ECL

La logique à couplage d'émetteur (ECL) est une famille de circuits numériques construite sur des transistors à jonction bipolaire configurés en topologie de paire différentielle. Au lieu de commuter les transistors complètement à l'état passant ou bloqué comme le TTL ou le CMOS, les transistors ECL fonctionnent dans une région linéaire où ils sont toujours conducteurs. Le courant circule d'un transistor à l'autre dans la paire, et la sortie est prise aux émetteurs. Cette conception produit des transitions de signal remarquablement rapides, typiquement de 1 à 2 nanosecondes, faisant de l'ECL la famille logique à usage général la plus rapide jamais fabriquée.

La vitesse provient d'un avantage fondamental : parce que les transistors ne saturent jamais, il n'y a pas de délai de stockage de charge à surmonter lors du changement d'état. La contrepartie est une consommation d'énergie élevée, typiquement de 25 à 50 milliwatts par porte, et des marges de tension étroites. L'ECL fonctionne sur des rails d'alimentation négatifs (typiquement moins 5,2 volts) avec la masse comme autre rail. Les oscillations de tension de sortie sont faibles, environ 800 millivolts, ce qui maintient des marges de bruit serrées et exige une disposition de carte et une terminaison soignées.

Quand l'ECL dominait, et où elle survit

L'ECL a atteint son apogée dans les années 1980 et au début des années 1990 dans les ordinateurs haute performance, en particulier les supercalculateurs, les mainframes et les systèmes militaires où la vitesse brute justifiait les coûts énergétiques et l'espace sur les cartes. Motorola et Fairchild ont fourni les principales familles. À mesure que la technologie CMOS a évolué et que les fréquences d'horloge ont augmenté, l'écart s'est réduit. Aujourd'hui, l'ECL est largement obsolète dans les nouvelles conceptions, supplantée par les familles CMOS qui fonctionnent maintenant à des vitesses gigahertz tout en consommant moins d'énergie. Cependant, les circuits ECL restent en service dans les équipements existants et dans des applications de niche comme les comparateurs analogiques à vitesse extrême ou les systèmes RF et micro-ondes spécialisés où la structure différentielle et la vitesse offrent toujours des avantages.

Les principales variantes étaient l'ECL standard (MECL), avec des retards de propagation d'environ 2 nanosecondes, et l'ECL III, qui poussait vers 1 nanoseconde. Certains fabricants proposaient des variantes à faible consommation. En raison de sa nature différentielle, l'ECL se situe dans une philosophie de conception différente de la logique asymétrique ; le mélange de l'ECL avec le TTL ou le CMOS nécessite des circuits de translation de niveau et une adaptation d'impédance soignée sur les cartes de circuits imprimés pour préserver l'avantage de vitesse et éviter les réflexions sur les lignes de transmission.