La lógica de inyección integrada ( IIL , I 2 L o I2L ) es una clase de circuitos digitales construidos con transistores de unión bipolar de colector múltiple (BJT). [1] Cuando se presentó, tenía una velocidad comparable a TTL pero era casi tan bajo consumo como CMOS , lo que lo hacía ideal para su uso en circuitos integrados VLSI (y más grandes) . Las puertas se pueden hacer 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 con corriente en lugar de voltaje. I2L fue desarrollado en 1971 por Siegfried K. Wiedmann y Horst H. Berger, quienes originalmente lo llamaron lógica de transistores fusionados (MTL). [2] Una desventaja de esta familia lógica es que las puertas consumen energía cuando no conmutan, a diferencia de CMOS.
La puerta del inversor I2L está construida con un transistor de fuente de corriente de base común PNP y un transistor inversor de colector abierto de emisor común NPN (es decir, están conectados a GND). En una oblea, estos dos transistores están fusionados. Se suministra un pequeño voltaje (alrededor de 1 voltio) al emisor del transistor fuente de corriente para controlar la corriente suministrada al transistor inversor. Los transistores se utilizan como fuentes de corriente en circuitos integrados porque son mucho más pequeños que las resistencias.
Debido a que el inversor es de colector abierto, se puede realizar una operación Y cableada conectando una salida de cada una de dos o más compuertas juntas. Por lo tanto, la distribución en abanico de una salida utilizada de esa manera es una. Sin embargo, se pueden producir salidas adicionales agregando más colectores al transistor inversor. Las puertas se pueden construir de forma muy sencilla con una sola capa de metal interconectado.
En una implementación discreta de un circuito I2L, los transistores NPN bipolares con múltiples colectores se pueden reemplazar con múltiples transistores NPN discretos de 3 terminales conectados en paralelo con sus bases conectadas entre sí y sus emisores conectados de la misma manera. El transistor fuente de corriente se puede reemplazar con una resistencia del suministro positivo a la base del transistor inversor, ya que las resistencias discretas son más pequeñas y menos costosas que los transistores discretos.
De manera similar, el transistor inyector de corriente PNP fusionado y el transistor inversor NPN se pueden implementar como componentes discretos separados.
El corazón de un circuito I2L es el inversor de colector abierto de emisor común. Normalmente, un inversor consta de un transistor NPN con el emisor conectado a tierra y la base polarizada con una corriente directa desde la fuente de corriente. La entrada se suministra a la base como un sumidero de corriente (nivel lógico bajo) o como una condición flotante de alta z (nivel lógico alto). La salida de un inversor está en el colector. Del mismo modo, es un sumidero de corriente (nivel lógico bajo) o una condición flotante de alta z (nivel lógico alto).
Al igual que la lógica de transistores de acoplamiento directo , no hay ninguna resistencia entre la salida (colector) de un transistor NPN y la entrada (base) del siguiente transistor.
Para entender cómo funciona el 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 flota (nivel lógico alto). Si la corriente de polarización no se deriva a tierra porque la entrada es alta-z (nivel lógico alto), la corriente de polarización fluye a través del transistor hasta el emisor, enciende el transistor y permite que el colector absorba la corriente (nivel lógico bajo). . Debido a que la salida del inversor puede absorber corriente pero no generar corriente, es seguro conectar las salidas de varios inversores entre sí para formar una puerta AND cableada. Cuando las salidas de dos inversores se conectan entre sí, el resultado es una puerta NOR de dos entradas porque 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 NOR se invierte mediante el inversor IIL en la parte superior derecha del diagrama, el resultado es una puerta OR de dos entradas.
Debido a la capacitancia parásita interna en los transistores, las corrientes más altas provenientes de 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 de lógica bipolar (alrededor de 0,5 voltios en lugar de alrededor de 3,3 o 5 voltios), se minimizan las pérdidas debidas a la carga y descarga de capacitancias parásitas.
I2L es relativamente sencillo de construir en un circuito integrado y se utilizaba habitualmente 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 introdujo la CPU SBP0400 que 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 introdujo 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 con batería portátil, y también algunos circuitos de lógica de función de emisor (EFL) donde Se necesita alta velocidad en su HP 5315A/B. [5]