[科普中国]-发射极耦合逻辑电路

发射极耦合逻辑电路（emitter coupled logic）是指以多个晶体管的发射极相互耦合加上射极跟随器组成的电路，简称ECL电路。其基本单元电路由提供“或”、“或非”逻辑功能的电流开关和完成电平位移与级联的射极跟随器两部分组成。1使用ECL电路的互补输入输出，同相集电极的“点与”,跟随器输出的“线或”，以及多层逻辑门的“串联与”等，可以扩充电路的逻辑功能，节省电路功耗和元件数，为电路的逻辑设计和逻辑运用带来灵活性和方便性。ECL 电路的缺点是电路功耗大、电平阈值电压随温度而漂移等。2

公式及电路图由输入晶体管T1、T2、T3、T4和定偏晶体管Tb构成差动式结构的电流开关，其间的耦合是通过发射极电阻Re实现，因名发射极耦合逻辑电路。Tb的基极接有固定偏压Ub，当有m 个输入管的基极加入信号Ui时，流过C1、C2两点的电流满足下式3

式中αO为输入和定偏管共基直流放大系数。3

随着Ui的变化，IO在差分对中切变。当输入信号满时,电路具有整形性质，C1、C2两点出现用电流电平或电压电平辨别的四个状态，因而又称电流开关。它靠Ui对电流的引导完成电流开关作用。2

ECL电路的特点1958年，制出第一块电流开关，并成功地使用了射极跟随器作电平移动，解决了信号电平的级联问题，改善了ECL电路的基本单元电路。4

为了保持电路的非饱和性质,ECL电路的逻辑幅度的典型值为0.8伏,高电平的典型值为-0.8伏。低电平的典型值为-1.6伏，定偏晶体管基极参考电平为-1.2伏。由于发射极耦合电阻Re的负反馈作用，电路工作时电流是在差分对中切变，不产生大的扰动。同时，由于射极跟随器的隔离作用而能保证电路在较小的逻辑幅度下也能稳定可靠地工作。1

①开关速度快（1纳秒左右）。比通常的晶体管-晶体管逻辑电路开关速度快几倍。1

②可以很方便地组成、扩充电路的逻辑功能，节省元件数。缺点是电路功耗大、电平阈值电压随温度而漂移等 。1

ECL电路主要用于构成超高速集成电路，如高速、大型、巨型计算机等。2

电路中,晶体管工作于非饱和区，Tb在共基极组态下工作。电路差动式结构的加速作用，使共发射极的输入管实际工作在准共基极状态下。小的逻辑幅度等条件保证了电路的高速度。电流开关在60年代即已用于计算机，使计算机的性能大大提高。1

ECL电路的实用ECL电路主要用于构成超高速集成电路，如高速、大型、巨型计算机等。电路中,晶体管工作于非饱和区，Tb在共基极组态下工作。电路差动式结构的加速作用，使共发射极的输入管实际工作在准共基极状态下。小的逻辑幅度等条件保证了电路的高速度。电流开关在60年代即已用于计算机，使计算机的性能大大提高。3

发射极耦合逻辑是建立在一个多输入差分放大器来放大并结合数字信号，并发射追随者调节直流电压等级为基础。因此，晶体管的栅极在没有进入过饱和度，也没有得到过完全关闭。晶体管留在他们的积极经营区域完全在任何时候。作为一个结果，没有一个晶体管的电荷存储时间抗衡，并能更迅速地改变状态。因此，这种逻辑门的主要优点是非常高的速度。1

上图中所示是来自摩托罗拉的1000/10 MECL装置系列，这种特殊的电路是一个4输入或/或非门。该电路标准电压为是-5.2伏（VEE）和地（VCC的）。未使用的输入连接至V EE。在右侧偏置电路，由一个晶体管和二极管和电阻器及其相关的组成，可以处理任何一个单一的IC封装的门数。典型IC包括双4输入，三路3输入，四路2输入门。在每一种情况下，盖茨自己有多少差别只在他们输入晶体管。4一个单一的偏置电路为所有大门。在操作中，一个逻辑ouput改变状态仅0.85伏特从-1.60伏特低，电压高的-0.75。内部偏置电路提供固定的-1.175伏电压的差分放大器的偏置在晶体管。如果所有的输入电压是在-1.6（或绑至V EE），输入晶体管将全部关闭，只有内部差分晶体管将传导电流。这降低了晶体管的基极电压或输出，其输出电压降低到-1.60伏特。与此同时，没有输入晶体管输出晶体管的NOR影响的基础，所以它的输出电压上升到-0.75。这简直是发射极基电压V是本身的晶体管。（所有晶体管都在集成电路，并设计有一个V是0.75伏特。）当任何输入电压上升到-0.75，即晶体管的发射极电流虹吸管远离内部差分晶体管，导致输出开关状态。1

在此类型的电路中，电压这一变化很小，并且为V取决于上的BE时，涉及他们的晶体管。更重要的电路的工作是通过各种晶体管的电流流动量的，而不是涉及的精确电压。因此，发射极耦合逻辑也被称为电流模式逻辑（CML）。在任何情况下，这导致我们对这一门式的主要缺点：它描绘了一个从电源电流很大，因此往往浪费了大量的热量。为了减少这种问题，例如频率计数器使用某些设备在十年的ECL电路输入端的柜台，由TTL或高速CMOS计数器其次为后来的数字位置。这使得快速，昂贵的IC在那里是绝对必要的，并允许我们使用更便宜的地点集成电路其中信号不会在那么高的频率。3

本词条内容贡献者为:

尚轶伦 - 副教授 - 同济大学数学科学学院