Lógica diodo-transistor

lógica de diodo-transistor (DTL) es una clase de circuitos digitales que es el antepasado directo de la lógica de transistor-transistor. Se llama así porque las funciones de activación lógica Y y O se realizan mediante lógica de diodo, mientras que la inversión lógica (NO) y la amplificación (que proporciona restauración de la señal) se realizan mediante un transistor (a diferencia de RTL y TTL).

Implementaciones

El circuito DTL que se muestra en la primera imagen consta de tres etapas: una etapa lógica de diodo de entrada (D1, D2 y R1), una etapa de cambio de nivel intermedio (R3 y R4) y una etapa amplificadora de emisor común de salida (Q1). y R2). Si ambas entradas A y B están en nivel alto (lógica 1; cerca de V+), entonces los diodos D1 y D2 tienen polarización inversa. Las resistencias R1 y R3 suministrarán suficiente corriente para encender Q1 (llevar a Q1 a la saturación) y también suministrarán la corriente que necesita R4. Habrá un pequeño voltaje positivo en la base de Q1 (V_BE, aproximadamente 0,3 V para el germanio y 0,6 V para el silicio). La corriente del colector del transistor encendido bajará la salida Q (0 lógico; V_CE(sat), generalmente menos de 1 voltio). Si una o ambas entradas son bajas, entonces al menos uno de los diodos de entrada conduce y eleva el voltaje en los ánodos a un valor inferior a aproximadamente 2 voltios. Luego, R3 y R4 actúan como un divisor de voltaje que hace que el voltaje base de Q1 sea negativo y, en consecuencia, apaga Q1. La corriente del colector de Q1 será esencialmente cero, por lo que R2 elevará el voltaje de salida Q (lógico 1; cerca de V+).

Lógica de diodo temprana con inversor de transistor

Hasta 1952, IBM fabricaba transistores modificando diodos de germanio disponibles en el mercado, después de lo cual tenía su propia planta de fabricación de transistores con unión de aleación en Poughkeepsie. A mediados de la década de 1950, la lógica de diodos se utilizó en el IBM 608, que fue la primera computadora totalmente transistorizada del mundo. Una sola tarjeta albergaría cuatro circuitos de dos vías, tres de tres vías o uno de ocho vías. Todas las señales de entrada y salida eran compatibles. Los circuitos eran capaces de conmutar de manera confiable pulsos tan estrechos como un microsegundo.

Los diseñadores de la computadora de guía D-17B de 1962 utilizaron la lógica de diodo-resistencia tanto como fuera posible, para minimizar la cantidad de transistores utilizados.

Discreta

El IBM 1401 (anunciado en 1959) utilizó circuitos DTL similares al circuito que se muestra en la primera imagen. IBM llamó a la lógica "lógica de diodo transistorizado complementado" (CTDL). CTDL evitó la etapa de cambio de nivel (R3 y R4) alternando puertas basadas en NPN y PNP que operaban con diferentes voltajes de suministro de energía. Los circuitos basados en NPN usaban +6 V y -6 V y el transistor conmutaba cerca de -6 V, los circuitos basados en PNP usaban 0 V y -12 V y el transistor conmutaba cerca de 0 V. Así, por ejemplo, una puerta NPN impulsada por una puerta PNP vería el voltaje umbral de -6 V en el medio del rango de 0 V a -12 V. De manera similar, la puerta PNP cambia a 0 V impulsada por un rango de 6 V a -6 V. El 1401 utilizó transistores y diodos de germanio en sus puertas básicas. El 1401 también agregó un inductor en serie con R2. El embalaje físico utilizó el sistema modular estándar de IBM.

Integrado

En una versión de circuito integrado de la puerta DTL, R3 se reemplaza por dos diodos de cambio de nivel conectados en serie. Además, la parte inferior de R4 está conectada a tierra para proporcionar corriente de polarización para los diodos y una ruta de descarga para la base del transistor. El circuito integrado resultante funciona con una única tensión de alimentación.

En 1962, Signetics presentó la familia de la serie SE100, los primeros chips DTL de gran volumen. En 1964, Fairchild lanzó la familia micrológica DTμL de la serie 930 que tenía mejor inmunidad al ruido, matriz más pequeña y menor costo. Fue la familia DTL de mayor éxito comercial y fue copiada por otros fabricantes de circuitos integrados.

Mejora de velocidad

El retraso de propagación DTL es relativamente grande. Cuando el transistor se satura debido a que todas las entradas están altas, la carga se almacena en la región de la base. Cuando sale de la saturación (una entrada baja), esta carga debe eliminarse y dominará el tiempo de propagación.

Una forma de acelerar DTL es agregar una pequeña opción de "aceleración" condensador a través de R3. El condensador ayuda a apagar el transistor eliminando la carga base almacenada; el condensador también ayuda a encender el transistor aumentando la excitación base inicial.

Otra forma de acelerar DTL es evitar saturar el transistor de conmutación. Esto se puede hacer con una abrazadera Baker. La abrazadera Baker lleva el nombre de Richard H. Baker, quien la describió en su informe técnico de 1956 "Circuitos de conmutación de máxima eficiencia".

En 1964, James R. Biard presentó una patente para el transistor Schottky. En su patente, el diodo Schottky evitó que el transistor se saturara minimizando la polarización directa en la unión del transistor colector-base, reduciendo así la inyección de portadores minoritarios a una cantidad insignificante. El diodo también podía integrarse en el mismo troquel, tenía un diseño compacto, no tenía almacenamiento de carga de portadores minoritarios y era más rápido que un diodo de unión convencional. Su patente también mostró cómo el transistor Schottky podría usarse en circuitos DTL y mejorar la velocidad de conmutación de otros diseños lógicos saturados, como Schottky-TTL, a bajo costo.

Consideraciones de interfaz

Una ventaja importante sobre la lógica anterior de resistencia-transistor es una mayor fan-in. Además, para aumentar la distribución, se pueden utilizar un transistor y un diodo adicionales.