منطق الحقن المتكامل

منطق الحقن المتكامل ( I2L ) هو فئة من الدوائر الرقمية المبنية باستخدام ^{ترانزستورات} ثنائية القطب متعددة المجمعات (BJT). [ 1 ^{] عند} ظهوره ، كان يتمتع بسرعة مماثلة لـ TTL، ^ومع ذلك كان استهلاكه للطاقة منخفضًا تقريبًا مثل CMOS ، مما جعله مثاليًا للاستخدام في الدوائر المتكاملة واسعة النطاق (VLSI ) (والأكبر حجمًا) . يمكن تصغير حجم البوابات في هذه العائلة المنطقية مقارنةً بـ CMOS لعدم الحاجة إلى ترانزستورات تكميلية. على الرغم من تقارب مستويات جهد المنطق (عالي: 0.7 فولت، منخفض: 0.2 فولت)، يتميز I2L بمقاومة عالية للتشويش لأنه يعمل بالتيار بدلًا من الجهد. طُوّر I2L عام 1971 على يد سيغفريد ك. ويدمان وهورست هـ. بيرغر، اللذين أطلقا عليه في البداية اسم منطق الترانزستور المدمج (MTL). ^{[ 2 ]} من عيوب هذه العائلة المنطقية أن البوابات تستهلك الطاقة حتى في حالة عدم التبديل، على عكس CMOS.

تتكون بوابة العاكس I2L من ترانزستور مصدر تيار ذي قاعدة مشتركة من نوع PNP وترانزستور عاكس ذي باعث مشترك وجامع مفتوح من نوع NPN (أي أنهما متصلان بالأرضي). على رقاقة السيليكون، يُدمج هذان الترانزستوران. يُطبَّق جهد صغير (حوالي 1 فولت) على باعث ترانزستور مصدر التيار للتحكم في التيار المُزوَّد لترانزستور العاكس. تُستخدم الترانزستورات كمصادر للتيار في الدوائر المتكاملة لأنها أصغر بكثير من المقاومات.

نظرًا لأن العاكس ذو مجمع مفتوح، يمكن إجراء عملية AND سلكية بتوصيل مخرج من كل بوابة من بوابتين أو أكثر معًا. وبالتالي ، يكون عدد المخارج المستخدمة بهذه الطريقة واحدًا. مع ذلك، يمكن إنتاج مخارج إضافية بإضافة المزيد من المجمعات إلى ترانزستور العاكس. يمكن بناء البوابات ببساطة شديدة باستخدام طبقة واحدة فقط من المعدن الموصل.

في تطبيق منفصل لدائرة I2L، يمكن استبدال ترانزستورات NPN ثنائية القطب ذات المجمعات المتعددة بترانزستورات NPN منفصلة ثلاثية الأطراف موصولة على التوازي، بحيث تكون قواعدها متصلة ببعضها البعض، وكذلك باعثاتها. ويمكن استبدال ترانزستور مصدر التيار بمقاومة موصولة من مصدر التغذية الموجب إلى قاعدة ترانزستور العاكس، لأن المقاومات المنفصلة أصغر حجمًا وأقل تكلفة من الترانزستورات المنفصلة.

وبالمثل، يمكن تنفيذ ترانزستور حقن التيار PNP المدمج وترانزستور العاكس NPN كمكونات منفصلة.

يُعدّ عاكس الباعث المشترك ذو المجمع المفتوح جوهر دائرة I2L. يتكون العاكس عادةً من ترانزستور NPN، حيث يكون الباعث موصولاً بالأرض، بينما تكون القاعدة منحازة بتيار أمامي من مصدر التيار. يُغذّى المدخل إلى القاعدة إما كمستقبل للتيار (مستوى منطقي منخفض) أو كحالة عائمة عالية المقاومة (مستوى منطقي مرتفع). يكون خرج العاكس عند المجمع، وهو أيضاً إما مستقبل للتيار (مستوى منطقي منخفض) أو حالة عائمة عالية المقاومة (مستوى منطقي مرتفع).

مثل منطق الترانزستور الموصول مباشرة ، لا يوجد مقاوم بين مخرج (جامع) ترانزستور NPN واحد ومدخل (قاعدة) الترانزستور التالي.

لفهم كيفية عمل العاكس، من الضروري فهم تدفق التيار. إذا تم تحويل تيار الانحياز إلى الأرض (مستوى منطقي منخفض)، ينطفئ الترانزستور ويطفو المجمع (مستوى منطقي مرتفع). أما إذا لم يتم تحويل تيار الانحياز إلى الأرض لأن المدخل ذو مقاومة عالية (مستوى منطقي مرتفع)، فإن تيار الانحياز يتدفق عبر الترانزستور إلى الباعث، مما يؤدي إلى تشغيل الترانزستور، ويسمح للمجمع بامتصاص التيار (مستوى منطقي منخفض). ولأن خرج العاكس يمكنه امتصاص التيار ولكنه لا يستطيع تزويده، فمن الآمن توصيل مخارج عدة عواكس معًا لتشكيل بوابة AND سلكية. عند توصيل مخارج عاكسين معًا، تكون النتيجة بوابة NOR ثنائية المدخلات لأن التكوين (NOT A) AND (NOT B) مكافئ لـ NOT (A OR B) (وفقًا لنظرية دي مورغان ). أخيرًا، يتم عكس خرج بوابة NOR بواسطة العاكس IIL في أعلى يمين الرسم التخطيطي، فتكون النتيجة بوابة OR ثنائية المدخلات.

بسبب السعة الطفيلية الداخلية في الترانزستورات، فإن التيارات الأعلى التي يتم توفيرها في قاعدة ترانزستور العاكس تؤدي إلى سرعات تبديل أسرع، وبما أن فرق الجهد بين مستويات المنطق العالية والمنخفضة أصغر بالنسبة لـ I2L مقارنة بعائلات المنطق ثنائي القطب الأخرى (حوالي 0.5 فولت بدلاً من حوالي 3.3 أو 5 فولت)، فإن الخسائر الناتجة عن شحن وتفريغ السعات الطفيلية يتم تقليلها إلى الحد الأدنى.

يُعدّ تصميم I2L بسيطًا نسبيًا على الدوائر المتكاملة ، وكان شائع الاستخدام قبل ظهور منطق CMOS من قِبل شركات مثل موتورولا (التي تُعرف الآن باسم NXP Semiconductors ) ^{[ 3 ]} وتكساس إنسترومنتس . في عام 1975، طرحت شركة سينكلير راديونيكس إحدى أوائل الساعات الرقمية المخصصة للمستهلكين، وهي ساعة بلاك ووتش ، التي استخدمت تقنية I2L. ^{[ 4 ]} وفي عام 1976، طرحت شركة تكساس إنسترومنتس وحدة المعالجة المركزية SBP0400 التي استخدمت تقنية I2L. وفي أواخر السبعينيات، استخدمت شركة RCA تقنية I2L في دارة CA3162 ADC المتكاملة لقياس ثلاثة أرقام. وفي عام 1979، طرحت شركة HP جهاز قياس الترددات القائم على شريحة LSI مخصصة من إنتاجها، والتي تستخدم منطق الحقن المتكامل (I2L) لاستهلاك منخفض للطاقة وكثافة عالية، مما يُمكّن من تشغيلها ببطارية محمولة، بالإضافة إلى بعض دوائر منطق وظيفة الباعث (EFL) حيث تكون السرعة العالية مطلوبة في جهاز HP 5315A/B. ^{[ 5 ]}

• سافارد، جون جي جي (2018) [2005]. "مما تُصنع أجهزة الكمبيوتر" . كوادريبلوك . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2018-07-02 . تم الاسترجاع بتاريخ 2018-07-16 .