5.4 EMITTER COUPLED LOGIC (ECL)

 


1. Tujuan [Kembali]

  •  Mengetahui apa itu ECL
  • Dapat membuat rangkaian dari komponen ECL


2. Alat dan Bahan [Kembali]

   a. Resistor

Gambar Resistor

        Klasisfikasi resistor :

            
            a) Fixed resistor (nilai resistansi yang tetap)

             1. Carbon composition resistor (resistor komposisi karbon) : nilai resistansinya berkisar dari 1Ω sampai  200MΩ dengan daya 1/10W sampai 2W
            2. Carbon fim resistor (resistor karbon film) : nilai resistansiya berkisar dari 1Ω sampai 10MΩ dengan daya 1/6W sampai 5W. Dapat bekerja di suhu yang berkisar dari -55°C hingga 155°C             
            3. Metal film resistor (Resistor fillm logam) : nilai resistansinya dipengaruhi oleh panjang, lebar dan ketebalan spiral logam              
                     
             b) Variabel resistor ( nilai resistansinya dapat berubah dan diatur)

               1. Potensiometer : nilai resistansinya tertulis di badan potensiometer dalam bentuk kode angka
               2. Rheostat : dapat beroperasi pada pada tegangan arus yang tinggi
               3. Preset Resistor (Trimpot) : berfungsi seperti potensiometer tetapi memiliki ukuran yang lebih kecil dan tidak memiliki tuas

             c) Thermistor/Thermal Resistor (nilai resistansinya dapat dipengaruhi oleh suhu)

               1. Thermistor NTC (Negative Temperature Coofficient) : perubahan suhu berbanding terbalik terhadap perubahan resistansi
               2. Thermistor PTC (Positive Temperarture Coefficient) : perubahan suhu berbanding lurus terhadap perubahan resistansi

        Datasheet Resistor 





         b. Transistor

Gambar Transistor



Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, di mana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

 Tegangan konstruksi dan terminal untuk transistor NPN bipolar ditunjukkan di atas. Tegangan antara Base dan Emitter ( VBE ), positif di Base dan negatif di Emitter karena untuk transistor NPN, terminal Base selalu positif sehubungan dengan Emitter. Tegangan supply Collector juga positif sehubungan dengan Emitter ( VCE ). Jadi untuk transistor NPN bipolar untuk menjalankan Collector selalu lebih positif terhadap Base dan Emitte

karakteristik transistor:

1. DC current gain maksimal 800

2. Arus colector continu (Ic) 100 mA

3. Tegangan base emitter (Vbe) 6V

4. Arus base maksimal 5mA


           c. Dioda


           Dioda (Diode) adalah Komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam Rangkaian Elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda (terminal) yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) dan memiliki prinsip kerja yang berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor yaitu dapat mengalirkan arus dari sisi tipe-p (Anoda) menuju ke sisi tipe-n (Katoda) tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.


Gambar Dioda
        Berdasarkan Fungsi Dioda, Dioda dapat dibagi menjadi beberapa Jenis, diantaranya adalah :
  • Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.
  • Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan.
  • Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu penerangan
  • Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya
  • Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali

          Gambar dibawah ini menunjukan bahwa Dioda merupakan komponen Elektronika aktif yang terdiri dari 2 tipe bahan yaitu bahan tipe-p dan tipe-n :



          


Untuk dapat memperjelas prinsip kerja Dioda dalam menghantarkan dan menghambat aliran arus listrik, dibawah ini adalah rangkaian dasar contoh pemasangan dan penggunaan Dioda dalam sebuah rangkaian Elektronika.


karakteristik dioda:


4. Gerbang or

 

OR adalah suatu gerbang yang bertujuan untuk menghasilkan logika output berlogika 0 apabila semua inputnya berlogika 0 dan sebaliknya output berlogika 1 apabila salah satu, sebagian atau semua inputnya berlogika 1.

Image result for gambar pin gerbang or  Image result for or

7432   

simbol gerbang or pada proteus:

     

karakteristik gerbang or:

Gerbang OR memiliki karakteristik “memihak 1”, di mana karakteristik logikanya akan selalu mengeluarkan hasil output bernilai 1 apabila ada satu saja input yang bernilai 1.

5. Gerbang and

AND adalah suatu gerbang yang bertujuan untuk menghasilkan logika output berlogika 0 apabila salah satu, sebagian atau semua inputnya berlogika 0 dan sebaliknya output berlogika 1 apabila semua inputnya berlogika 1.

Image result for pin gerbang andImage result for pin and 7408

simbol gerbang and pada proteus:

karakteristik gerbang and:

Gerbang AND memiliki karakteristik logika di mana jika input yang masuk adalah bernilai 0, maka hasil outputnya pasti akan bernilai 0. Jika kedua input diberi nilai 1, maka hasil output akan bernilai 1 pula.


3. Dasar Teori [Kembali]


Gambar IC ECL


Gambar Rangkaian ECL

ECL adalah logika tercepat dalam kelompok keluarga logika bipolar. Fitur karakteristik yang memberikan ECL  kecepatan tinggi atau penundaan propagasi pendek adalah:

1.logika yang tidak jenuh. Artinya, transistor dalam logika ini selalu dioperasikan di wilayah aktif dari karakteristiknya dimana logika status LOW dan HIGH sesuai dengan status konduksi yang berbeda dari berbagai transistor bipolar.

2. Ayunan logika, yaitu, perbedaan level tegangan yang sesuai dengan logika status LOW dan HIGH, dijaga tetap kecil (biasanya 0,85 V), dengan kapasitansi keluaran diisi dan dikeluarkan oleh relatif yang jauh lebih kecil perbedaan tegangan.

3. Arus rangkaian relatif tinggi dan impedansi keluarannya rendah, sehingga kapasitansi keluaran dapat diisi dan dilepaskan dengan cepat.

A. Different Subfamilies

Subfamili logika ECL yaitu MECL-I, MECL-II, MECL-III, MECL 10K, MECL 10H dan MECL 10E.

1. MECL-I, MECL-II, dan MECL-III seri

MECL-I adalah keluarga logika gabungan emitor monolitik pertama. Kemudian diikuti oleh MECL-II Kedua keluarga logika digantikan oleh MECL-III (juga disebut seri MC1600). Dengan penundaan propagasi urutan 1 ns dan frekuensi sakelar flip-flop 500 MHz, MECL-III digunakan dalam sistem berkecepatan tinggi berkinerja tinggi.

Karakteristik dasar MECL-III adalah sebagai berikut: 

     a. delay propagasi gerbang = 1 ns;

     b. kecepatan tepi keluaran (waktu naik turunnya transisi keluaran) = 1 ns; 

     c. frekuensi sakelar flip-flop = 500 MHz;

    d. jarak daya per gerbang = 50 mW; 

    e. kecepatan-daya produk = 60 pJ; 

    f. tegangan input = 0 – V EE (V. EE adalah tegangan suplai negatif); 

    g. kisaran catu daya negatif (untuk V. CC= 0) = - 5.1V ke - 5,3 V; 

    h. arus sumber keluaran kontinu (maks.) = 40 mA; 

    i. sumber keluaran lonjakan arus (maks.) = 80 mA; 

    j. kisaran suhu operasi = - 30 ° C sampai +85 ° C.

2. MECL 10K seri

Fitur penting dari perangkat MECL-10K adalah kompatibel dengan perangkat MECL-III, yang memfasilitasi penggunaan perangkat dari dua keluarga dalam sistem yang sama. Peningkatan penundaan propagasi 2 ns dimana MECL-10K hadir dengan pengurangan disipasi daya, yang kurang dari setengah disipasi daya pada perangkat keluarga MECL-III. 

Karakteristik dasar MECL-10K adalah sebagai berikut: 

    a. delay propagasi gerbang = 2 ns (Seri 10100) dan 1,5 ns (seri 10200); 

    b. kecepatan tepi keluaran = 3,5 ns (seri 10100) dan 2,5 ns (10200 seri); 

    c. frekuensi toggle flip-flop = 125MHz (min.) pada seri 10100 dan 200MHz (min.) pada seri 10200;

    d. disipasi daya per gerbang = 25 mW;

    e.  kecepatan daya produk = 50 pJ (seri 10100) dan 37 pJ (seri 10200); 

    f. tegangan input = 0 – V EE ( V. EE adalah tegangan suplai negatif); 

    g. kisaran catu daya negatif (untuk V. CC= 0) = - 4.68 hingga - 5,72 V; 

    h. arus sumber keluaran kontinu (maks.) = 50 mA; 

    i. lonjakan arus sumber keluaran (maks.) = 100mA; 

    j. kisaran suhu operasi = - 30 ° C sampai +85 ° C.

3. MECL 10H seri

MECL-10H menggabungkan keunggulan kecepatan tinggi MECL-III dengan disipasi daya yang lebih rendah dari MECL-10K. Didukung oleh penundaan propagasi 1 ns dan disipasi daya 25mW per gerbang, MECL-10H memiliki spesifikasi kecepatan-daya terbaik di semua subfamili ECL. Banyak dari perangkat MECL-10H yang merupakan pengganti pinout / fungsional dari perangkat seri MECL-10K, yang memungkinkan pengguna atau perancang untuk meningkatkan kinerja sistem yang ada dengan meningkatkan kecepatan di area waktu kritis.

Karakteristik dasar MECL-10H adalah sebagai berikut: 

    a. delay propagasi gerbang = 1 ns;

    b. kecepatan tepi keluaran = 1 ns; 

    c. frekuensi toggle flip-flop = 250MHz (min.); 

    d. disipasi daya per gerbang = 25 mW;

    e. kecepatandaya produk = 25 pJ; 

    f. tegangan input = 0 – V EE ( V. EE adalah tegangan suplai negatif); 

    g. kisaran catu daya negatif(untuk V. CC= 0) = - 4.94 sampai - 5,46 V; 

    h. sumber keluaran berkelanjutan arus (maks.) = 50 mA; 

    i. lonjakan arus sumber keluaran (maks.) = 100 mA; 

    j. kisaran suhu pengoperasian = 0 ° C hingga + 75 ° C.

4. MECL 10E seri

ECLinPSTM memiliki penundaan propagasi orde 0,5 ns. Memiliki penundaan propagasi urutan 0,2 ns. Rangkaian perangkat ECLPro™ adalah jajaran logika ECL kinerja tinggi yang berkembang pesat, menawarkan peningkatan kecepatan yang signifikan dibandingkan dengan ECLinPSLite TM perangkat.

B. Implementasi Gerbang Logika di ECL

OR / NOR adalah gerbang logika fundamental dari keluarga ECL. 

gambar 5.32 OR/NOR pada ECL


Gambar diatas menunjukkan skema internal tipikal gerbang OR /NOR dalam keluarga MECL seri 10K. Rangkaian ini pada dasarnya terdiri dari rangkaian masukan penguat diferensial dengan satu sisi pasangan diferensial yang memiliki beberapa transistor tergantung pada jumlah masukan ke gerbang, jaringan bias yang dikompensasi tegangan dan suhu, serta keluaran pengikut emitor. 

Nilai tipikal tegangan catu daya adalah V. CC= 0 dan V EE = - 5.2 V. Level logika nominal adalah logika LOW = logika '0' = - 1,75 V dan logika TINGGI = logika '1' = - 0,9 V. Rangkaian tersebut berfungsi sebagai berikut jaringan bias yang dikonfigurasi di sekitar transistor Q. 6 menghasilkan tegangan biasanya - 1.29V di terminal emitornya. Mengarah ke tegangan - 2.09V di persimpangan semua terminal emitor berbagai transistor dalam penguat diferensial, dengan asumsi 0.8V menjadi tegangan persimpangan P – N bias maju yang diperlukan. Asumsikan bahwa semua input berada dalam keadaan logika '0', yaitu tegangan pada terminal basis dari berbagai transistor input adalah - 1,75V. Ini berarti transistor Q 1, Q 2, Q 3 dan Q 4 akan tetap terputus karena sambungan basis-emitornya tidak bisa maju oleh tegangan yang diperlukan. Dimana transistor Q 7 sedang menghasilkan output logika '0', dan transistor Q 8 terputus, menghasilkan keluaran logika '1'.

Ini menjelaskan bagaimana skema dasar ini berfungsi sebagai gerbang OR / NOR. Aksi diferensial dari transistor switching (di mana satu bagian ON sementara yang lain OFF) mengarah pada ketersediaan sinyal komplementer secara simultan pada output. 

Gambar Karakteristik Input/Output Pada ECL


Gambar diatas menunjukkan simbol sirkuit dan karakteristik switching dari gerbang ECL. Perangkat ECL positif (disebut PECL) yang beroperasi pada + 5V dan ground juga tersedia. Saat digunakan dalam mode PECL, perangkat ECL harus memiliki parameter input / output DC yang disesuaikan untuk pengoperasian yang benar. Parameter PECL DC dapat dihitung dengan menambahkan level ECL ke V baru CC.Perubahan tegangan pada ECL kecil, sebagian besar diatur oleh V. Menjadi berbagai transistor konduksi. Besarnya arus yang mengalir melalui berbagai transistor konduksi memiliki relevansi yang lebih besar dengan pengoperasian rangkaian ECL.

C. Fitur Penting ECL

Ada banyak fitur yang dimiliki oleh perangkat keluarga MECL yaitu:

1. Perangkat keluarga ECL menghasilkan output yang benar dan saling melengkapi secara bersamaan pada output tanpa menggunakan inverter eksternal. 

2. Struktur gerbang ECL secara inheren memiliki impedansi masukan yang tinggi dan impedansi keluaran yang rendah, yang sangat kondusif untuk mencapai kemampuan kipas dan penggerak yang besar.

3. Perangkat ECL dengan keluaran emitor terbuka memungkinkannya memiliki kemampuan penggerak saluran transmisi. Outputnya cocok dengan impedansi saluran apa pun. Juga, tidak adanya resistor pull-down menghemat daya.

4. Perangkat ECL menghasilkan pengurasan arus yang hampir konstan pada catu daya, yang menyederhanakan desain catu daya.

5. Karena desain penguat diferensial, perangkat ECL menawarkan fleksibilitas kinerja yang luas, yang memungkinkan rangkaian ECL digunakan baik sebagai rangkaian linier maupun sebagai rangkaian digital.

6. Pemutusan input yang tidak digunakan itu mudah. Resistor sekitar 50 kohm memungkinkan input yang tidak digunakan tetap tidak terhubung.

4. Percobaan [Kembali] 

4.1 Prosedur Percobaan [Kembali]

    (1) Buka aplikasi Poteus
    (2) Siapkan alat dan bahan yang di perlukan pada library proteus yaitu resistor, transistor dan dioda
    (3) Rangkai setiap komponen
    (4) Simulasikan rangkaian

4.2 Rangkaian Simulasi [Kembali]
          
            a. Rangkaian
              
Gambar Rangkaian ECL pada Proteus


            b. Prinsip Kerja
                Inti rangkaian pada dasarnya terdiri dari sebuah rangkaian input differential amplifier dengan satu sisi sepasang diferensial memiliki beberapa transistor tergantung pada jumlah input ke gerbang, - kompensasi  bias network, tegangan dan suhu, dan keluaran emitter follower. Nilai khas dari tegangan suplai  adalah VCC = 0 dan VEE = −5.2 V. Level logika nominal adalah logika RENDAH = logika ‘0’ = −1.75 V dan logika TINGGI = logika ‘1’ = −0.9 V, dengan asumsi sistem logika positif.
Bias network dikonfigurasi di sekitar transistor Q6 menghasilkan tegangan −1,29 V pada terminal emitter nya. Ini mengarah ke tegangan -2.09 V di semua hubungan terminal emitter dari berbagai transistor dalam differential amplifier, dengan asumsi 0,8 V menjadi tegangan forward-bias sambungan P – N. Sekarang, mari kita asumsikan bahwa semua input dalam keadaan logika ‘0’, yaitu tegangan pada pangkalan terminal dari berbagai transistor input adalah -1,75 V. Ini berarti bahwa transistor Q1, Q2, Q3 dan Q4 akan tetap berada dalam cut-off karena sambungan basis-emitternya tidak forward-bias. Ini membuat kita mengatakan bahwa transistor Q7 sedang conduct sehingga menghasilkan output logika '0', dan transistor Q8 dalam cut-off, menghasilkan output logika '1'.
Pada langkah berikutnya, mari kita lihat apa yang terjadi jika ada satu atau semua input didorong ke status logika '1', yaitu, tegangan nominal −0.9 V diberikan pada input. Tegangan diferensial basis-emitter transistor Q1 – Q4 melebihi ambang batas forward-bias yang dibutuhkan dengan begitu transistor conduct. Hal ini menyebabkan peningkatan tegangan pada terminal common-emitter yang menjadi sekitar -1.7 V sehingga terminal common-emitter sekarang 0,8 V lebih negatif daripada tegangan terminal basis. Melalui kenaikan tegangan terminal common-emitter, tegangan diferensial base-emitter dari Q5 menjadi 0,31 V, mendorong Q5 untuk cut-off. Terminal emitor Q7 dan Q8 masing-masing menjadi  logika ‘1’ dan logika ‘0’.
          Jadi, rangkaian emitter coupled logic ini adalah gabungan dari gerbang logika OR dan gerbang logika NOR. 

   4.3 Video Simulasi [Kembali]
            



5. Example [Kembali]

1. Gambar dibawah ini menunjukkan rangkaian...
    jawab : internal tipikal gerbang OR /NOR dalam keluarga MECL seri 10K.

2. Apa karakteristik dari MECL-10K?
    jawab: a. delay propagasi gerbang = 2 ns (Seri 10100) dan 1,5 ns (seri 10200);
                b. kecepatan tepi keluaran = 3,5 ns (seri 10100) dan 2,5 ns (10200 seri);
                c. frekuensi toggle flip-flop = 125MHz (min.) pada seri 10100 dan 200MHz (min.) pada                        seri 10200;
                d. disipasi daya per gerbang = 25 mW;
                e. kecepatan daya produk = 50 pJ (seri 10100) dan 37 pJ (seri 10200);
                f. tegangan input = 0 – V EE ( V. EE adalah tegangan suplai negatif);
                g. kisaran catu daya negatif (untuk V. CC= 0) = - 4.68 hingga - 5,72 V;
                h. arus sumber keluaran kontinu (maks.) = 50 mA;
                i. lonjakan arus sumber keluaran (maks.) = 100mA;
                j. kisaran suhu operasi = - 30 ° C sampai +85 ° C.

6. Problem [Kembali]

1. Fitur karakteristik yang memberikan ECL kecepatan tinggi atau penundaan propagasi pendek adalah?

jawab : 1. logika yang tidak jenuh
             2. Ayunan logika 
             3. Arus rangkaian relatif tinggi dan impedansi keluarannya rendah

2. Gambarkanlah karakteristik input output ECL
jawab :

7. Multiple Choice [Kembali]

1. Dibawah ini manakah yang termasuk karakteristik MECL-III?

    1. kecepatan-daya produk = 60 pJ;
    2. arus sumber keluaran kontinu (maks.) = 50 mA;
    3. arus sumber keluaran kontinu (maks.) = 40 mA;
    4. lonjakan arus sumber keluaran (maks.) = 100 mA;
    5. frekuensi sakelar flip-flop = 500 MHz;

    a. 1, 2 dan 3
    b. 1, 3 dan 5
    c. 3, 4 dan 5
    d. 2, 3 dan 4
    jawab : B

2. Fitur penting yang dimiliki oleh perangkat keluarga MECL adalah...
    a. Perangkat keluarga ECL menghasilkan output yang benar dan saling tidak melengkapi secara                 bersamaan pada output dengan menggunakan inverter eksternal.
    b. Struktur gerbang ECL secara inheren memiliki impedansi masukan yang rendah dan impedansi             keluaran yang rendah, yang sangat kondusif untuk mencapai kemampuan kipas dan penggerak             yang besar.
    c. Perangkat ECL dengan keluaran emitor terbuka memungkinkannya memiliki kemampuan                       penggerak saluran transmisi. Outputnya cocok dengan impedansi saluran apa pun. Juga, tidak                 adanya resistor pull-down menghemat daya.
    d. Perangkat ECL menghasilkan pengurasan arus yang besar pada catu daya, yang menyederhanakan         desain catu daya.
    jawab : C


8. Download File [Kembali]


Tidak ada komentar:

Posting Komentar

BAHAN PRESENTASI UNTUK MATA KULIAH SISTEM DIGITAL TAHUN AJARAN SEMESTER GENAP 2020-2021 SISTEM DIGITAL B OLEH Tasya Rahmatika Nadrah 1910952...