Pengantar Gerbang Logika

Pengantar Logika Digital Gates

Sebuah Logika Gerbang Digital adalah perangkat elektronik yang membuat keputusan logis berdasarkan kombinasi yang berbeda dari sinyal digital hadir pada inputnya. Sebuah gerbang logika digital mungkin memiliki lebih dari satu input tetapi hanya memiliki satu output digital. Standar gerbang logika digital yang tersedia secara komersial tersedia dalam dua keluarga dasar atau bentuk, TTL yang merupakan singkatan dari Transistor-Transistor Logic seperti seri 7400, dan CMOS yang merupakan singkatan dariComplementary Metal-Oxide-Silicon yang merupakan 4000 seri chip. Ini notasi TTL atau CMOS mengacu pada teknologi logika yang digunakan untuk memproduksi sirkuit terpadu, (IC) atau chip “” seperti yang lebih sering disebut.

Digital Logic Gerbang

Secara umum, TTL IC menggunakan NPN (atau PNP) Jenis Bipolar Junction Transistorsedangkan penggunaan CMOS IC Field Effect Transistor atau FET adalah untuk kedua input dan output sirkuit mereka. Serta TTL dan teknologi CMOS, gerbang logika digital sederhana juga bisa dibuat dengan menghubungkan bersama-sama dioda, transistor dan resistor untuk menghasilkan RTL, Resistor-Transistor gerbang logika, DTL, Diode-Transistor gerbang logika atau ECL, Emitter-Coupled gerbang logika tetapi ini kurang umum sekarang dibandingkan dengan keluarga CMOS populer.

Sirkuit Terpadu atau IC karena mereka lebih sering disebut, dapat dikelompokkan ke dalam keluarga sesuai dengan jumlah transistor atau “gerbang” bahwa mereka mengandung. Misalnya, saya yang sederhana gerbang AND hanya berisi transistor beberapa individu, adalah sebagai sebuah mikroprosesor yang lebih kompleks mungkin berisi ribuan gerbang transistor individual. Sirkuit terpadu dikelompokkan menurut jumlah gerbang logika atau kompleksitas sirkuit dalam sebuah chip tunggal dengan klasifikasi umum untuk jumlah gerbang individu diberikan sebagai:

Klasifikasi Sirkuit Terpadu

§  Integrasi Skala Kecil atau (SSI) – Mengandung hingga 10 transistor atau beberapa gerbang dalam satu paket seperti AND, OR, NOT gerbang.

§  Medium Scale Integration atau (MSI) – antara 10 dan 100 transistor atau puluhan gerbang dalam satu paket dan melakukan operasi digital seperti penambah, Decoder, counter, sandal jepit dan multiplexer.

§  Large Scale Integration atau (LSI) – antara 100 dan 1.000 transistor atau ratusan gerbang dan melakukan operasi digital tertentu seperti I / O chip, memori, aritmatika dan unit logika.

§  Sangat-Large Scale Integration atau (VLSI) – antara 1.000 dan 10.000 transistor atau ribuan gerbang dan melakukan operasi komputasi seperti prosesor, memori yang besar array dan perangkat programmable logic.

§  Super-Large Scale Integration atau (SLSI) – antara 10.000 dan 100.000 transistor dalam satu paket dan melakukan operasi komputasi seperti chip mikroprosesor, mikro kontroler, PICs dasar dan kalkulator.

§  Ultra-Large Scale Integration atau (ULSI) – lebih dari 1 juta transistor – anak-anak besar yang digunakan dalam komputer CPU, GPU, prosesor video, mikro kontroler, FPGA dan PICs kompleks.

Sementara “ultra-skala besar” klasifikasi ULSI kurang baik digunakan, tingkat lain integrasi yang mewakili kompleksitas Sirkuit Terpadu dikenal sebagai System-on-Chipatau (SOC) untuk pendek. Di sini masing-masing komponen seperti mikroprosesor, memori, peripheral, I / O logika dll, semua diproduksi pada satu bagian dari silikon dan yang merupakan sistem elektronik secara keseluruhan dalam satu chip tunggal, secara harfiah menempatkan kata “terintegrasi” ke dalam sirkuit terpadu .

Chip ini terintegrasi lengkap yang dapat berisi hingga 100 juta individu silikon-gerbang transistor CMOS dalam satu paket tunggal umumnya digunakan di ponsel, kamera digital, mikro kontroler, PIC dan jenis aplikasi robot.

Hukum Moore

Pada tahun 1965, Gordon Moore pendiri perusahaan Intel meramalkan bahwa “Jumlah transistor dan resistor pada satu chip akan berlipat ganda setiap 18 bulan” mengenai perkembangan teknologi gerbang semikonduktor. Ketika Moore membuat jalan komentar terkenal kembali pada tahun 1965 ada sekitar hanya 60 gerbang transistor individu pada sebuah chip silikon tunggal atau mati.

Dunia mikroprosesor pertama pada tahun 1971 adalah 4004 yang memiliki bus data 4-bit. Ini berisi sekitar 2.300 transistor pada sebuah chip tunggal dan dioperasikan pada sekitar 60kHz. Saat ini, Intel Corporation telah menempatkan mengejutkan 1,2 Miliar gerbang transistor individual ke baru Quad-core i7-2700k “Sandy Bridge” 64-bit chip microprocessor operasi di hampir 4GHz, dan jumlah transistor masih naik!.

Digital Serikat Logika

Digital Logic Gate bangunan dasar blok dari mana semua sirkuit elektronik digital dan sistem berbasis mikroprosesor yang dibangun dari. Gerbang logika dasar digital melakukan operasi logis dari AND, OR dan NOT pada bilangan biner.

Dalam desain logika digital hanya dua tingkat tegangan atau negara diperbolehkan dan negara-negara ini biasanya disebut sebagai Logika “1″ dan Logika “0″, Tinggi dan Rendah, atau Benar dan Salah. Kedua negara terwakili dalam Aljabar Boolean dan tabel kebenaran standar dengan angka biner “1″ dan masing-masing “0″. Sebuah contoh yang baik dari sinyal digital adalah cahaya sederhana seperti itu adalah baik “ON” atau “OFF” tapi tidak keduanya pada waktu yang sama.

Gerbang logika yang paling digital dan sistem logika menggunakan “logika positif”, di mana tingkat logika “0″ atau “LOW” diwakili oleh tegangan nol, 0V atau tanah dan tingkat logika “1″ atau “TINGGI” diwakili oleh tegangan yang lebih tinggi seperti +5 volt, dengan beralih dari satu tingkat tegangan yang lain, baik dari tingkat logika “0″ ke “1″ atau “1″ ke “0″ yang dibuat secepat mungkin untuk mencegah setiap operasi yang salah dari rangkaian logika.

Ada juga ada “Negatif Logika” sistem komplementer di mana nilai-nilai dan aturan logika “0″ dan logika “1″ dibalik tetapi dalam tutorial ini bagian tentang gerbang logika digital kita hanya mengacu kepada konvensi logika positif ini adalah yang paling umum digunakan.

Dalam standar TTL (transistor-transistor logic) IC ini ada berbagai tegangan yang telah ditetapkan untuk input dan tingkat tegangan output yang menentukan apa yang merupakan logika “1″ tingkat dan apa yang logika “0″ tingkat dan ini ditunjukkan di bawah ini .

TTL Input & Tingkat Tegangan output

Ada berbagai macam jenis gerbang logika baik di bipolar 7400 dan CMOS 4000 keluarga gerbang logika digital seperti 74Lxx, 74LSxx, 74ALSxx, 74HCxx, 74HCTxx, 74ACTxx dll, dengan masing-masing memiliki keunggulan yang berbeda dan kekurangan dibandingkan dengan yang lain. Yang tepat tegangan beralih diperlukan untuk menghasilkan baik logika “0″ atau logika “1″ tergantung pada kelompok logika tertentu atau keluarga.

Namun, bila menggunakan standar +5 volt pasokan setiap TTL tegangan input antara 2.0v dan 5v dianggap logika “1″ atau “TINGGI” sementara setiap masukan tegangan di bawah 0.8V diakui sebagai logika “0″ atau “RENDAH “. Daerah tegangan antara dua level tegangan baik sebagai masukan atau sebagai output disebut Daerah Indeterminasi dan beroperasi di kawasan ini dapat menyebabkan gerbang logika untuk menghasilkan output palsu.

CMOS 4000 logika menggunakan berbagai tingkat tegangan dibandingkan dengan tipe TTL seperti yang dirancang dengan menggunakan transistor efek medan, atau FET. Dalam teknologi CMOS logika “1″ tingkat beroperasi antara 3,0 dan 18 volt dan logika “0″ tingkat di bawah 1,5 volt.

Kemudian dari pengamatan di atas, kita dapat mendefinisikan ideal Digital Logika Gerbang sebagai salah satu yang memiliki “RENDAH” tingkat logika “0″ 0 volt (ground) dan “TINGGI” tingkat logika “1″ dari +5 volt dan ini dapat ditunjukkan sebagai:

Digital Tingkat Tegangan Logika Ideal

Dimana pembukaan atau penutupan saklar menghasilkan baik tingkat logika “1″ atau tingkat logika “0″ dengan R resistor yang dikenal sebagai “pull-up” resistor.

Digital Logic Kebisingan

Namun, antara nilai-nilai TINGGI dan RENDAH didefinisikan terletak apa yang umumnya disebut “tanah tak bertuan” (daerah biru yang di atas) dan jika kita menerapkan tegangan sinyal dari nilai dalam lahan ini tak bertuan kita tidak tahu apakah gerbang logika akan menanggapinya sebagai tingkat “0″ atau sebagai tingkat “1″, dan output akan menjadi tak terduga.

Kebisingan adalah nama yang diberikan untuk tegangan acak dan tidak diinginkan yang diinduksi ke dalam sirkuit elektronik dengan gangguan eksternal, seperti dari switch di dekatnya, fluktuasi power supply atau dari kabel dan konduktor lain yang radiasi elektromagnetik pick-up liar. Kemudian dalam rangka untuk gerbang logika untuk tidak dipengaruhi oleh kebisingan harus memiliki sejumlah kebisingan margin atau kekebalan kebisingan.

Kebisingan Imunitas

Dalam contoh di atas, sinyal suara yang ditumpangkan ke Vcc tegangan suplai dan selama itu tetap di atas level min (Von-min) input output sesuai gerbang logika tidak akan terpengaruh. Tapi ketika tingkat kebisingan menjadi cukup besar dan kebisingan lonjakan menyebabkan tingkat tegangan TINGGI untuk turun di bawah tingkat minimum ini, gerbang logika dapat menafsirkan lonjakan ini sebagai masukan tingkat RENDAH dan beralih output sesuai menghasilkan switching output yang palsu. Kemudian dalam rangka untuk gerbang logika tidak akan terpengaruh oleh suara itu harus mampu mentolerir sejumlah suara yang tidak diinginkan pada input tanpa mengubah keadaan output.

Sederhana Dasar Digital Logic Gates

Sederhana gerbang logika digital dapat dibuat dengan menggabungkan transistor, dioda dan resistor dengan contoh sederhana dari Logic Diode-Resistor (DRL) gerbang AND dan Logic Diode-Transistor (DTL) gerbang NAND diberikan di bawah ini.

Sirkuit dioda-resistor

2-input gerbang AND

2-input gerbang NAND

Yang sederhana 2-masukan Diode-Resistor gerbang AND dapat dikonversi menjadi gerbang NAND dengan penambahan transistor pembalik (NOT) satu tahap. Menggunakan komponen diskrit seperti dioda, resistor dan transistor untuk membuat sirkuit logika digital gerbang tidak digunakan dalam praktek yang tersedia secara komersial IC logika seolah sirkuit ini menderita delay propagasi atau gerbang delay dan juga daya yang hilang karena pull-up resistor.

Kelemahan lain dari logika dioda-resistor adalah bahwa tidak ada “Fan-out” fasilitas yang merupakan kemampuan satu output untuk mendorong banyak masukan dari tahap berikutnya. Juga jenis desain tidak berubah sepenuhnya “OFF” sebagai Logic “0″ menghasilkan tegangan output 0.6v (tegangan dioda drop), sehingga TTL berikut dan sirkuit CMOS desain yang digunakan sebagai gantinya.

Dasar TTL Logic Gates

Sederhana Diode-Resistor DAN gerbang atas menggunakan dioda terpisah untuk input, satu untuk setiap masukan. Sebagai transistor terdiri dari dua sirkuit dioda terhubung bersama-sama mewakili NPN atau perangkat PNP, dioda input dari sirkuit DTL dapat digantikan oleh satu transistor NPN tunggal dengan beberapa masukan emitor seperti yang ditunjukkan.

2-input gerbang NAND

Sebagai pintu gerbang berisi tahap pembalik transistor NPN sirkuit tunggal (TR ₂₎ tingkat logika keluaran “1″ di Q hanya hadir ketika kedua emitter dari TR ₁ terhubung ke tingkat logika “0″ atau tanah yang memungkinkan arus basis untuk melewati persimpangan PN emitor dan bukan kolektor. Berbagai emitter dari TR ₁ dihubungkan sebagai masukan sehingga menghasilkan fungsi gerbang NAND.

Dalam standar TTL gerbang logika, transistor beroperasi baik benar-benar dalam “memotong” daerah, atau yang lain benar-benar di wilayah jenuh, Transistor sebagai Saklar  jenis operasi.

Emitter-Ditambah Digital Logic Gerbang

Emitor Ditambah Logika atau ECL adalah jenis lain dari gerbang logika digital yang menggunakan logika transistor bipolar dimana transistor tidak dioperasikan di daerah saturasi, seperti mereka dengan standar TTL gerbang logika digital. Sebaliknya sirkuit input dan output adalah push-pull transistor dihubungkan dengan tegangan suplai negatif sehubungan dengan tanah. Hal ini memiliki efek meningkatkan kecepatan operasi dari gerbang ECL hingga kisaran GHz dibandingkan dengan jenis TTL standar, tapi suara memiliki efek yang lebih besar dalam logika ECL, karena transistor jenuh beroperasi dalam daerah aktif dan memperkuat serta beralih sinyal.

The “74″ Sub-keluarga Sirkuit Terpadu

Dengan perbaikan dalam desain sirkuit untuk memperhitungkan penundaan propagasi, konsumsi saat ini, fan-in dan fan-out persyaratan dll, jenis TTL bipolar teknologi transistor membentuk dasar diawali “74″ keluarga logika digital IC, seperti yang “7400″ Quad 2-input gerbang AND, atau “7402″ Quad 2-input gerbang OR.

Sub-keluarga dari 74xx seri IC yang tersedia yang berkaitan dengan teknologi yang berbeda digunakan untuk membuat gerbang dan mereka dilambangkan dengan huruf di antara 74 peruntukan dan jumlah perangkat. Ada sejumlah TTL sub-keluarga tersedia yang menyediakan berbagai macam kecepatan switching dan konsumsi daya seperti 74 L00 atau 74 ALS 00 gerbang, adalah “L” adalah singkatan dari “Low-power TTL” dan ” ALS “singkatan” Advanced Low-power Schottky TTL “dan ini tercantum di bawah ini.

§  74xx atau 74Nxx: Standard TTL – Alat ini asli TTL keluarga gerbang logika diperkenalkan pada awal 70-an. Mereka memiliki delay propagasi sekitar 10ns dan konsumsi daya sekitar 10mW.

§  74Lxx: Low Power TTL – Konsumsi daya ditingkatkan lebih dari jenis standar dengan meningkatkan jumlah resistensi internal tetapi pada biaya pengurangan kecepatan switching.

§  74Hxx: High Speed ​​TTL – kecepatan Switching ditingkatkan dengan mengurangi jumlah resistensi internal. Ini juga meningkatkan konsumsi daya.

§  74Sxx: Schottky TTL – teknologi Schottky digunakan untuk meningkatkan impedansi masukan, beralih kecepatan dan konsumsi daya (2mW) dibandingkan dengan jenis 74Lxx dan 74Hxx.

§  74LSxx: Low Power Schottky TTL – Sama seperti jenis 74Sxx tetapi dengan resistensi internal yang meningkat untuk meningkatkan konsumsi daya.

§  74ASxx: Lanjutan Schottky TTL – Peningkatan desain lebih 74Sxx Schottky jenis dioptimalkan untuk meningkatkan kecepatan switching dengan mengorbankan konsumsi daya sekitar 22mW.

§  74ALSxx: Lanjutan Low Power Schottky TTL – konsumsi daya yang lebih rendah dari sekitar 1mW dan kecepatan switching yang lebih tinggi dari sekitar 4ns dibandingkan dengan jenis 74LSxx.

§  74HCxx: High Speed ​​CMOS – teknologi CMOS dan transistor untuk mengurangi konsumsi daya kurang dari 1uA dengan input yang kompatibel CMOS.

§  74HCTxx: High Speed ​​CMOS – teknologi CMOS dan transistor untuk mengurangi konsumsi daya kurang dari 1uA tetapi telah meningkat delay propagasi dari sekitar 16nS karena input yang kompatibel TTL.

Dasar CMOS Digital Logic Gerbang

Salah satu kelemahan utama dari seri logika TTL adalah bahwa gerbang didasarkan pada teknologi bipolar logika transistor dan sebagai transistor adalah perangkat dioperasikan saat ini, mereka mengkonsumsi sejumlah besar daya dari power supply +5 tetap volt. Juga, TTL gerbang transistor bipolar memiliki kecepatan operasi terbatas ketika beralih dari “OFF” negara ke “ON” negara dan sebaliknya disebut “pintu” atau “delay propagasi”. Untuk mengatasi keterbatasan ini melengkapi MOS disebut “CMOS” gerbang logika menggunakan “Field Effect Transistor” atau FET dikembangkan.

Sebagai gerbang ini menggunakan kedua P-saluran dan N-channel MOSFET sebagai perangkat input mereka, pada kondisi diam dengan tidak ada switching, konsumsi daya CMOS gerbang hampir nol, (1 2UA) membuat mereka ideal untuk digunakan dalam baterai daya rendah sirkuit dan beralih dengan kecepatan 100MHz ke atas dari untuk digunakan dalam waktu frekuensi tinggi dan sirkuit komputer.

2-input gerbang NAND

CMOS gerbang ini contoh berisi 3 N-channel MOSFET, satu untuk setiap masukan FET ₁dan ₂ FET dan satu untuk output FET _3. Ketika kedua input A dan B berada pada tingkat logika “0″, FET ₁ dan ₂ FET keduanya diaktifkan “OFF” memberikan logika keluaran “1″ dari sumber FET _3.

Ketika salah satu atau kedua input berada pada tingkat logika “1″ arus mengalir melalui FET sesuai memberikan negara output pada Q setara dengan logika “0″, sehingga menghasilkan fungsi gerbang NAND.

Perbaikan dalam desain sirkuit berkaitan dengan kecepatan switching, konsumsi daya yang rendah dan peningkatan penundaan propagasi telah menghasilkan standar CMOS 4000 “CD” keluarga logika IC yang sedang dikembangkan yang melengkapi berbagai TTL.

Seperti dengan TTL gerbang logika digital standar, semua gerbang logika digital utama dan perangkat yang tersedia dalam paket CMOS seperti CD4011, Quad 2-input gerbang NAND, atau CD4001, Quad 2-input gerbang NOR bersama dengan semua sub-keluarga.

Seperti TTL logika, melengkapi MOS (CMOS) sirkuit mengambil keuntungan dari fakta bahwa kedua N-channel dan perangkat P-channel dapat dibuat bersama-sama pada substrat bahan yang sama untuk membentuk berbagai fungsi logika. Salah satu kelemahan utama dengan kisaran CMOS IC yang dibandingkan dengan jenis TTL setara mereka adalah bahwa mereka mudah rusak karena listrik statis sehingga perawatan ekstra harus diambil ketika menangani devices.Also ini tidak seperti TTL gerbang logika yang beroperasi pada tunggal +5 V tegangan untuk baik input dan tingkat output, CMOS gerbang logika digital beroperasi pada tegangan catu daya tunggal antara +3 dan +18 volt.

Dalam tutorial berikutnya tentang Digital Logic Gates, kita akan melihat Logika digitalGerbang AND fungsi seperti yang digunakan di kedua TTL dan CMOS sirkuit logika serta definisi Aljabar Boolean dan tabel kebenaran.

Untuk Menghargai jasa Admin silahkan/Dimohon klik salah satu iklan dibawah!

Terimakasih.