とシャントにより、出力段反転の反飽和レベルを維持できます。 このタイプのバイポーラ集積回路はもはや飽和集積回路ではなく、スイッチング速度がはるかに速い別のタイプの非飽和集積回路です。

エミッタ結合ロジック (ECL) は、電流モード ロジック (CML) です。 電流スイッチング回路です。 この回路のトランジスタは非飽和状態で動作し、回路のスイッチング速度は通常のTTL回路に比べて数倍高速です。 ECL ロジック回路は、回路スイッチング速度を約 1 ナノ秒まで高速化し、TTL 回路や STTL 回路をはるかに上回ります。 ECL 回路の出現により、バイポーラ集積回路は超高速回路の範囲に加わりました。

統合注入ロジック (I2L) は、マージ トランジスタ ロジック (MTL) とも呼ばれ、1970 年代に開発されました。 バイポーラ集積回路の中で、I2L 回路は最も高い集積密度を持っています。

3 層構造論理回路 (3TL) は、1976 年に中国で開発された I2L 回路をベースに改良されたものです。3 層構造にちなんで命名されました。 3TLロジック回路は電流源としてNPN管を使用し、出力管はコレクタとして金属(PNM)を使用しており、I2L構造とは異なります。

多重論理回路(DYL)と二層論理回路(DLL)は、1978年に中国で開発に成功した新しい論理回路です。DYL論理回路は、スイッチング論理と線形論理処理機能を同時に実現できる線形AND-ORゲートです。 DLL 回路は、ECL 論理回路と TTL 論理回路の二重情報の内部変換を通じて回路の論理機能を実装します。

さらに、バイポーラ集積回路の開発中には、他にも多くのタイプの回路が存在しました。 例えば、エミッタ機能ロジック（EFL）、相補型トランジスタロジック（CTL）、耐放射線相補型定電流ロジック（C3L）、電流スタガロジック（CHL）、トライステートロジック（TSL）、ノンスレッショルドロジック回路（ NTL）など。