Lógica de inyección integrada

La lógica de inyección integrada ( IIL , I2L o I2L ) es una clase de circuitos digitales construidos con transistores bipolares de unión de colector múltiple (BJT). ^{[ 1 ] Cuando se introdujo ,} tenía una velocidad comparable a TTL , pero con un consumo de energía casi tan bajo como CMOS , lo que la hacía ideal para su uso en circuitos integrados VLSI (y de mayor tamaño) . Las compuertas pueden hacerse más pequeñas con esta familia lógica que con CMOS porque no se necesitan transistores complementarios. Aunque los niveles de voltaje lógico son muy cercanos (Alto: 0,7 V, Bajo: 0,2 V), I2L tiene una alta inmunidad al ruido porque opera por corriente en lugar de voltaje. I2L fue desarrollada en 1971 por Siegfried K. Wiedmann y Horst H. Berger, quienes originalmente la llamaron lógica de transistor fusionado (MTL). ^{[ 2 ]} Una desventaja de esta familia lógica es que las compuertas consumen energía cuando no están conmutando, a diferencia de CMOS.

La puerta inversora I2L se construye con un transistor fuente de corriente PNP de base común y un transistor inversor de colector abierto NPN de emisor común (es decir, están conectados a tierra). En una oblea, estos dos transistores se combinan. Se aplica una pequeña tensión (alrededor de 1 voltio) al emisor del transistor fuente de corriente para controlar la corriente que llega al transistor inversor. Los transistores se utilizan como fuentes de corriente en circuitos integrados porque son mucho más pequeños que las resistencias.

Dado que el inversor es de colector abierto, se puede realizar una operación AND cableada conectando la salida de dos o más compuertas. De esta forma, la salida resultante es una. Sin embargo, se pueden generar salidas adicionales añadiendo más colectores al transistor inversor. Las compuertas se pueden construir de forma muy sencilla con una sola capa de metal de interconexión.

En una implementación discreta de un circuito I2L, los transistores bipolares NPN con múltiples colectores pueden reemplazarse por varios transistores NPN discretos de 3 terminales conectados en paralelo, con sus bases y emisores conectados entre sí. El transistor de fuente de corriente puede reemplazarse por una resistencia entre la fuente positiva y la base del transistor inversor, ya que las resistencias discretas son más pequeñas y económicas que los transistores discretos.

De manera similar, el transistor inyector de corriente PNP combinado y el transistor inversor NPN pueden implementarse como componentes discretos separados.

El núcleo de un circuito I2L es el inversor de colector abierto con emisor común. Típicamente, un inversor consta de un transistor NPN con el emisor conectado a tierra y la base polarizada con una corriente directa proveniente de la fuente de corriente. La entrada se suministra a la base como sumidero de corriente (nivel lógico bajo) o como un estado flotante de alta impedancia (nivel lógico alto). La salida del inversor se encuentra en el colector. De igual manera, puede ser un sumidero de corriente (nivel lógico bajo) o un estado flotante de alta impedancia (nivel lógico alto).

Al igual que en la lógica de transistores de acoplamiento directo , no hay ninguna resistencia entre la salida (colector) de un transistor NPN y la entrada (base) del transistor siguiente.

Para comprender el funcionamiento del inversor, es necesario entender el flujo de corriente. Si la corriente de polarización se deriva a tierra (nivel lógico bajo), el transistor se apaga y el colector queda flotando (nivel lógico alto). Si la corriente de polarización no se deriva a tierra porque la entrada es de alta impedancia (nivel lógico alto), la corriente de polarización fluye a través del transistor hacia el emisor, activando el transistor y permitiendo que el colector absorba corriente (nivel lógico bajo). Dado que la salida del inversor puede absorber corriente pero no suministrarla, es seguro conectar las salidas de varios inversores para formar una puerta lógica AND cableada. Al conectar las salidas de dos inversores, se obtiene una puerta lógica NOR de dos entradas, ya que la configuración (NO A) Y (NO B) es equivalente a NO (A O B) (según el teorema de De Morgan ). Finalmente, la salida de la puerta lógica NOR se invierte mediante el inversor IIL en la parte superior derecha del diagrama, obteniendo como resultado una puerta lógica OR de dos entradas.

Debido a la capacitancia parásita interna de los transistores, las corrientes más altas que se suministran a la base del transistor inversor dan como resultado velocidades de conmutación más rápidas, y dado que la diferencia de voltaje entre los niveles lógicos alto y bajo es menor para I2L que para otras familias lógicas bipolares (alrededor de 0,5 voltios en lugar de alrededor de 3,3 o 5 voltios), las pérdidas debidas a la carga y descarga de las capacitancias parásitas se minimizan.

La lógica de inyección integrada (I2L) es relativamente sencilla de implementar en un circuito integrado y se utilizaba comúnmente antes de la llegada de la lógica CMOS por empresas como Motorola (ahora NXP Semiconductors ) ^{[ 3 ]} y Texas Instruments . En 1975, Sinclair Radionics presentó uno de los primeros relojes digitales de consumo, el Black Watch , que utilizaba tecnología I2L. ^{[ 4 ]} En 1976, Texas Instruments presentó la CPU SBP0400 , que también utilizaba tecnología I2L. A finales de la década de 1970, RCA utilizó I²L en su circuito integrado de medidor de 3 dígitos CA3162 ADC. En 1979, HP presentó un instrumento de medición de frecuencia basado en un chip LSI personalizado fabricado por HP que utiliza lógica de inyección integrada (I2L) para un bajo consumo de energía y alta densidad, lo que permite el funcionamiento portátil con batería, y también algunos circuitos de lógica de función de emisor (EFL) donde se necesita alta velocidad en su HP 5315A/B. ^{[ 5 ]}

• Savard, John JG (2018) [2005]. "De qué están hechas las computadoras" . quadibloc . Archivado del original el 2 de julio de 2018. Recuperado el 16 de julio de 2018 .