射极跟随器输出电路及静态功耗计算

射极跟随器输出电路及静态功耗计算

图2.9举例说明了一个ECL或GAAS射极跟随器输出电路。该电路在HI和LO两个状态都有电流流过。

对于10KH和10G产品系列，两者的逻辑HI和LO输出电压都是相近的，尽管不同的ECL和GAAS射极耦合逻辑系列在温度轨迹特性上存在细微的判别。这些逻辑电路通常采用-5.2的电源供电。高电平输出（多数情况下是正的）标称值为-0.9V，而低电平输出为-1.7V。

射极耦合逻辑电路需要有一个下拉电阻，通常用来端接到-5.2V或者中间电压-2.0V。这里我们介绍一下这两种情况下的计算。

当输出电压通过一个戴维南等效电阻R下拉至VT时：

由-5.2V供电的ECL逻辑电路通过电阻R下拉至-5.2V时，代入这些数值，上式可简化为：

VCC=0（正电压）

VHI=-0.9（标称逻辑高电平）

VLO=-1.7（标称逻辑低电平）

VT=-5.2（下拉电压）

P静态=4.91/R

同样的电路通过电阻R下拉至-2.0V时，式

可以简化为：

VCC=0（正电压）

VHI=0.9（标准逻辑高电平）

VLO=-1.7（标称逻辑低电平）

VT=-2.0（下拉电压）

P静态=0.75/R

对于相同的电阻值，使用-2.0V端接时表现出明显的功耗优势。这是因为当电源电压被下拉到-2.0V时，下拉电阻汲取电流也较小。小电流意味着低功耗。较小的电流还意味着电路从HI转换到LO时需要更长的下降时间。

由于输出电路是一个射随器，上升时间不受下拉电流的影响。图2.9中标明了10KH系列的ECL逻辑晶体管Q1的发射极等效串联电阻RE的阻值约等于7欧，当给负载电容C充电时，源电流远大于下拉电流，因此充电时间常数等于它们的乘积：TRC=REC

TRC是输出电路从低电平状态上升到高电平的63%时所需的时间。上升到高电平的90%所需的时间将是它的两倍多一点，简单RC电路的10~90%上升时间是：

该时间常数，见上式，通常小于晶体管Q1的开启时间，因此输出电路的上升时间通常等于晶体管Q1的开启时间。

在下降沿，晶体管Q1截止，不再有电流流过发射极。只有电容C通过下拉电阻放电，这就是功率和上升时间的关系开始起作用的地方。下降时间直接与电容C放电的速度成正比。功耗与静态下拉电流成正比。不管下拉电阻是连接到-5.2V，都需要一个大电流迅速地将电容C放电。

图2.9显示了电流衰减的波形。在D时刻，晶体管Q1截止。输出电压在时间常数RPDC内衰减至电压VT。在E时刻，电压已降到VLO，而晶体管Q1开始翻转，阻止了输出电压的进一步衰减，电压始终保持在VLO。

如果Q1完全截止，从10%到90%的下降时间是：

见上式1，当时间常数元小于晶体管Q1的截止时间时，下降时间可以认为约等于Q1的截止时间。附录B中更精确地说明了如何将几个单独的上升时间合并为总的上升或下降时间。

采用-5.2V供电的ECL电路通过电阻RPD下拉至-5.2V时，代入以下数值，上式1的下拉时间可以简化为：

为了得到相同的下降时间，-2.0V下拉电路要求采用的下拉电阻比-5.2V电路中的阻值更小。一旦选择用电阻来补偿上升时间，下式中得到的功耗数值也大致相等。

不管是-5.2V还是-2.0V端接，在功率或速度方面的优势都不是非常大，仅仅是电阻的阻值不同而已。

采用-5.2V下拉电路的优点是不需要单独的电源。从另一方面来说，采用-2.0V下拉电路的优点是正好作为一个端接器连接在传输线的末端。对于采用-2.0V的ECL逻辑电路，下拉电阻的合理取值范围是5.0-100欧，大致与实际的传输线阻抗范围相同。对于采用-5.2V的ECL逻辑电路，端接电阻的合理取值范围在330~680欧，比-2.0V电路的阻值要高6倍。过高的电阻使其不适合用做端接器。

对于任何电路，减小电阻阻值将消耗更多的功率，同时也减少了下降时间。下降时间相同的前提下，两种电路所消耗的功率也基本相同。