Sinyal digital: syarat membaca tegangan sebagai 0 dan 1

Hal yang harus dapat Anda bangun

Mata kuliah ini meninjau desain logika digital tingkat awal universitas secara cepat, lalu memeriksanya langsung melalui rangkaian. Aljabar tingkat SMA cukup untuk memulai; pengalaman pemrograman dasar membantu dalam praktikum RTL. Pertama, kita menghubungkan gerbang → rangkaian kombinasional → elemen penyimpan → mesin keadaan. Materi lanjutan opsional memperluasnya ke jalur data dan antarmuka.

Tujuannya melampaui hafalan “tegangan tinggi berarti 1”. Anda harus menjelaskan dalam rentang tegangan apa dan sejak kapan nilai logika yang benar dijamin.

Nilai logika adalah interpretasi tegangan

Rangkaian logika menghitung $0$ dan $1$, tetapi tegangan pada kawat berubah secara kontinu. Masukan ditetapkan terbaca sebagai 0 bila tidak melebihi $V_{IL}$, dan sebagai 1 bila mencapai atau melebihi $V_{IH}$. Di antara kedua ambang, tidak ada interpretasi yang dijamin. Rentang tegangan yang diizinkan dan ambang sebenarnya ditentukan lembar data komponen.

Ambil contoh rangkaian pembelajaran 3.3 V. Angka berikut bukan spesifikasi produk tertentu.

1.4 V bukan “nilai logika ketiga”. Masukan itu berada di luar kondisi yang dijamin model digital. Transisi 0 ke 1 melewati wilayah ini, sehingga waktu pengamatan keluaran juga harus ditentukan.

Margin antara batas keluaran dan masukan

Misalkan tegangan keluaran rendah maksimum pengirim $V_{OL}=0.2\,\mathrm V$ dan keluaran tinggi minimumnya $V_{OH}=2.8\,\mathrm V$. Margin derau^{iMargin derau Selisih antara tegangan keluaran yang dijamin pengirim dan ambang masukan penerima, dihitung dari spesifikasi tegangan statis.} menjadi:

Walaupun keluaran rendah mendapat derau +0.4 V, hasilnya 0.6 V dan tetap dalam rentang masukan rendah. Ini adalah margin statis dengan asumsi spesifikasi tegangan dan kondisi beban terpenuhi. Angka ini saja tidak cukup untuk menilai pulsa singkat atau pantulan pada sambungan.

Periksa kondisi fungsi dan waktu bersama-sama

Jika masukan AND adalah 11, keluarannya 1. Namun, nilai itu tidak dijamin tepat saat masukan diubah. Jumlahkan tundaan maksimum gerbang di setiap jalur, lalu ambil jumlah terbesar sebagai batas. Jika dua gerbang seri memiliki tundaan maksimum 2 ns dan 3 ns, model ini mengharuskan waktu tunggu hingga 5 ns setelah masukan stabil.

Masukan yang tidak tersambung berbeda dari masukan yang diberi 0. Dalam simulator, X menyatakan nilai tidak diketahui dan Z kondisi penggerak berimpedansi tinggi; keduanya tidak memiliki hubungan satu banding satu dengan tegangan fisik. Latihan tombol mata kuliah ini menggunakan model 0/1 yang stabil.

Bacaan lanjutan: MIT OpenCourseWare — The Digital Abstraction

Praktikum · Melintasi batas margin derau

1. Pilih pengiriman 0. Keluaran ditetapkan pada tegangan rendah kondisi terburuk, 0.20 V. Saat derau +0.60 V, tegangan penerima 0.80 V dan 0 masih dijamin.
2. Naikkan derau 10 mV lagi dengan tombol panah kanan. Pada tegangan penerima 0.81 V, penilaian berubah menjadi “tidak dijamin”. Ini tidak berarti nilainya langsung menjadi 1.
3. Untuk pengiriman 1, kurangi tegangan keluaran 2.80 V dengan derau. Penerimaan 1 masih dijamin pada −0.80 V, tetapi tidak pada −0.81 V.
4. Derau lebih besar dapat mencapai wilayah valid yang berlawanan. Penerima mungkin menilainya sebagai nilai logika valid, tetapi data yang dikirim dapat salah. Tegangan valid dan data benar adalah kondisi berbeda.

Masukan di luar rentang 0–VDD tidak dipotong paksa ke wilayah valid. Rentang masukan yang diizinkan, arus penjepit, dan kondisi pulsa transien komponen nyata harus diperiksa tersendiri pada lembar datanya. Model ini tidak memprediksi kerusakan atau respons dinamis komponen tertentu.