03. 기본논리게이트 1
1. TTL 과 CMOS 논리레벨정의영역 TTL CMOS +V cc 전압 (Volt) 5 4 논리-1(2.5V~5V) 3 2 정의되지않은영역 1 논리-0(0V~0.8V) 0 전압 (Volt) 5 4 논리-1(3.5V~5V) 3 정의되지않은영역 2 1 논리-0(0V~1.5V) 0 V in collector V out base emitter Transistor 2
2. NOT 게이트 한개의입력과한개의출력을갖는게이트로서논리부정을나타낸다. 3
3. 버퍼 입력된신호를변경하지않고, 입력된신호그대로를출력하는게이트로서단순한전송을의미한다. 4
4. 3 상태 (tri-state) 버퍼 출력이 3 개레벨 (High, Low, 하이임피던스 ) 중의하나를갖는논리소자 5
5. AND 게이트의기본개념 입력이모두 1(on) 인경우에만출력은 1(on) 이되고, 입력중에 0(off) 인것이하나라도있을경우에는출력은 0(off) 이된다. 6
5. AND 게이트의기본개념 (Cont ) 7
5. AND 게이트의기본개념 (Cont ) 8
6. OR 게이트의기본개념 입력이모두 0 인경우에만출력이 0 이되고, 입력중에 1 이하나라도있으면, 출력은 1 이된다. 9
6. OR 게이트의기본개념 (Cont ) 10
6. OR 게이트의기본개념 (Cont ) 11
7. NAND 게이트의기본개념 AND 게이트와반대로작동, NOT AND 의의미로 NAND 게이트라부른다. 12
7. NAND 게이트의기본개념 (3 입력 ) 13
7. NAND 게이트의기본개념 (Cont ) 14
8. NOR 게이트 OR 게이트와는반대로작동하는게이트로서, NOT OR 의의미로 NOR 게이트라고부른다. 15
8. NOR 게이트 (Cont ) 16
8. NOR 게이트 (Cont ) 17
9. XOR 게이트 입력중홀수개의 1이입력된경우에출력은 1이되고그렇지않은경우에는출력은 0이된다. 2-입력 XOR 게이트의경우, 두개의입력중하나가 1이면출력이 1이되고, 두개의입력모두가 0이거나또는두개의입력모두가 1이라면출력은 0이된다. 18
9. XOR 게이트 (Cont ) 19
9. XOR 게이트 (Cont ) 20
10. XNOR 게이트의기본개념 입력중짝수개의 1이입력될때출력이 1이되고, 그렇지않은경우에는출력은 0이된다. 출력값은 XOR 게이트에 NOT 게이트를연결한것이므로 XOR 게이트와반대이다. 2-입력 XNOR 게이트의경우두개의입력이다를때출력이 0이되고, 두개의입력이같으면출력은 1이된다. 21
10. XNOR 게이트의기본개념 (Cont ) 22
11. 정논리와부논리 논리개념 전압레벨 정논리 부논리 +5V High=1 High=0 0V Low=0 Low=1 정논리 AND = 부논리 OR 23
11. 정논리와부논리 (Cont ) 정논리 NAND = 부논리 NOR 24
11. 정논리와부논리 (Cont ) 정논리와부논리간의게이트대응 25
12. 게이트와전기적특성 지연시간 신호가입력되어서출력될때까지의시간을말하며, 게이트의동작속도이다. 전력소모 게이트가동작할때소모되는전력량 잡음여유도 최대로허용된잡음마진 팬 - 아웃 하나의게이트의출력으로부터다른여러개의입력들로공급되는전류 정상적인동작으로하나의출력이최대몇개의입력으로연결되는가를나타낸다. 26
12. 게이트와전기적특성 (Cont ) 전파지연시간 (gate propagation delay time) 신호가입력되어서출력될때까지의시간을말하며, 게이트의동작속도를나타낸다. 5V 입력 50% 0V 출력 5V 0V 50% t PHL t PLH 27
12. 게이트와전기적특성 (Cont ) 주요디지털 IC 계열별특성표 28
12. 게이트와전기적특성 (Cont ) 전력소모 (power dissipation) 게이트가동작할때소모되는전력 잡음여유도 (noise margin) 데이터의값에변경을주지않는범위내에서최대로허용된 Noise Margin 을의미 P cc =V cc I cc 출력전압범위 입력전압범위 V OH (min) 논리 1 V NH 논리 1 V IH (min) V IL (max) V OL (max) 논리 0 V NL 논리 0 29
12. 게이트와전기적특성 (Cont ) 출력전압범위 입력전압범위 V OH =2.7V 논리 1 V NH =0.7V 논리 1 V IH =2.0V V OL =0.4V 논리 0 V NL =0.4V 논리 0 V IL =0.8V LS-TTL 의입출력레벨 Noise 출력레벨 입력레벨 A V o V i B H { } H L { } L 입력신호 X( 신호 + 잡음 ) 출력신호 F 30
12. 게이트와전기적특성 (Cont ) 팬 - 인 (fan-in), 팬 - 아웃 (fan-out) 팬-아웃은 1 개의게이트에서다른게이트의입력으로연결가능한최대출력단의수를의미팬-인은 1 개의게이트에입력으로접속할수있는단수를의미 팬인 팬아웃 IOH=0.4mA(max) 팬아웃 20 H 최대 20 개 H H H IIH=0.02mA(max) 팬아웃 20 I OL =8mA(max) L 최대 20 개 L L L I IL =0.4mA(max) 31 출력이 H 레벨일때출력이 L 레벨일때 I I IH (max) 0.4mA 20 (max) 0.02mA OH OL 20 I I IL (max) (max) 8mA 0.4mA
12. 게이트와전기적특성 (Cont ) 싱크전류 소스전류 출력쪽으로전류가흘러들어간다는의미 출력에서바깥으로전류가흐른다는의미 싱크전류로점등 Chip 의출력이 Low(0V) 일때 LED 가점등된다. Chip Output +V cc 330Ω Sinking a current 소스전류로점등 Chip Output Chip 의출력이 High(+V cc ) 일때 LED 가점등된다. Sourcing a current 330Ω 32 74 시리즈 TTL 의경우에많은칩에서싱크전류는 16mA 까지가능하며, 소스전류는 0.25mA 이하다.
12. 게이트와전기적특성 (Cont ) 높은팬 - 아웃 IC 를 LSI 출력측에접속하기위한소자로서 74LS06, 74LS07 과같은버퍼를사용한다. 이들은게이트에외부로부터공급되는싱크전류를 40mA 까지허용하며, 게이트가공급하는소스전류는 0.25mA 다. 싱크전류로점등 소스전류로는점등안됨 L 74LS07 L H 74LS06 L 싱크전류 I OL 40mA 싱크전류 I OL 40mA 74LS06 H L I F =10mA 점등 V cc R 330Ω L I OH 0.25mA H 점등안됨 R 330Ω I OL 40mA 33
12. 게이트와전기적특성 (Cont ) 풀 - 업 (pull-up), 풀 - 다운 (pull-down) 입력레벨의불확실성을제거하여정확한신호를얻기위하여사용하는저항풀-업저항 : 전원쪽으로연결할때사용풀-다운저항 : 접지쪽으로연결할때사용적절한풀-업, 풀-다운저항으로서는 3~10KΩ을사용 V cc switch 7404 7404 switch 풀 - 업저항을사용하지않으면불확실한입력신호가될수있다. 34
V cc V cc 풀 - 업저항 3~10KΩ I IH H L switch off i switch on 3~10KΩ L H I IL 0.4mA V cc V cc 풀 - 다운저항 I IL 0.4mA switch off L 3~10KΩ H i 3~10KΩ switch on H L I IH 0.02mA 35
12. 게이트와전기적특성 (Cont ) 디지털 IC TTL (Transistor Transistor Logic) TTL : BJT 와 Diode 로구성 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) CMOS : NMOS 와 PMOS FET 로구성 CMOS 의장점 : TTL 에비해소비전력이적고사용전압범위가넓다 CMOS 의단점 : TTL 에비해서속도가떨어진다. 고속의 CMOS IC 가개발되어 TTL 과비슷한보급성향을보이고있다. TTL 중에서는 74 계열외에군용과같이열악한환경에서도동작할수있도록개발된 54 계열이있다. 74 계열의작동온도범위 : 0~70 54 계열은작동온도범위 : -55~125 TTL 은 LS(low power-schottky), F(fast) 타입이 CMOS 는 4000B 계열, HC(high speed CMOS) 타입이주로사용된다. 36
12. 게이트와전기적특성 (Cont ) TTL / CMOS Family 이름규칙 제조회사 SN : Texas Instrument MC : Motorola DM : National Semiconductor IM : Intersil N : Signetics MM : Monolithic Memories P : Intel H : Harries F : Fairchild AM : Advanced Micro Devices CD : RCA HD : Hitach DN/MN : Mitsubishi MB : Fujitsu TC : Toshiba HY : Hyundai GD : GoldStar K- : Samsung 시리즈명 74 : TTL 40 : CMOS 회로타입 패키지외형 N : Plastic DIP J : Ceramic DIP W : Flat Pack 기능에따른고유번호 S : High Speed Schottky L : Low Power LS : Low Power Schottky H : High Spees F : Fast HC : High Speed CMOS(CMOS compatible) HCT : High Speed CMOS TTL(LS TTL compatible) AC : Advanced AS : Advanced Schottky ALS : Advanced Low Power Schottky 37