射極跟隨器輸出電路及靜態功耗計算

圖2.9舉例說明了一個ECL或GAAS射極跟隨器輸出電路。該電路在HI和LO兩個狀態都有電流流過。

對于10KH和10G產品系列，兩者的邏輯HI和LO輸出電壓都是相近的，盡管不同的ECL和GAAS射極耦合邏輯系列在溫度軌跡特性上存在細微的判別。這些邏輯電路通常采用-5.2的電源供電。高電平輸出（多數情況下是正的）標稱值為-0.9V，而低電平輸出為-1.7V。

射極耦合邏輯電路需要有一個下拉電阻，通常用來端接到-5.2V或者中間電壓-2.0V。這里我們介紹一下這兩種情況下的計算。

當輸出電壓通過一個戴維南等效電阻R下拉至VT時：

由-5.2V供電的ECL邏輯電路通過電阻R下拉至-5.2V時，代入這些數值，上式可簡化為：

VCC=0（正電壓）

VHI=-0.9（標稱邏輯高電平）

VLO=-1.7（標稱邏輯低電平）

VT=-5.2（下拉電壓）

P靜態=4.91/R

同樣的電路通過電阻R下拉至-2.0V時，式

可以簡化為：

VCC=0（正電壓）

VHI=0.9（標準邏輯高電平）

VLO=-1.7（標稱邏輯低電平）

VT=-2.0（下拉電壓）

P靜態=0.75/R

對于相同的電阻值，使用-2.0V端接時表現出明顯的功耗優勢。這是因為當電源電壓被下拉到-2.0V時，下拉電阻汲取電流也較小。小電流意味著低功耗。較小的電流還意味著電路從HI轉換到LO時需要更長的下降時間。

由于輸出電路是一個射隨器，上升時間不受下拉電流的影響。圖2.9中標明了10KH系列的ECL邏輯晶體管Q1的發射極等效串聯電阻RE的阻值約等于7歐，當給負載電容C充電時，源電流遠大于下拉電流，因此充電時間常數等于它們的乘積：TRC=REC

TRC是輸出電路從低電平狀態上升到高電平的63%時所需的時間。上升到高電平的90%所需的時間將是它的兩倍多一點，簡單RC電路的10~90%上升時間是：

該時間常數，見上式，通常小于晶體管Q1的開啟時間，因此輸出電路的上升時間通常等于晶體管Q1的開啟時間。

在下降沿，晶體管Q1截止，不再有電流流過發射極。只有電容C通過下拉電阻放電，這就是功率和上升時間的關系開始起作用的地方。下降時間直接與電容C放電的速度成正比。功耗與靜態下拉電流成正比。不管下拉電阻是連接到-5.2V，都需要一個大電流迅速地將電容C放電。

圖2.9顯示了電流衰減的波形。在D時刻，晶體管Q1截止。輸出電壓在時間常數RPDC內衰減至電壓VT。在E時刻，電壓已降到VLO，而晶體管Q1開始翻轉，阻止了輸出電壓的進一步衰減，電壓始終保持在VLO。

如果Q1完全截止，從10%到90%的下降時間是：

見上式1，當時間常數元小于晶體管Q1的截止時間時，下降時間可以認為約等于Q1的截止時間。附錄B中更精確地說明了如何將幾個單獨的上升時間合并為總的上升或下降時間。

采用-5.2V供電的ECL電路通過電阻RPD下拉至-5.2V時，代入以下數值，上式1的下拉時間可以簡化為：

為了得到相同的下降時間，-2.0V下拉電路要求采用的下拉電阻比-5.2V電路中的阻值更小。一旦選擇用電阻來補償上升時間，下式中得到的功耗數值也大致相等。

不管是-5.2V還是-2.0V端接，在功率或速度方面的優勢都不是非常大，僅僅是電阻的阻值不同而已。

采用-5.2V下拉電路的優點是不需要單獨的電源。從另一方面來說，采用-2.0V下拉電路的優點是正好作為一個端接器連接在傳輸線的末端。對于采用-2.0V的ECL邏輯電路，下拉電阻的合理取值范圍是5.0-100歐，大致與實際的傳輸線阻抗范圍相同。對于采用-5.2V的ECL邏輯電路，端接電阻的合理取值范圍在330~680歐，比-2.0V電路的阻值要高6倍。過高的電阻使其不適合用做端接器。

對于任何電路，減小電阻阻值將消耗更多的功率，同時也減少了下降時間。下降時間相同的前提下，兩種電路所消耗的功率也基本相同。