Digital Logic Gates (Suomi)

Digital logic gates voi olla useampi kuin yksi tulo, esimerkiksi, tulot A, B, C, D jne., mutta yleensä on vain yksi digitaalinen ulostulo, (Q). Yksittäisten logiikka portit voidaan yhdistää tai ketjuttaa yhteen muodostaen logic gate-toimintoa haluamasi määrä tulot, tai muodostaa kombinaatio-ja sekvenssilogiikan tyyppi piirejä, tai tuottaa differnt logic gate-toimintoja standardin portit.,

Standard kaupallisesti saatavilla digitaalinen logic gates on saatavana kaksi perus perheille tai muotoja, TTL, joka tarkoittaa Transistori-Transistori-Logiikan, kuten 7400-sarja ja CMOS joka tarkoittaa Täydentävä Metal-Oxide-Silicon joka on 4000-sarjan sirut. Tämä TTL: n tai CMOS: n notaatio viittaa integroidun piirin (IC) tai ”sirun” valmistuksessa käytettyyn logiikkatekniikkaan, kuten sitä yleisemmin kutsutaan.,

Yleisesti ottaen, TTL-logiikka IC on käyttää NPN-ja PNP-tyypin Kaksisuuntainen Junction Transistorit, kun CMOS logiikka IC on käyttää täydentäviä MOSFET tai JFET tyyppi Kentän Vaikutus Transistorit sekä niiden input-ja output-piiri.,

sekä TTL-ja CMOS-tekniikka, yksinkertainen digitaalinen logic gates voidaan tehdä myös liittämällä yhteen diodit, transistorit ja vastukset tuottaa RTL, Resistor-Transistor logic gates, DTL, Diode-Transistor logic gates tai ECL, Emitter-Coupled logiikka portit, mutta nämä ovat harvinaisempia nyt verrattuna suosittu CMOS-perhe.

integroidut piirit tai IC: t, kuten niitä yleisemmin kutsutaan, voidaan ryhmitellä perheiksi niiden sisältämien transistorien tai ”porttien” lukumäärän mukaan., Esimerkiksi yksinkertainen JA minun portti sisältää vain muutamia yksittäisiä transistoreita, olivat monimutkaisempia mikroprosessori voi olla monia tuhansia yksittäisiä transistori portit. Integroidut piirit, jotka on luokiteltu useita logiikka portit tai monimutkaisuus piirien sisällä yhden sirun kanssa yleinen luokitus määrä yksittäisten portit koska, kuten:

Luokittelu Integroidut Piirit

• Pienen Mittakaavan Integrointi-tai (SSI) – Sisältää enintään 10 transistorit tai muutaman gates yhden paketin, kuten JA, TAI, EI portit.,
• Medium Scale Integration tai (MSI) – välillä 10 ja 100 transistorit tai kymmeniä gates yhden paketin ja suorittaa digitaalisen toimintaa, kuten lisäominaisuuksia, dekooderit, laskurit, varvastossut ja multiplexer.
• laajamittainen integraatio tai (LSI) – 100-1 000 transistoria tai satoja portteja ja suorittaa erityisiä digitaalisia operaatioita, kuten I/O-siruja, muistia, aritmetiikkaa ja logiikkaa.,
• Erittäin laajamittainen Integrointi tai (VLSI) – 1 000-10 000 transistoria tai tuhansia portit ja suorittaa laskennallisia operaatioita, kuten prosessorit, suuri muisti taulukot ja ohjelmoitavat logiikkapiirit.
• Super-Large Scale Integration tai (SLSI) – välillä 10000 ja 100000 transistorit yhden paketin ja suorittaa laskennallisia operaatioita, kuten mikroprosessori-sirujen, mikro-ohjaimet, perus Kuvia ja laskimet.,
• Ultra-Large Scale Integration tai (ULSI) – yli 1 miljoonaa transistoria – isot pojat, joita käytetään tietokoneiden Suorittimia, Gpu, video-prosessorit, mikro-ohjaimet, FPGAs ja monimutkaisia Kuvia.

Kun ”erittäin suuressa mittakaavassa” ULSI luokitus on vähemmän käytetty, toisen tason integraatio, joka edustaa monimutkainen Integroitu Piiri, joka tunnetaan nimellä System-on-Chip tai (SOC) lyhyitä., Täällä yksittäiset komponentit, kuten suoritin, muisti, oheislaitteet, I/O-logiikka jne, ovat kaikki tuotettu yksi pala piitä ja joka edustaa koko sähköisen järjestelmän sisällä yksi siru, kirjaimellisesti laskemisesta sana ”integroitu” osaksi integroitu piiri.

Nämä täysin integroitu sirut joka voi olla jopa 100 miljoonaa yksittäistä pii-CMOS-transistorin porttien sisällä yhden paketin käytetään yleisesti matkapuhelimet, digitaaliset kamerat, mikro-ohjaimet, PIC: n ja robotti tyyppi sovelluksia.,

Mooren Laki

Vuonna 1965 Gordon Moore, co-perustaja Intel corporation ennusti, että ”määrä transistorit ja vastukset yhdellä siru kaksinkertaistuu 18 kuukauden välein”, jotka koskevat kehitystä puolijohde-gate-tekniikkaa. Kun Gordon Moore teki hänen kuuluisa kommentti jo vuonna 1965 oli vain noin 60 yksilön transistori portit yhdellä piisiru tai kuolla.

maailman ensimmäinen mikroprosessori vuonna 1971 oli Intel 4004, joka oli 4-bittisen väylän ja sisälsi noin 2300 transistoria yhteen siruun, joka toimii noin 600kHz., Tänään, Intel Corporation on sijoitettu peräti 1,2 Miljardia yksittäisen transistorin portit kiinni sen uuden Quad-core i7-2700K Sandy Bridge 64-bittinen mikroprosessori siru toimii lähes 4GHz, ja on-chip transistori määrä on edelleen nousussa, koska uudempia nopeammin mikroprosessorit ja mikro-ohjaimet ovat kehittyneet.

Digitaalinen Logiikka Todetaan,

Digital Logic Gate on perus rakennuspalikka, josta kaikki digitaaliset elektronisten piirien ja mikroprosessori-pohjaiset järjestelmät on rakennettu. Basic digital logic portit suorittaa loogisia operaatioita ja, tai eikä binary numerot.,

digitaalisen logiikan suunnittelu vain kahden jännitteen tasoa tai valtiot ovat sallittuja ja nämä valtiot ovat yleensä kutsutaan Logiikka ”1” ja Logiikka ”0”, tai KORKEA ja MATALA, tai oikean ja VÄÄRÄN. Nämä kaksi valtiota ovat edustettuina Boolen Algebra ja standardi totuuden taulukot binary numeroa ”1” ja ”0” vastaavasti.

hyvä esimerkki digitaalisesta tilasta on yksinkertainen valokytkin. Kytkin voi olla joko” päällä ”tai” pois”, yksi valtio tai toinen, mutta ei molempia samanaikaisesti.,UE (T)

KORKEA (H) Logiikka ”0” FALSE (F) LOW (L)

Useimmat digitaaliset logiikka portit ja digitaalisen logiikan järjestelmät käyttävät ”Positiivinen logiikka”, jossa looginen taso ”0” tai ”MATALA” edustaa nolla jännite, 0v tai maahan ja logiikan tasolla ”1” tai ”KORKEA” edustaa suurempi jännite, kuten +5 volttia, kanssa siirtyminen yhdestä jännitetason muut, joko looginen taso ”0” ”1” tai ”1” ”0” tehdään niin nopeasti kuin mahdollista estää virheellisen toiminnan logiikka piiri.,

On olemassa myös täydentävä ”Negatiivinen Logiikka” järjestelmä, jossa arvot ja säännöt looginen ”0” ja looginen ”1” on päinvastainen, mutta tämä opetusohjelma osio digital logic gates meillä on vain viittaavat positiivinen logiikka-yleissopimuksen, sellaisena kuin se on yleisimmin käytetty.

vakio-TTL (transistor-transistor logic) IC on on ennalta määritelty, jännitealue tulo ja lähtö jännite tasoilla, jotka määrittelevät, mitä on logiikka ”1” tasolla ja mikä on looginen ”0” tasolla ja nämä on esitetty alla.,

TTL Input & lähtöjännite Taso

On olemassa monenlaisia logiikka portti tyypit sekä kaksisuuntainen 7400 ja CMOS 4000 perheitä, digitaalinen logic gates, kuten 74Lxx, 74LSxx, 74ALSxx, 74HCxx, 74HCTxx, 74ACTxx jne, jokainen ottaa omat erilliset edut ja haitat verrattuna muihin. Joko logiikan ”0” tai logiikan ”1” tuottamiseen tarvittava tarkka kytkentäjännite riippuu tietystä logiikkaryhmästä tai-perheestä.,

Kuitenkin, kun käytät standardi +5 voltin toimita TTL-jännite input välillä 2.0 v ja 5v pidetään logiikka ”1” tai ”KORKEA”, kun jokin jännite input alle 0.8 v on tunnustettu looginen ”0” tai ”ALHAINEN”. Jännite alueella näiden kahden jännitteen tasoa joko tulo tai lähtö on nimeltään Epämääräinen Alue ja toiminta tällä alueella voi aiheuttaa logic gate tuottaa vääriä lähtö.

CMOS 4000 logiikka perhe käyttää eri jännitteillä verrattuna TTL tyypit, koska ne ovat suunniteltu käyttäen kentän vaikutus transistorit, tai FET on., CMOS-teknologiassa logiikan ” 1 ”taso toimii 3,0-18 voltin välillä ja logiikan” 0 ” taso on alle 1,5 voltin. Sitten seuraavassa taulukossa esitetään ero perinteisten TTL-ja CMOS-logiikkaporttien logiikkatasojen välillä.

TTL-ja CMOS-Logiikan Tasolla

Laitteen Tyyppi	Logiikka 0	Logiikka 1
TTL	0 0,8 v	2.0 5v (VCC)
CMOS	0 1,5 v	3.,0-18v (VDD)

Sitten edellä huomautukset, voimme määritellä ihanteellisen TTL digital logic gate kuin yksi, joka on ”MATALA” taso, logiikka ”0” 0 volttia (maa) ja ”KORKEAN” tason logiikka ”1” +5 volttia ja tämä voidaan osoittaa seuraavasti:

Ihanteellinen TTL Digital Logic Gate Jännite-Taso

Jos avaat tai suljet kytkimen tuottaa joko logiikan tasolla ”1” tai logiikan tasolla ”0”, jossa resistanssi R tunnetaan nimellä ”pull-up” vastus.,

Digitaalinen Logiikka Melu

Kuitenkin, näiden määritelty KORKEA ja MATALA-arvot valheita, mitä on yleisesti kutsutaan ”ei-kenenkään-maalla” (sininen alue on edellä) ja jos sovelletaan signaalin jännite arvo tämän ei-kenenkään maa-alue emme tiedä, onko logiikka portti tulee vastata sitä tasoa, ”0” tai tason ”1”, ja tuotanto on tullut arvaamaton.,

Melu on annettu nimi satunnainen ja ei-toivottuja jännite indusoituu osaksi elektronisia piirejä, joita ulkoisia häiriöitä, kuten lähellä kytkimet, virtalähde vaihtelut tai johdot ja muut johtimet, että pick-up harhailla sähkömagneettista säteilyä. Sitten jotta logic gate ei voida vaikuttaa melun on oltava tietty määrä melua marginaali tai melua koskemattomuutta.,

Digital Logic Gate Melua Immuniteetti

yllä olevassa esimerkissä, melu signaali on päällekkäin päälle Vcc käyttöjännite ja niin kauan kuin se pysyy yllä vähimmäistaso (VON(min)) tulo on vastaava lähtö logiikka portti ovat ennallaan. Mutta kun melutaso on riittävän suuri ja melua piikki aiheuttaa KORKEA jännitetaso putoaa alle tämän vähimmäistason, logiikka portin voi tulkita tämä piikki ALHAINEN tulo-ja kytkin lähtö vastaavasti tuottaa vääriä lähdön kytkentä., Sitten jotta logiikka portti ei vaikuta melua, sen on kyettävä sietämään tietty määrä ei-toivottuja melua sen input muuttamatta valtion tuotantoaan.

Yksinkertainen Perus Digitaalinen Logic Gates

Yksinkertainen digitaalinen logic gates voidaan tehdä yhdistämällä transistorit, diodit ja vastukset yksinkertainen esimerkki Diodi-Vastus Logiikka (DRL) JA portti ja Diodi-Transistori-Logiikan (DTL) NAND portin alla.,

Diode-Resistor Circuit	Diode-Transistor circuit
2-input AND Gate	2-input NAND Gate

The simple 2-input Diode-Resistor AND gate can be converted into a NAND gate by the addition of a single transistor inverting (NOT) stage., Käyttämällä erillisiä komponentteja, kuten diodeja, vastuksia ja transistoreita digitaalisen logiikan porttipiirejä ei käytetä käytännön kaupallisesti saatavilla logiikka IC on kuin nämä piirit kärsivät etenemisviive tai portin viive ja myös tehon menetys johtuu pull-up vastukset.

Toinen haitta diodi-vastus logiikka on, että ei ole ”Fan-out” laitokseen, joka on kyky yksi lähtö ajaa monta tuloa seuraavan vaiheissa. Tämänkaltainen muotoilu ei myöskään sammu täysin ”pois päältä”, sillä logiikka ”0” tuottaa lähtöjännitteen 0.,6v (diodi jännite pudota), joten seuraavat TTL ja CMOS piiri malleja käytetään sen sijaan.

Perus-TTL-Logiikka Portit

yksinkertainen Diodi-Vastus JA portin yläpuolella käyttää erillisiä diodeja sen tuloa, yksi kullekin input., Kuin bipolaarinen transistori on käytännössä kaksi diodi liittymissä kytketty yhteen, jotka edustavat joko NPN (Negatiivinen-Positiivinen-Negatiivinen) laite-tai PNP (Positiivinen-Negatiivinen-Positiivinen) laite, tulo-diodit diodi-transistori-logiikan (DTL) piiri voidaan korvata yhden NPN transistori, jossa on useita lähettimen tulot muodostavat toisen tyyppinen logiikka piiri nimeltään transistori-transistori-logiikan tai TTL, kuten on esitetty.,

Tämä yksinkertaistettu NAND gate piiri koostuu input-transistori, TR1, joka on kaksi (tai enemmän) lähettimen liittimiin ja yhdessä vaiheessa kääntelemällä kytkentä NPN transistori piiri TR2.

Kun jompikumpi tai molemmat aiheuttajia TR1, jotka edustavat tuloa ”A” ja ”B” on kytketty logiikan tasolla ”0” (ALHAINEN), pohja nykyinen TR1 kulkee sen pohja/lähettimen risteyksessä ground (0V), TR1 tyydyttyneiden ja sen keräilijä terminaali seuraa., Tämä toiminta johtaa pohjan TR2 tulossa kytketty maahan (0V), joten TR2 on ”POIS” ja lähtö Q on KORKEA.

molemmat tulot ”A” ja ”B” KORKEA logic level ”1”, input transistori TR1 muuttuu ”POIS”, pohjan kytkentä transistori TR2 on KORKEA ja muuttuu ”ON”, jotta ulostulo Q on ALHAINEN, koska kytkentä toiminta-transistorin. TR1: n useat lähettimet on kytketty syötteinä, jolloin syntyy NAND-porttifunktio.,

Emitter-Coupled Digital Logic Gate

Lähettimen Yhdistettynä Logiikkaa tai yksinkertaisesti ECL, on toinen tyyppi digital logic gate, joka käyttää bipolar transistor logic, jossa transistorit eivät toimi kylläisyyttä alueella, koska ne ovat standardin TTL digital logic gate. Sen sijaan tulo-ja lähtöpiirit ovat push-pull kytketty transistorit tarjonta negatiivinen jännite suhteessa maahan.,

Tämä on lisäävä vaikutus nopeus toiminnan aiheuttaja yhdistettynä logic gates jopa Gigahertsin alue verrattuna vakio-TTL-tyyppejä, mutta melu on suurempi vaikutus ECL-logiikka, koska tyydyttymättömiä transistorit toimivat niiden aktiivinen alue ja vahvistaa sekä vaihtaa signaaleja.,

Että ”74” Sub-perheiden Integroidut Piirit

parannuksia piirin suunnittelu ottaa huomioon eteneminen viivästyksiä, nykyinen kulutus, tuuletin-ja puhallin-vaatimukset jne, tämä tyyppi TTL kaksisuuntainen transistori tekniikka muodostaa perustan etuliitteenä ”74” perheen digitaalinen logiikka IC: n, kuten ”7400” Quad 2-input NAND portti, tai ”7402” Quad 2-input NOR gate, jne.,

Sub-perheet 74xxx-sarja IC: t ovat saatavilla jotka liittyvät eri teknologioita käytetään valmistaa portit ja ne ovat merkitty kirjaimilla välillä 74 nimeäminen ja laitteen numero. On olemassa useita TTL osa-perheet ovat käytettävissä, jotka tarjoavat laajan valikoiman kytkentä nopeuksilla ja virrankulutus kuten 74L00 tai 74ALS00 NAND portti, olivat ”L” tarkoittaa ”Low-power-TTL” ja ”ALS” on lyhenne sanoista ”Advanced pienitehoiset Schottky TTL” ja nämä on lueteltu alla.,

• • 74xx-tai 74Nxx: Tavallinen TTL – Nämä laitteet ovat alkuperäisiä TTL perheen logiikka portit käyttöön 70-luvun alussa. Heillä on etenemisviive noin 10ns ja tehonkulutus noin 10mW. Käyttöjännite alue: 4.75 5,25 volttia
• • 74Lxx: Alhainen Teho TTL – virrankulutus oli parantunut standardin tyypit määrää lisäämällä sisäiset resistanssit mutta kustannuksella vähentää vaihtamalla nopeus. Käyttöjännite alue: 4.75 5,25 volttia
• • 74Hxx: Korkea Nopeus TTL – Kytkentä nopeus on parannettu vähentämällä sisäiset resistanssit., Tämä lisäsi myös virrankulutusta. Käyttöjännite alue: 4.75 5,25 volttia
• • 74Sxx: Schottky TTL – Schottky-tekniikkaa käytetään parantamaan impedanssi, kytkentä nopeus ja virrankulutus (2mW) verrattuna 74Lxx ja 74Hxx tyypit. Käyttöjännite alue: 4.75 5,25 volttia
• • 74LSxx: pienitehoiset Schottky TTL – Sama kuin 74Sxx tyyppejä, mutta lisääntynyt sisäiset resistanssit parantaa virrankulutusta. Syöttöjännitealue: 4,75-5.,25 volttia
• • 74ASxx: Advanced Schottky TTL – Parannettu muotoilu yli 74Sxx Schottky tyypit optimoitu lisätä vaihtamalla nopeuden kustannuksella virrankulutus noin 22mW. Käyttöjännite alue: 4.5-5.5 volttia
• • 74ALSxx: Advanced pienitehoiset Schottky TTL – Pienempi virrankulutus noin 1 mw ja korkeampi kytkentä nopeus 4nS verrattuna 74LSxx tyypit. Käyttöjännite alue: 4.5-5.5 volttia
• • 74HCxx: High Speed CMOS – CMOS-tekniikan ja transistorit vähentää virrankulutusta alle 1uA, jossa CMOS-yhteensopivat tulot. Syöttöjännitealue: 4,5-5.,5 volttia
• • 74HCTxx: High Speed CMOS – CMOS-tekniikan ja transistorit vähentää virrankulutusta alle 1uA, mutta on kasvanut etenemisviive noin 16nS koska TTL-yhteensopiva tuloa. Käyttöjännite alue: 4.5-5.5 volttia

Perus-CMOS Digital Logic Gate

Yksi tärkeimmistä haitoista kanssa TTL digital logic gate sarja on, että logiikka portit perustuvat bipolar transistor logic-tekniikka ja transistorit ovat nykyisten käytössä olevien laitteiden, ne kuluttavat suuria määriä sähköä kiinteä +5 voltin virtalähde.,

Myös, TTL kaksisuuntainen transistori portit on rajoitettu ajonopeus kun vaihdetaan ”OFF” tilaan ”ON” – tilaan ja päinvastoin kutsutaan ”gate” tai ”etenemisviive”. Voit voittaa nämä rajoitukset täydentävät MOS nimeltään ”CMOS” (Täydentävä Metal-Oxide Semiconductor) logiikka portit, jotka käyttävät ”Kentän Vaikutus Transistorit” tai FET on kehitetty.,

Koska nämä portit käyttää sekä P-kanava N-kanava MOSFET on niiden syöttölaite, klo uinuva ehtoja, joilla ei ole kytkentää, virrankulutus CMOS-portit on lähes nolla, (1 2µA) tekee niistä ihanteellinen käytettäväksi low-power akun piirien ja kytkentä nopeuksilla yli 100MHz käytettäväksi korkean taajuuden ajoitus ja tietokoneen piirejä.,

Tämä perus-CMOS-portti esimerkki sisältää kolme N-kanava normaalisti pois päältä lisälaite-MOSFET: n, yksi kullekin input koostuu FET1 ja FET2, ja ylimääräinen kytkentä MOSFET, FET3 joka on puolueellinen permantly ”ON” kautta portille.

Kun toinen tai molemmat tulot ”A” ja ”B” ovat maadoitettu looginen taso ”0”, vastaava tulo MOSFET, FET1 tai FET2 on kytketty ”OFF” tuottaa logiikka ”1” (KORKEA) tuotannon edellytys lähteestä terminaalin FET3.,

Vain silloin, kun molemmat tulot ”A” ja ”B” ovat pystyssä klo logiikan tasolla ”1”, ei virtaa läpi vastaava MOSFET vaihtaa sen ”ON” tuottaa ulostulo tilassa Q vastaa looginen taso ”0”, koska molemmat MOSFETIT, FET1 ja FET2 käyvät. Näin ollen tuottaa kytkentätoiminnon edustaja NAND gate toiminto.

Parannuksia circuit design osalta kytkentä nopeus, alhainen virrankulutus ja parempi eteneminen viivästyksiä on johtanut standard CMOS 4000 ”CD” perheen logiikka IC on kehitetty, jotka täydentävät TTL-alue.,

Kuten vakio-TTL-digitaalinen logic gates, kaikki suuret digitaalinen logic gates ja laitteet ovat saatavilla CMOS-paketti, kuten CD4011, Quad 2-input NAND portti, tai CD4001, Quad 2-input NOR gate yhdessä kaikkien niiden alaryhmiin.

Kuten TTL-logiikka, täydentävät MOS – (CMOS) piirit hyödyntää sitä, että sekä N-kanava ja S-kanava laitteet voidaan valmistaa yhdessä saman alustan materiaali muodostaa erilaisia loogisia toimintoja.,

Yksi tärkeimmistä haitta CMOS-alue IC on verrattuna niiden vastaavat TTL tyypit on, että ne ovat staattinen sähkö vahingoittaa helposti. Myös toisin kuin TTL logic portit, jotka toimivat yhden +5V jännitteitä sekä niiden Tulo-ja lähtötasoja, CMOS digitaalinen logiikka portit toimivat yhdellä Syöttöjännite välillä +3 ja +18 volttia.

Tavallinen CMOS-Sub-perheet ovat:

• • 4000B Sarja: Standard CMOS – Nämä laitteet ovat alkuperäisiä Puskuroitu CMOS perheen logiikka portit käyttöön 70-luvun alussa ja toimivat syöttöjännite 3.0 18v d.c.,
• • 74 C-Sarja: 5v CMOS – Nämä laitteet ovat pin-yhteensopiva standardi 5v TTL-laitteisiin, koska niiden logiikka kytkentä on toteutettu CMOS-mutta TTL-yhteensopiva tuloa. Ne toimivat syöttöjännite 3.0 18v d.c.

Huomaa, että CMOS-logiikka portit ja laitteet ovat staattisia herkkä, joten käytä aina asianmukaisia varotoimia työstää antistaattiset matot tai maadoitettu työpöydät, yllään antistaattinen ranneke ja ei poistamalla osa sen antistaattinen pakkauksissa, kunnes niitä tarvitaan.,

seuraavan opetusohjelma siitä, Digital Logic Gates, me tarkastelemme digitaalista Logiikkaa JA Portti toiminta kuin käyttää sekä TTL-ja CMOS-logiikkapiirit sekä sen Boolen Algebran määritelmä ja totuuden taulukoita.