发射极耦合逻辑电路

数字逻辑的一种非饱和形式

发射极耦合逻辑是数字逻辑的一种非饱和形式(简称ECL)，它可以消除影响速度特性的晶体管存储时间，因而能实现高速运行。发射极耦合是指电路内的差动放大器以发射极相连接，使差动放大器的输入阻抗高、电压增益大电路的输出部分为射极跟随器，以便恢复逻辑电平，降低输出阻抗，因而整个电路扇出容量大，驱动后续电路的能力强。当前在科学研究以及应用技术中要求数据获取的速度越来越快，数据的容量也越来越大，因而高速逻辑以及寄存单元都由发射极合逻辑构成。

简介

发射极耦合逻辑电路(emitter coupled logic)是以多个晶体管的发射极相互耦合加上射极跟随器组成的逻辑电路。简称ECL电路。ECL电路发展于20世纪50年代末期，是双极型集成电路的基本电路形式。它是一种电流型开关电路，电路中的晶体管工作在非饱和状态。ECL电路的特点是：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。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。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。

主要特点

1.工作速度高

ECL电路的传输时间为1-2ns，开关时间是非常短的，这主要是由于：

(1)晶体管均工作在非饱和状态，因而消除了电荷存储现象。

(2)逻辑摆幅小即高、低电平之差仅为0.83V，又Rc1、Rc2的阻值很低，电平建立所需时间缩短，开关速度快。

2.带负载能力强

因为ECL电路是由T7，T8分别组成两个射极输出器作为输出级的，射极输出器输出阻抗低，所以带负载能力强，门电路可以得到很大的扇出系数。

3.逻辑功能较强

除具备或和或非反相输出外，还可以把两个门的输出端直接并联在一起，用来得到两个输出信号的逻辑或，这是所谓“线或”逻辑。

ECL电路的缺点是功耗较大，同时由于逻辑振幅小，其抗干扰能力也较差。

主要优点

ECL电路有如下几个优点：

(1)ECL电路是目前各种数字集成电路中工作速度最快的种。电路中的晶体管导通时均为进入饱和状态，这就从根本上消除了由于饱和导通而产生的电荷存储效应。

同时，由于电路中电阻阻值取得很小，逻辑摆幅低，从而有效地缩短了电路各节点电位的上升时间和下降时间。目前ECL门电路的传输延迟时间已能缩短至0.1ns以内。

(2)因为输出端采用了射极输出结构，所以输出内阻很低，带负载能力很强。

(3)由于ic1-5的大小设计近乎相等，所以在电路开关层中电源电流变化不大，电路内部的开关噪声很低。

(4)ECL电路多设有互补的输出端，同时还可以直接将输出端并联以实现线或逻辑功能，因而使用时十分方便、灵活。

主要缺点

ECL电路的缺点也是很突出的，这主要表现在：

(1)功耗大。

由于电路中的电阻阻值都很小，而且三极管导通时又工作在非饱和状态，所以功耗很大。从一定意义上来说，ECL电路的高速度是用多消耗功率的代价换取的。而且，功耗过大也严重地限制了集成度的提高。

(2)输出电平的稳定性较差。

因为电路中的三极管导通时处于非饱和状态，而且输出电平又直接与T7、T8的发射结压降有关，所以输出电平对电路参数的变化以及环境温度的改变都比较敏感。

(3)噪声容限比较低。

ECL电路的逻辑摆幅只有0.8V，直流噪声容限仅200mV左右，因此抗干扰能力较差。

传统的ECL以Vcc1=Vcc2=0V，VEE=-5.2V为工作电压。

如果采用+5V电源供电，即将Vcc1=Vcc2接到正电源而VEE接到零点，这样的电平通常被称为PECL；如果采用+3.3V电源供电，则称为LVPECL。

在使用PECL电路时要注意加电源去耦电路，以免受噪声的干扰。输出采用交流耦合还是直流耦合，对负载网络的形式将会提出不同的需求。

直流耦合的接口电路有两种工作模式：其一，对应于近距离传送的情况，采用发送端加到地偏置电阻，接收端加上端接电阻模式；其二，对应于较远距离传送的情况，采用接收端通过电阻对提供截止电平VTT和50Ω的匹配负载的模式。对于交流耦合的接口电路，也有一种标准工作模式，即发送端加到地偏置电阻，耦合电容靠近发送端放置，接收端通过电阻对提供共模电平VBB和50Ω的匹配负载的模式。

连接技术

发射极耦合逻辑传输延迟小，信号传送速度快，因而在电路板上信号通路都要按传输线形式。如果信号通路的传输延迟比信号上升时间短，则在上升时间的反射现象被掩盖起来，看不到上冲或振铃。对高速电路，信号的边沿速度加快，则通路的长度必须缩短，否则就不能保持信号的完整性。ECL电路是高速电路，解决反射问题的办法是传送信号的通路必须阻抗匹配。一个系统往往由不少电路板构成，电路板之间的连接线往往比电路板上器件间的连接线长，因此，阻抗匹配、消除反射就更为重要。

应用范围

发射极耦合逻辑电路的最大特点是速度高、输出阻抗低、噪声低，因此很适用于高速数据通信、高速模数转换、高速计数等方面。发射极耦合逻辑电路般工作于负电压，这是由于负电压工作时噪声抑制性能好，因而可以用来构成大系统。发射极耦合逻辑电路也可以工作于正电压(+5.2v)，VEE则接地，这种电路可以和T电路相连用，该功能专门由特殊设计的接口电路来完成。

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