La lógica de inyección integrada ( IIL , I2L o I2L ) es una clase de circuitos digitales construidos con transistores de unión bipolar (BJT) de colector múltiple. [1] Cuando se introdujo, tenía una velocidad comparable a TTL pero era casi tan baja en consumo como CMOS , lo que la 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 compuerta inversora 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 se fusionan. Se suministra un pequeño voltaje (alrededor de 1 voltio) al emisor del transistor de fuente de corriente para controlar la corriente suministrada al transistor inversor. Los transistores se utilizan para fuentes de corriente en circuitos integrados porque son mucho más pequeños que las resistencias.
Como el inversor es un colector abierto, se puede realizar una operación AND 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 compuertas se pueden construir de manera muy simple con solo una capa de metal de interconexión.
En una implementación discreta de un circuito I2L, los transistores NPN bipolares con múltiples colectores se pueden reemplazar por 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 de fuente de corriente se puede reemplazar con una resistencia desde la fuente positiva hasta 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 con emisor común. Normalmente, un inversor consta de un transistor NPN con el emisor conectado a tierra y la base polarizada con una corriente directa procedente de 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 z alto (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 z alto (nivel lógico alto).
Al igual que en la lógica de transistores acoplados directamente , no hay 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 de z alto (nivel lógico alto), la corriente de polarización fluye a través del transistor hasta el emisor, encendiendo el transistor y permitiendo que el colector absorba corriente (nivel lógico bajo). Debido a que la salida del inversor puede absorber corriente pero no puede generar corriente, es seguro conectar las salidas de varios inversores para formar una compuerta AND cableada. Cuando las salidas de dos inversores están cableadas juntas, el resultado es una compuerta NOR de dos entradas porque la configuración (NO A) AND (NO B) es equivalente a NOT (A OR B) (según el teorema de De Morgan ). Finalmente, la salida de la compuerta NOR es invertida por el inversor IIL en la parte superior derecha del diagrama, el resultado es una compuerta OR de dos entradas.
Debido a la capacitancia parásita interna en los transistores, las corrientes más altas que se originan en 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), se minimizan las pérdidas debido a la carga y descarga de capacitancias parásitas.
La tecnología I2L es relativamente sencilla de construir en un circuito integrado y se utilizaba comúnmente antes de la llegada de la lógica CMOS por parte de 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 utilizaba tecnología I2L. A finales de los años 70, RCA utilizó I²L en su circuito integrado CA3162 ADC de 3 dígitos. 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 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]