Кіріспе
Екі BJT транзисторлы цифрлық логика. Интегралды инъекциялық логика (IIL, I2L немесе I2L) – бірнеше коллекторлы биполярлы тоқталған транзисторлармен (BJT) құрылған цифрлық схемалар класы. Ол қолданысқа енгізілген кезде TTL-ге шамалас жылдамдыққа ие болды, бірақ CMOS-қа қарағанда қуатты тұтынуы төмен болды, бұл оны VLSI (және одан ірі) интегралдық тізбектерде пайдалануға ыңғайлы етті. Бұл логикалық отбасымен есіктерді CMOS-қа қарағанда кішкентайрақ жасауға болады, себебі қосымша транзисторлар қажет емес. Логикалық кернеу деңгейлері өте жақын болғанымен (Жоғары: 0.7В, Төмен: 0.2В), I2L шуға жоғары төзімді, өйткені ол кернеудің орнына токпен жұмыс істейді. I2L 1971 жылы Зигфрид К. Видманн мен Хорст Х. Бергерлер жасаған, олар бастапқыда оны біріктірілген транзистор логикасы (MTL) деп атады. Бұл логикалық отбасының кемшілігі – CMOS-тан айырмашылығы, есіктер ауыспай тұрғанда да қуатты тұтынады.
Integrated injection logic (IIL, I2L, or I2L) is a class of digital circuits built with multiple collector bipolar junction transistors (BJT). When introduced it had speed comparable to TTL yet was almost as low power as CMOS, making it ideal for use in VLSI (and larger) integrated circuits. The gates can be made smaller with this logic family than with CMOS because complementary transistors are not needed. Although the logic voltage levels are very close (High: 0.7V, Low: 0.2V), I2L has high noise immunity because it operates by current instead of voltage. I2L was developed in 1971 by Siegfried K. Wiedmann and Horst H. Berger who originally called it merged transistor logic (MTL). A disadvantage of this logic family is that the gates draw power when not switching unlike with CMOS.
Құрылыс
I2L инверторлық қақпасы PNP ортақ базалық ток көзі транзисторымен және NPN ортақ эмиттерлік ашық коллекторлық инвертор транзисторымен құрастырылған (яғни, олар жерге (GND) қосылған). Дабылға (wafer) орналастырылғанда, бұл екі транзистор біріктіріледі. Инвертор транзисторына берілетін токты басқару үшін ток көзі транзисторының эмиттеріне шамамен 1 вольттық кіші кернеу беріледі. Транзисторлар интегралдық тізбектерде ток көздері ретінде қолданылады, себебі олар резисторлардан әлдеқайда кішкентай. Инвертор ашық коллектор болғандықтан, екі немесе одан көп қақпалардың шығыстарын біріктіру арқылы сымдық "ЖӘНЕ" (AND) операциясын орындауға болады. Осылайша, мұндай жолмен қолданылатын шығыстың таралу коэффициенті (fan-out) біреуге тең. Дегенмен, инвертор транзисторына қосымша коллекторларды қосу арқылы қосымша шығыстар жасауға болады. Қақпалар бір-бірімен байланысқан жалғыз металл қабатын пайдаланып өте қарапайым түрде құрастырылуы мүмкін. I2L тізбегінің дискреттік нұсқасында көп коллекторлы биполярлы NPN транзисторларын, олардың базалары мен эмиттерлері қосылған бірнеше дискретті 3-терминалды NPN транзисторларымен қатар қосып алмастыруға болады. Ток көзі транзисторын инвертор транзисторының базасына оң полярлықтан келетін кедергімен алмастыруға болады, өйткені дискретті кедергілер дискретті транзисторлардан кішкентай және арзан. Сол сияқты, біріктірілген PNP ток инжектор транзисторы мен NPN инвертор транзисторы жеке дискретті компоненттер ретінде де іске асырылуы мүмкін.
Операция
I2L схемасының негізі – жалпы эмиттерлік ашық коллекторлық инвертор. Әдетте, инвертор NPN транзисторынан тұрады, эмиттері жерге қосылған, ал базасы ток көзінен алға бағытталған токпен смещенген. Кіріс базаға ток тұтынушы (төмен логикалық деңгей) немесе жоғары импеданстық (high-Z) күйде (жоғары логикалық деңгей) түсіріледі. Инвертордың шығысы коллекторда орналасқан. Сол сияқты, ол да ток тұтынушы (төмен логикалық деңгей) немесе жоғары импеданстық (high-Z) күйде (жоғары логикалық деңгей) болады. Тікелей байланыстырылған транзисторлық логикадағыдай, бір NPN транзистордың шығысы (коллекторы) мен келесі транзистордың кірісі (базасы) арасында резистор болмайды. Инвертордың жұмыс принципін түсіну үшін ток ағынын түсіну қажет. Егер смещение тогы жерге (төмен логикалық деңгей) өткізілсе, транзистор өшіріледі және коллектор жоғары импеданстық (high-Z) күйде болады (жоғары логикалық деңгей). Егер смещение тогы жерге өткізілмесе, себебі кіріс жоғары импеданстық (high-Z) күйде (жоғары логикалық деңгей) болса, смещение тогы транзистор арқылы эмиттерге ағып, транзисторды қосып, коллектордың ток тұтынуын қамтамасыз етеді (төмен логикалық деңгей). Инвертордың шығысы ток тұтынуға қабілетті, бірақ ток беруге қабілетсіз болғандықтан, бірнеше инвертордың шығыстарын сыммен ЖӘНЕ (AND) логикалық элементін құру үшін қосу қауіпсіз. Екі инвертордың шығыстары бірге сыммен байланыстырылғанда, нәтижесінде екі кірісті ЖОҚ (NOR) логикалық элементі пайда болады, өйткені конфигурация (А-ның ЖОҒЫ) ЖӘНЕ (Б-ның ЖОҒЫ) ЖОҚ (Б-ның ЖОҒЫ) (Де Морган теоремасы бойынша) тең. Соңында, ЖОҚ (NOR) логикалық элементінің шығысы схеманың жоғарғы оң жағындағы IIL инверторымен инверсияланады, нәтижесінде екі кірісті ИЛИ (OR) логикалық элементі пайда болады. Транзисторлардағы ішкі паразиттік сыйымдылыққа байланысты, инвертор транзисторының базасына кіретін жоғары ток жылдамдық ауысу жылдамдықтарын тудырады, ал I2L үшін жоғары және төмен логикалық деңгейлер арасындағы кернеу айырмашылығы басқа биполярлық логикалық отбасыларға қарағанда кішірек болғандықтан (шамамен 0,5 вольт, 3,3 немесе 5 вольт орнына), паразиттік сыйымдылықты зарядтау және разрядтау кезіндегі шығындар азайтылады.
Қолданылуы
I2L интегралдық схемада салыстырмалы түрде құруға оңай, және CMOS логикасы пайда болғанға дейін Motorola (қазіргі NXP Semiconductors) және Texas Instruments сияқты компаниялар кеңінен қолданды. 1975 жылы Sinclair Radionics I2L технологиясын қолданған тұтынушыларға арналған алғашқы сағаттардың бірі – Black Watch-ты таныстырды. 1976 жылы Texas Instruments I2L технологиясын қолданған SBP0400 процессорын таныстырды. 1970 жылдардың соңында RCA өз CA3162 ADC 3 цифрлы көрсеткішінде I²L-ді пайдаланды. 1979 жылы HP, төмен қуат тұтыну мен жоғары тығыздыққа қол жеткізу үшін интегралды инъекциялық логиканы (I2L) қолданған, HP өндірісіндегі арнайы LSI чипіне негізделген жиілік өлшеу құралын ұсынды, бұл портативті батареямен жұмыс істеуге мүмкіндік берді, сондай-ақ оның HP 5315A/B құрылғысында жоғары жылдамдық қажет болатын жерлерде эмитерлік функциялық логика (EFL) схемаларын да қолданды.