Инвертор (логический вентиль) - Inverter (logic gate)

Вход Выход
А НЕ А
0 1
1 0
Традиционный символ ворот НЕ (инвертор)

В цифровой логике инвертор или вентиль НЕ - это логический вентиль, который реализует логическое отрицание . В математической логике это эквивалентно оператору логического отрицания (¬). Таблица истинности показана справа.

Электронная реализация

Схема инвертора выводит напряжение, представляющее логический уровень, противоположный его входу. Его основная функция - инвертировать подаваемый входной сигнал. Если применяемый вход низкий, то выход становится высоким, и наоборот. Инверторы могут быть сконструированы с использованием одного транзистора NMOS или одного транзистора PMOS, соединенного с резистором . Поскольку в этом подходе «резистивный сток» используется только один тип транзистора, его можно изготовить с низкими затратами. Однако, поскольку ток течет через резистор в одном из двух состояний, конфигурация резистивного стока имеет недостатки с точки зрения потребляемой мощности и скорости обработки. В качестве альтернативы инверторы могут быть сконструированы с использованием двух комплементарных транзисторов в конфигурации CMOS . Эта конфигурация значительно снижает энергопотребление, поскольку один из транзисторов всегда выключен в обоих логических состояниях. Скорость обработки также может быть улучшена за счет относительно низкого сопротивления по сравнению с устройствами типа NMOS-only или PMOS-only. Инверторы также могут быть сконструированы с биполярными переходными транзисторами (BJT) либо в конфигурации резистор-транзисторная логика (RTL), либо в конфигурации транзисторно-транзисторной логики (TTL).

Цепи цифровой электроники работают при фиксированных уровнях напряжения, соответствующих логическому 0 или 1 (см. Двоичный код ). Схема инвертора служит основным логическим элементом для переключения между этими двумя уровнями напряжения. Реализация определяет фактическое напряжение, но общие уровни включают (0, + 5 В) для цепей TTL.

Цифровой строительный блок

На этой схематической диаграмме показано расположение логических элементов НЕ в стандартном шестнадцатеричном инвертирующем буфере КМОП 4049.

Инвертор - это основной строительный блок цифровой электроники. Мультиплексоры, декодеры, конечные автоматы и другие сложные цифровые устройства могут использовать инверторы.

Шестнадцатеричный преобразователь является интегральной схемой , которая включает в себя шесть ( гекса- ) инверторов. Например, микросхема ТТЛ 7404 с 14 контактами и микросхема КМОП 4049 с 16 контактами, 2 из которых используются для питания / реферирования, а 12 из которых используются входами и выходами шести инверторов (4049 имеет 2 контакта без подключения).

Аналитическое представление

является аналитическим представлением логического элемента НЕ:

Альтернативы

Если нет определенных ворот НЕ, их можно сделать из универсальных ворот И-НЕ или ИЛИ-НЕ .

Желаемые ворота Конструкция NAND Строительство NOR
НЕ ANSI Labelled.svg НЕ из NAND.svg НЕ из NOR.svg

Измерение производительности

Кривая передачи напряжения для инвертора 20 мкм, изготовленного в Университете штата Северная Каролина

Качество цифрового инвертора часто измеряется с помощью кривой передачи напряжения (VTC), которая представляет собой график зависимости выходного напряжения от входного напряжения. Из такого графика могут быть получены параметры устройства, включая устойчивость к шуму, усиление и рабочие логические уровни.

В идеале, VTC выглядит как перевернутая ступенчатой функция - это будет означать , точное переключение между на и от - но в реальных устройствах, постепенный переход существует область. VTC показывает, что при низком входном напряжении схема выводит высокое напряжение; для высокого входного сигнала выход сужается к низкому уровню. Наклон этой переходной области является мерой качества - крутые (близкие к бесконечности) наклоны обеспечивают точное переключение.

Устойчивость к шуму можно измерить путем сравнения минимального входного сигнала с максимальным выходным сигналом для каждой области работы (вкл. / Выкл.).

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

  • Шлюз НЕ в "Все о схемах"
  • Ворота НЕ в 1971 г. Книга "Проектирование с использованием интегральных схем TTL"