Nivel lógico, El problema de nivel lógico, Estado activo, Los niveles de voltaje de lógica

En los circuitos digitales, un nivel lógico es uno de un número finito de estados que una señal puede tener. Niveles lógicos se representan generalmente mediante la diferencia de tensión entre la señal y el suelo, aunque existen otras normas. La gama de niveles de tensión que representa cada estado depende de la familia lógica que se utiliza.

En lógica binaria los dos niveles son altos y lógica baja lógica, que por lo general corresponde a un binario 1 y 0, respectivamente. Las señales con uno de estos dos niveles se pueden utilizar en la lógica booleana para el diseño de circuitos digitales o análisis.

En la lógica de tres estados, un dispositivo de salida también puede ser de alta impedancia. Esto no es un nivel lógico, pero significa que la salida no está controlando el estado del circuito conectado.

El problema de nivel lógico

Interconexión de las dos familias lógicas menudo requiere técnicas especiales tales como resistencias adicionales de pull-up o circuitos de interfaz de propósito específico ya las familias lógicas pueden utilizar diferentes niveles de tensión de representar 1 y 0 estados, y puede tener otros requisitos de interfaz que sólo se reunió en la lógica familia.

Estado activo

El uso de ya sea el superior o el nivel inferior de tensión para representar cualquiera de los estados lógica es arbitraria y puede incluso ser cambiado en diferentes niveles dentro de un sistema. Estados Active-alta y baja activa se pueden mezclar a voluntad: por ejemplo, una de sólo lectura circuito integrado de memoria puede tener una señal de selección de chip que es activa a nivel bajo, pero los bits de datos y direcciones son convencionalmente activa-alta. En ocasiones, un diseño lógico se simplifica invirtiendo la elección del nivel activo.

Una señal activa-alta representa un dígito binario de 1, o afirmó estado de una condición lógica, por el mayor de dos tensiones. El voltaje más alto representa un binario 1 o "marca", y la tensión más baja representa un 0 binario o "espacio".

Una señal activa baja representa el dígito binario de 1 o afirmó estado de una condición lógica, por el menor de dos tensiones.

Convenciones

El nombre de una señal baja activa está escrito con una barra por encima de ella para distinguirla de la señal activa alta. Por ejemplo, el nombre Q, lea "Q bar" o "Q no" representa una señal activa baja. Los convenios utilizados son:

  • una barra por encima de
  • una barra inclinada inicial
  • un líder minúscula n
  • una salida # o
  • un sufijo "_B".

La convención roza También se utiliza con señales que tienen un significado en ambos estados. Por ejemplo, es común tener una línea de lectura/escritura por escrito R/W, lo que indica que la señal es alta en el caso de un caso de lectura y bajo en de una escritura.

Muchas señales de control de la electrónica son señales activas bajas. Esto se deriva del hecho de que la mayoría de las familias lógicas pueden hundirse más corriente que se puede fuente, por lo fanout y el ruido aumenta la inmunidad. También permite atar con alambre-O lógica si las puertas lógicas son open-collector/open-drain con una resistencia pull-up. Ejemplos de esto son el autobús IC y de la Red de Área de Controlador, y el bus local PCI. RS232 señalización, tal como se utiliza en algunos puertos serie, utiliza señales activas bajas.

Los niveles de voltaje de lógica

Los dos estados lógicos de un alambre suelen estar representados por dos tensiones diferentes, pero la corriente se utiliza en algunas familias lógicas. Un umbral se diseña para cada familia lógica. Al por debajo de ese umbral, el alambre es "baja", cuando por encima de "alto". Niveles intermedio son indefinidos y el comportamiento de los circuitos conectados es altamente específico de la implementación. El problema del diseñador del circuito es evitar circunstancias que producen niveles intermedios, de modo que todos los resultados son predecibles.

Es común a permitir que algo de tolerancia en los niveles de tensión utilizados; Por ejemplo, 0 a 2 volts pueden representan la lógica 0 y 3 o 5 volts lógica 1 - Una tensión de 2 o 3 volts serían no válida y se producirá sólo en un fallo condición o durante una transición de nivel de la lógica, como circuitos no puede cambiar instantáneamente los niveles de tensión. Sin embargo, unos circuitos lógicos pueden detectar un fallo de este tipo, y la mayoría va a terminar la interpretación de la señal, ya sea como un 0 o un 1 de entrada, de manera impredecible y, posiblemente, de manera inconsistente.

Circuito combinacional emite también tomar más tiempo para liquidar a un estado final cuando una entrada está cerca del rango medio válido, y en un circuito síncrono, esto puede conducir a una propagación de metaestabilidad. Un dominio de reloj de cruce es una situación comúnmente se enfrentan los diseñadores digitales en las que es probable metaestabilidad y debe ser manejado con cuidado.

Casi todos los circuitos digitales utilizan un nivel lógico coherente para todas las señales internas - no obstante, que el nivel es muy variable de un sistema a otro. Un cambiador de nivel se conecta un circuito digital que utiliza un nivel lógico de otro circuito digital que utiliza otro nivel lógico. A menudo, se utilizan dos cambiadores de nivel, uno en cada sistema: Un "conductor de línea" convierte de niveles lógicos internas a los niveles de línea estándar de la interfaz; una "línea de receptor" se convierte de niveles de interfaz con los niveles de voltaje internos. Los más comunes acordados niveles de tensión son los niveles lógicos TTL, casi tan común es el RS-232 niveles de tensión.

Los niveles de tensión utilizados internamente se llama el "nivel lógico", mientras que los niveles de tensión utilizados externamente se les llama el "nivel de línea". En especial, cuando se conecta un sistema que utiliza niveles TTL internamente para un cable RS-232, los niveles TTL son el "nivel lógico". Cuando la conexión de un sistema que utiliza los niveles CMOS 3.3 V internamente a un bus IEEE 1284, los niveles TTL son el "nivel de línea".