amiedu DIGITAALITEKNIIKAN PERUSPORTIT 2 Sivu 1 (7)

Transkriptio

1 amiedu DIGITLITEKNIIKN PEUSPOTIT 2 Sivu (7) ND -gate J - portti NND -gate EI-J - portti O -gate TI - portti NO -gate EI-TI - portti & & > > = * =, eli = on vain, jos = ja =, muulloin = 0 = * eli = (de Morgan) = on 0 vain, jos = ja =, muulloin = =, eli = on, jos = tai =, muulloin = 0 = eli = * (de Morgan) = on 0, jos = tai =, muulloin =

2 amiedu DIGITLITEKNIIKN PEUSPOTIT 2 Sivu 2 (7) XO -gate Ehdoton TI XNO -gate Ehd.EI-TI UE -gate PUSKUI - portti NOT -gate (inverter) EI - portti (EI toiminta) = = ja 2 vaihto 0 0 vaihto 0 0 vaihto vaihto sulkeutuva avautuva sulk =, eli = on vain, jos tasan tulo on tosi, muulloin = 0 0 = epätosi (false) _ = eli = ()_* () _ eli = = on 0 vain, jos tasan yksi tulo on, muulloin = =, eli = on sama kuin tuleva tieto siis tila (0/) ei muutu _ =, eli = on tulo invertoituna Lähtö on siis tulo käännettynä

3 amiedu DIGITLITEKNIIKN PEUSPOTIT 2 Sivu 3 (7) LOGIIKKSOPIMUS Jännitemalli * Positiivinen Suurempi jännite = (looginen tila eli TOSI) Pienempi jännite = 0 (looginen tila 0 eli EPÄTOSI) * Negatiivinen Suurempi jännite = 0 (looginen tila 0 eli EPÄTOSI) Pienempi jännite = (looginen tila eli TOSI) Virtamalli * Positiivinen Virta kulkee = Virta ei kulje = 0 * Negatiivinen Virta kulkee = 0 Virta ei kulje = Vuomalli * Positiivinen Positiivinen remanenssivuo = Negatiivinen remanenssivuo = 0 * Negatiivinen Positiivinen remanenssivuo = 0 Negatiivinen remanenssivuo = Näistä oletusarvoisesti (normaalisti) käytössä on POSITIIVINEN logiikkasopimus

4 amiedu DIGITLITEKNIIKN PEUSPOTIT 2 Sivu 4 (7) LOGIIKKSOPIMUKSEN VIKUTUS PEUSPOTTIPIIEIHIN DTSHEET EI-TI NND Porttiesimerkkinä fyysinen NND (EI-TI)-portti Positiivinen logiikkasopimus yysinen NND-portti käyttäytyy normaalisti eli NND-porttina Negatiivinen logiikkasopimus yysisen NND-portin toiminta vaihtuu!!! Portti toimii NO-porttina L L H H H L L H H H L H H L H L H H H H L L L H & 0 = TOSI 0 = EPÄTOSI H = ylempi jännite (esim 5V) = eli TOSI L = alempi jännite (esim 0V) = 0 eli EPÄTOSI H = ylempi jännite (esim5v) = 0 eli EPÄTOSI L = alempi jännite (esim 0V) = eli TOSI

5 amiedu DIGITLITEKNIIKN PEUSPOTIT 2 Sivu 5 (7) Mikropiirien valmistusteknologioita ja piiriperheitä IC Mikropiirit (IC-circuits) ovat vuosien varrella kehittyneet voimakkaasti - pääsääntönä on, että noin,5 vuoden välein samalle piisirupinta-alalle on pystytty valmistamaan sekä passiivisia että aktiivisia komponentteja noin 4-kertainen määrä. TL luksi 960 alkupuolella mikropiirit valmistettiin kokonaan TL-piireinä. Niissä loogiset päättelyt saadaan aikaiseksi vastusten ja diodien avulla toteutetulla (esistor-transistorlogic) logiikalla. Niissä ei siis käytetä/käytetty aktiivisia eli vahvistavia komponentteja. DTL Seuraavassa vaiheessa otettiin myös bipolaaritransistorit mukaan ja vastusten määrää vähennettiin. Saatiin aikaan DTL-piiri-logiikka (Diode-Transistor-Logic). TTL 960-luvun keskivaiheilla (964) Texas Instrumens julkaisi sitten ylivoimaisen ja pitkään käyttöön vakiintuneen tekniikan, josta muodostui teollisuusstandardi. Näissä mikropiireissä (tarkemmin logiikkapiireissä) käytettiin yhä enemmän transistoreita ja mm logiikkaporttien sekä tulo, että lähtöaste toteutettiin bipolaaritransistoreita käyttäen. Tämä teknologia sai nimen TTL-logiikka (Transistor-Transistor Logic). Tämä teknologia on edelleen siis tänä päivänä käytössä, joskin kehittämällä uusia valmistusprosesseja, joilla virrankulutus on saatu laskemaan, käyttöjännitettä pienemmäksi sekä piirien päättelynopeutta ratkaisevasti lisättyä. Ensimmäisissä piireissä loogisen tuloksen valmistuminen saattoi kestää nykymittapuun mukaan isältä pojalle eli jopa useita mikrosekunteja. Tämän päivän logiikkapiirien tulos valmistuu nanosekunnissa eli kaupallisten TTL-piirien nopeus on karkeasti ottaen noin 00-kertaistunut. Samaan aikaan piirien energiankulutus on pienentynyt murtoosaansa ensimmäisistä TTL-piireistä. Käyttöjännite TTL-piireillä on yleensä 5 Volttia. Commersial & Military TTL Varsin pian piireistä alettiin valmistaa normaaleissa olosuhteissa (mm 0-70 astetta C) toimivia kaupallisia (Commersial versioita) sekä muun muassa hermettisyyttä parantamalla ja koteloinnin mekaanista kestoa lisäämällä sotilaskäyttöönkin kelpaavia ns Military versioita. TTL-piirien tapauksessa Commersial-piireissä piirin numero-osa alkaa aina 74xxxxx ja Military-piirit vastaavasti 54xxxxxx. ECL Myös muita bipolaaritransistoreihin perustuvia piirisarjoja on kehitetty. Näitä ovat mm Motorolan alunperin kehittämät ECL-piirit, joissa käytetty transistorien kytkentätapa poikkeea TTL-piireistä. Kytkentä/piiriteknologian nimi on Emitter-Coupled Logic amily. Tämä piriteknologia on nopeampi kuin TTL, ja eräs nopeimpia mitä on olemassa. Piirisarjasta on myös eri integrointiasteen omaavia versioita ja se ilmenee 0k-sarjan piirit alkavat numerosarjasta ja uudempi 00k-piirisarja alkaa numrosta

6 amiedu DIGITLITEKNIIKN PEUSPOTIT 2 Sivu 6 (7) HTL Hyvän häiriönsietokyvyn omaavia korkeakynnysmikropiirejä (High Thereshold Logic family), joiden käyttöjännitekin on selvästi kuin muilla piirisarjoilla, jotka ovat kuitenkin varsin nopeita, käytetään muun muassa teollisuudessa, jossa on runsaasti häiriölähteitä, joiden tuottamat häiriöt voivat siirtyä induktiivisesti (magneettikentän avulla) eteenpäin. IIL eli I 2 L IM kehitti 972 ensimmäisenä IIL-virtainjektio piiriteknologian, jossa komponenttien pakkaustiheys on olennaisesti suurempi kuin edellisissä piirisarjoissa. Pakkaustiheyden (Integrointiasteen suuruuden ja virtainjektiotekniikan) ansioista IIL-teknologialla (Integrated Injection Logic amily) on mahdollista toteuttaa kokonaisia sekä analogisia, että digitaalisia toimintoja, ei ainoastaan muutaman logiikkaportin piirejä. IPOLISET MIKOPIIIT - PIIIPEHEITÄ TTL HTL I2L ECL 74 74S 74 LS 74LS 74 0k 00k Piiriperheiden ominaisuudet lyhyesti; Kaikilla DIL-kotelo TTL normaalit (54 / 74) -piirit, 0 ns, 0 mw TTL Pienitehoiset (54L / 74L) -piirit, 33 ns, mw HTL Suurinopeuksiset (74H / 74H) -piirit, 6 ns, 22 mw TTL Schottky TTL (54S / 74S) -piirit, 3 ns, 20 mw TTL Pienitehoiset Schottky TTL (54LS / 74LS) -piirit, 0 ns, 2 mw TTL Kehittyn. pienitehoiset Schottky TTL (54LS / 74LS) -piirit, 4 ns, mw TTL Kehittyn. pienitehoiset Schottky TTL (54S / 74S) -piirit, 2.5 ns, 9 mw TTL Nopeat TTL (74 / 74) -piirit, 3.5 ns, 3.5 mw ECL 0 k -piirit, 2 ns, virrankulutus suuri, tehonkulutus suuri ECL 00 k -piirit, ns, virrankulutus suuri, tehonkulutus suuri I2L, IIL -piirit, pieni tehonkulutus, käyttö funktiopiirit, kuten suotimet, muistipiirit, kellopulssipiirit, SIC-asiakaspiirit (L =low, H=high, S=speed, schottky, LS=low power schottky, LS=advanced low power schottky, S, S=advanced schottky, =fast)

7 amiedu DIGITLITEKNIIKN PEUSPOTIT 2 Sivu 7 (7) Unipolaariset mikropiirit MOS Ensimmäiset unipolaariset MOS (Metal Oxide Semiconductors) -piirit (963) edustivat joko N-channel MOS ta P-channel MOS teknologiaa. Niissä NMOS- ja PMOS -piireissä käytetttiin N- tai P-kanavaisia MOS transistoreita. MOS transistoreilla (itse asiassa eräs muoto ET-transistosta) saavutettiin monta kertaluokkaa pienempi tehonkulutus. Käyttöjännite on selvästi suurempi 2:sta 30 V volttiin. Nämä olivat alussa myös hitaampia kui TTL-piirit ja niiden ainoa todellinen valtti oli hyvin pieni tehonkulutus. CMOS Pian tulivat mukaan myös CMOS-piirit ja piiriperheet. CMOS tulee sanoista Complementary MOS; CMOS piireille on ominaista lähdöissä käytetyt complementary-kytkentäiset lähdöt, joissa on MOS (tai IG-ET) transistori-pari, päällekkäin siten, että toisella voi lähdön vetää aktiivisesti ylös, toisella alas. Toinen tyypillinen seikka erittin suuri tuloimpedanssi ja suuri lähtöimpedanssi. UNIPOLISET CMOS CMOS COMPLEMENTY Us P-kanava IG-ET OUT IN HCMOS HE 4000 CD HC 74 HCT 74C 74CT C 74CT N-kanava IG-ET Piiriperheiden ominaisuudet lyhyesti 4000-sarja, DIL-kotelo; HE 4000, hitaita. HE 4000 vähän parempi, CD 4000 nopeus kolminkertainen, käyttöjännite 3-8V. Myös uudempi sarja. Lähes kaikille TTL 74-sarjojen piireille on vastine 4000 / 4000 sarjoissa. HCMOS (high Speed CMOS), 0 ns, tehonkulutus luokkaa miljoonasosa TTL-piirien vastaavasta; DIL-kotelo HCMOS-piireihin kuuluvat myös HC- (2-6 V) ja HCT- ( V) sarjojen piirit. HCT on TTL yhteensopiva. C ja CL (dvanced CMOS) ja CL (dvanced CMOS Logic), C/CL-piirit ovat nopeampia kuin esimerkiksi -TTL (ast TTL) C-piireihin kuuluvat myös CT- ja CT- sarjojen piirit. C-piirit SO-kotelo, CT DIL-kotelo. CT ja CT piirit ovat TTL-yhteensopivia