Ellenállás–tranzisztor logika
Az ellenállás–tranzisztor logika (RTL; más néven tranzisztor–ellenállás logika (TRL)) ellenállásokat bemenetként és bipoláris tranzisztorokat váltóeszközként használó digitális áramkörök csoportja. Ez a tranzisztort használó legkorábbi logikacsoport, ezt követte a dióda–tranzisztor logika, majd a tranzisztor–tranzisztor logika.
Az RTL áramkörök eleinte diszkrét elemekből készültek, de 1961-ben ez lett az első monolitikus integrált áramkörként készült digitális logikai család. RTL integrált áramköröket használt az Apollo Guidance Computer, melynek tervezése 1961-ben kezdődött, és először 1966-ban használták.[1]
Megvalósítás
[szerkesztés]RTL inverter
[szerkesztés]A bipoláris tranzisztorváltó a logikai negációt megvalósító legegyszerűbb RTL kapu.[2] Közös kibocsátós szakaszból áll, ahol alapellenállás van az alap és a bemeneti feszültségforrás közt. Az ellenállás a tranzisztor bemeneti feszültségtartományát (mintegy 0,7 V) a logikai „1” szintre (mintegy 3,5 V) állítja a bemeneti feszültség árammá alakításával. Ellenállása elég alacsony a tranzisztor feltöltéséhez, és elég magas a magas bemeneti ellenálláshoz. A gyűjtőellenállás a gyűjtőáramot feszültséggé alakítja, ellenállása elég magas a tranzisztor feltöltéséhez, és elég alacsony az alacsony kimeneti ellenálláshoz (magas fanout).
Egytranzisztoros RTL NOR kapu
[szerkesztés]
Egynél több ellenállással (R3 és R4) az inverter két bemenetű RTL NOR kapuvá válik (lásd a képet). A logikai VAGY az összeadás és az összehasonlítás egymás utáni alkalmazásával történik (a bemeneti ellenállás-hálózat feszültség-összeadóként működik azonos súlyú bemenetekkel, az ezt követő tranzisztor 0,7 V küszöbfeszültségű feszültség-összehasonlítóként). A logikai 1-hez, illetve a logikai 0-hoz csatlakozó ellenállások ekvivalens ellenállása a tranzisztort működtető összetett feszültségosztó részei. Az alapellenállások és a bemenetszám úgy van megválasztva, hogy egy logikai 1 is elég a küszöböt átlépő feszültséghez, így a tranzisztor feltöltéséhez. Ha mindegyik bemeneti feszültség alacsony (logikai 0), a tranzisztor nem kap áramot. Az R1 ellenállás a megfelelő be/ki küszöbre irányítja a tranzisztort. A kimenet megfordul, mivel a Q1 tranzisztor gyűjtő-kibocsátó feszültsége a kimenet, mely alacsony bemenetek esetén magas. Így az analóg ellenálló-hálózat és az analóg tranzisztorszakasz logikai NOR-t tudnak elvégezni.[3]
Többtranzisztoros RTL NOR kapu
[szerkesztés]
Az egytranzisztoros NOR kapu korlátai többtranzisztoros változattal oldhatók meg. Ez párhuzamosan kapcsolt, a logikai bemenetek irányította tranzisztorváltókból áll. Ekkor a bemenetek teljesen elkülönülnek, a bemenetek számát a logikai 1-nél való áramveszteség korlátozza. Ezen ötletet felhasználták később DCTL-, ECL, egyes TTL (7450, 7460), NMOS és CMOS kapukhoz.
Tranzisztorkapcsolás
[szerkesztés]A bipoláris tranzisztorok kimenetének biztosításához az alapbemenetek (Vb) kapcsolva vannak.
Előnyök
[szerkesztés]Az RTL fő előnye a kevés tranzisztor. A diszkrét komponenseket használó áramkörökben az integrált áramkörök megjelenése előtt a tranzisztorok előállítási költsége volt a legnagyobb. A korai IC-logika-termelés (például a Fairchildé (1961)) e megközelítést használta rövid ideig, de hamar nagyobb teljesítményű áramkörökre váltott, például dióda–tranzisztor, később tranzisztor–tranzisztor logikára, hiszen a diódák és a tranzisztorok nem voltak sokkal drágábbak az ellenállásoknál.[5]
Korlátok
[szerkesztés]Az RTL hátránya a magas fogyasztás bekapcsolt tranzisztor esetén, melyet az ellenállásokba folyó áram okoz. Így emellett több hő távolítandó el az RTL áramkörökből. Ezzel szemben a „totemkimenetű” TTL áramkörök mindkét igényt minimalizálják.
Az RTL zajküszöbe alacsony. Lancaster szerint integrált áramkörös RTL NOR kapuk megépíthetők (bemenetenként 1 tranzisztorral) „tetszőleges elfogadható számú” logikai bemenettel, és 8 bemenetes NOR kaput is leír.[6]
Egy integrált áramköri RTL NOR kapu legfeljebb 3 hasonló kapuhoz csatlakozhat, vagy legfeljebb 2 szabványos integrált áramköri „pufferhez”, melyek legfeljebb további 25 RTL NOR kapuhoz csatlakozhatnak.[6]
Gyorsítás
[szerkesztés]Számos társaság az alábbi gyorsítási módokat használta diszkrét RTL-hez:
A tranzisztorok váltási sebessége az első tranzisztoros számítógépektől máig jelentősen megnőtt. A GE Transistor Manual (7. kiadás, 181. oldal, 3. kiadás, 97. oldal vagy köztes kiadások) nagyobb frekvenciájú tranzisztorok, kondenzátorok vagy alap–gyűjtő dióda (párhuzamos negatív visszacsatolás) használatát ajánlják telítés ellen.[7]
Egy kondenzátor bemeneti ellenállással párhuzamos elhelyezése lecsökkenti a kibocsátó kapcsolásához szükséges időt. Az „RCTL” (ellenállás–kondenzátor–tranzisztor logika) „gyorsító kondenzátoros” kapukat jelent. A Lincoln Laboratory TX-0 áramkörei is tartalmaztak ilyet.[8]
Magas gyűjtőáramforrás-feszültséggel és diódakapcsolással csökkenthető a töltési idő. Ez a dióda gyűjtőhöz való kapcsolását a tervezett logikai szintig igényli. E módszer használatos volt a diszkrét DTL-ben (dióda–tranzisztor logika) is.[9]
Egy további, a diszkrét eszközös logikai áramkörökben gyakori módszerben dióda és ellenállás, egy germánium- és szilíciumdióda vagy három dióda volt negatív visszacsatolásos elrendezésben. E diódahálózatok különböző Baker-kapcsolások, melyek csökkentették az alaphoz alkalmazott feszültséget, ahogy a gyűjtő közeledett a telítettséghez. Mivel a tranzisztor kevésbé telt meg, ott kevesebb tárolt töltéshordozó volt. Így kevesebb idő kellett a töltés eltávolításához a tranzisztor kikapcsolásakor.[7] Egy telítést megakadályozó alacsony feszültségű diódát is használtak az integrált logikai családokban Schottky diódákkal, például a Schottky TTL-ben.
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ 2. Computers On Board The Apollo Spacecraft §2.5 The Apollo guidance computer: Hardware, Computers in Spaceflight: The NASA Experience. NASA History Division (1987)
- ↑ Resistor-Transistor Logic Archiválva 2018. október 2-i dátummal a Wayback Machine-ben. az alapkapukról szól, és hasznos számításokat is tartalmaz
- ↑ Transistor Component Circuits, Customer Engineering Manual of Instruction. IBM. Form 223-6889 (1960). Hozzáférés ideje: 2010. január 4. „The logical function is performed by the input resistor network and the invert function is accomplished by the common emitter transistor configuration…”
- ↑ Az Apollo Guidance Computer sematikus rajza, Dwg. No. 2005011.
- ↑ David L. Morton Jr. and Joseph Gabriel. Electronics: The Life Story of a Technology. JHU Press (2007). ISBN 978-0-8018-8773-4
- ↑ a b Donald E. Lancaster. RTL cookbook. Bobbs-Merrill Co. (or Howard W Sams) (1969). ISBN 0-672-20715-X
- ↑ a b szerk.: Cleary, J. F.: GE Transistor Manual, 3rd–7th, General Electric, Semiconductor Products Department, Syracuse, NY (1958–1964)
- ↑ Fadiman, J. R.. TX0 Computer Circuitry [archivált változat]. MIT Lincoln Laboratory (1956). Hozzáférés ideje: 2011. szeptember 9. [archiválás ideje: 2011. március 22.]
- ↑ The Digital Logic Handbook Flip Chip Modules. Digital Equipment Corporation. 1750·3/67 (1967). Hozzáférés ideje: 2008. március 8.
Fordítás
[szerkesztés]Ez a szócikk részben vagy egészben a Resistor–transistor logic című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
További információk
[szerkesztés]- RTL Cookbook; 1st Ed; Don Lancaster; Sams; 240 pages; 1969; ISBN 978-0672207150. (3ed archive)