Jump to content

Инвертор (логический вентиль)

(Перенаправлено с ворот инвертора )
Традиционный символ НЕ-затвора (инвертора)

В цифровой логике инвертор или вентиль НЕ представляет собой логический вентиль , который реализует логическое отрицание . Он выводит бит , противоположный тому биту, который в него вложен. Биты обычно реализуются как два разных уровня напряжения .

Описание

[ редактировать ]
инвертора Таблица истинности
Вход Выход
А НЕ А
0 1
1 0

Вентиль НЕ выдает ноль, если задана единица, и единицу, если задан ноль. Следовательно, он инвертирует свои входы. В просторечии такая инверсия битов называется «переворачиванием» битов. [1] Как и во всех двоичных логических элементах, вместо единицы и нуля могут использоваться другие пары символов, например «истина» и «ложь» или «высокий» и «низкий».

Он эквивалентен оператору логического отрицания (¬) в математической логике . Поскольку у нее только один вход, это унарная операция простейшего типа и таблица истинности . Его еще называют воротами дополнения. [2] потому что он производит единиц дополнение двоичного числа до , меняя местами 0 и 1.

Вентиль НЕ является одним из трех основных логических вентилей, из которых любая булева схема может быть построена . Вместе с вентилями «И» и «ИЛИ» можно реализовать любую функцию бинарной математики. Все остальные логические элементы могут быть составлены из этих трех. [3]

Термины «программируемый инвертор» или «управляемый инвертор» не относятся к этому вентилю; вместо этого эти термины относятся к логическому элементу исключающее ИЛИ , поскольку он условно может функционировать как логический элемент НЕ. [1] [3]

Треугольный символ, а не ворота
Традиционный символ ворот НЕ; иногда треугольник опускается или в строке ввода может быть помещен кружок [3]
Прямоугольный символ, а не ворота
IEC NOT Символ ворот

Традиционным символом инверторной схемы является треугольник, касающийся маленького круга или «пузыря». К символу прикрепляются входные и выходные линии; пузырь обычно прикрепляется к выходной линии. Чтобы обозначить входной сигнал с активным низким уровнем , иногда вместо этого на строке ввода помещается пузырь. [4] Иногда используется только круглая часть символа, и она присоединяется к входу или выходу других ворот; символы NAND и NOR . таким образом формируются [3]

Черта или черта ( ‾ ) над переменной может обозначать отрицание (или инверсию или дополнение), выполняемое логическим элементом НЕ. [4] Также используется косая черта (/) перед переменной. [3]

Электронная реализация

[ редактировать ]

Схема инвертора выдает напряжение, представляющее логический уровень, противоположный его входу. Его основная функция — инвертировать подаваемый входной сигнал. Если приложенный входной сигнал низкий, то выходной сигнал становится высоким, и наоборот. Инверторы могут быть сконструированы с использованием одного NMOS -транзистора или одного PMOS- транзистора, соединенного с резистором . Поскольку в этом подходе с «резистивным стоком» используется только один тип транзистора, его можно изготовить с низкой стоимостью. Однако, поскольку ток протекает через резистор в одном из двух состояний, конфигурация с резистивным стоком имеет недостатки с точки зрения энергопотребления и скорости обработки. Альтернативно, инверторы могут быть построены с использованием двух комплементарных транзисторов в КМОП- конфигурации. Такая конфигурация значительно снижает энергопотребление, поскольку в обоих логических состояниях один из транзисторов всегда выключен. [5] Скорость обработки также может быть улучшена благодаря относительно низкому сопротивлению по сравнению с устройствами типа NMOS или PMOS. Инверторы также могут быть сконструированы с использованием транзисторов с биполярным переходом (BJT) либо в конфигурации резистор-транзисторной логики (RTL), либо в конфигурации транзистор-транзисторной логики (TTL).

Схемы 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 схем TTL.

Цифровой строительный блок

[ редактировать ]
На этой схематической диаграмме показано расположение вентилей НЕ в стандартном шестнадцатеричном инвертирующем буфере CMOS 4049.

Инвертор является основным строительным блоком цифровой электроники. Мультиплексоры, декодеры, конечные автоматы и другие сложные цифровые устройства могут использовать инверторы.

Шестнадцатеричный инвертор представляет собой интегральную схему , содержащую шесть ( шестнадцатеричных ) инверторов. Например, 7404 микросхема TTL , имеющая 14 контактов, и микросхема CMOS 4049 , имеющая 16 контактов, 2 из которых используются для питания/задания, а 12 из них используются для входов и выходов шести инверторов (у 4049 есть 2 контакта без подключения).

Аналитическое представление

[ редактировать ]

является аналитическим представлением вентиля НЕ:

Альтернативы

[ редактировать ]

Если конкретных вентилей НЕ нет, их можно сделать из универсальных вентилей И-НЕ или ИЛИ-НЕ . [6] или вентиль XOR , установив один вход на высокий уровень.

Желаемые ворота NAND-конструкция НОР строительство

Измерение производительности

[ редактировать ]
Кривая передачи напряжения для инвертора 20 мкм, изготовленная 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 можно получить параметры устройства, включая устойчивость к шуму, коэффициент усиления и уровни рабочей логики.

В идеале VTC выглядит как инвертированная ступенчатая функция – это указывает на точное переключение между включением и выключением – но в реальных устройствах существует область постепенного перехода. VTC указывает, что при низком входном напряжении схема выдает высокое напряжение; для высокого входного сигнала выходной сигнал сужается к низкому уровню. Наклон этой переходной области является мерой качества: крутые (близкие к вертикальным) наклоны обеспечивают точное переключение.

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

Линейная область как аналоговый усилитель

[ редактировать ]

Поскольку область перехода крутая и приблизительно линейная, цифровой логический элемент КМОП-инвертора с правильным смещением можно использовать в качестве аналогового линейного усилителя с высоким коэффициентом усиления. [7] [8] [9] [10] [11] или даже объединены в операционный усилитель . [12] Максимальный коэффициент усиления достигается, когда рабочие точки входа и выхода имеют одинаковое напряжение, которое можно сместить, подключив резистор между выходом и входом. [13]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б Ван Хаутвен, Лоуренс (2017). Крипто 101 (PDF) . п. 17.
  2. ^ «2.9 Цифровые логические элементы» (PDF) . Вавилонский университет .
  3. ^ Jump up to: а б с д и Брош, Джеймс Д. (2012). Практические программируемые схемы: Руководство по ПЛИС, конечным автоматам и микроконтроллерам . Эльзевир Наука. п. 19. ISBN  978-0323139267 .
  4. ^ Jump up to: а б «Учебное пособие по логике, а не воротам» . Учебники по электронике . 20 августа 2013 г.
  5. ^ Наир, Б. Соманатан (2002). Цифровая электроника и логическое проектирование . PHI Learning Pvt. ООО с. 240. ИСБН  9788120319561 .
  6. ^ М. Моррис, Мано; Р. Кайм, Чарльз (2004). Основы логики и компьютерного проектирования (3-е изд.). Прентис Холл. п. 73. ИСБН  0133760634 .
  7. ^ «Примечания по применению 88: линейные приложения КМОП» (PDF) . Национальный полупроводник . Апрель 2003 г. [июль 1973 г.].
  8. ^ Стоньер-Гибсон, Дэвид. «КМОП-вентиль как линейный усилитель» . Группа микроконтроллеров, Мураббин, Мельбурн . Архивировано из оригинала 31 марта 2022 г. Проверено 18 мая 2023 г.
  9. ^ КМОП-инверторы как аналоговые усилители (Приключения в области программируемых аналоговых массивов) , получено 18 мая 2023 г. , Аарон Лантерман, Технологический институт Джорджии
  10. ^ «КМОП-инвертор как усилитель | Аналоговый КМОП-проектирование || Учебное пособие по электронике» . www.electronics-tutorial.net . Проверено 18 мая 2023 г.
  11. ^ «Деятельность: каскады усилителей КМОП — ADALM2000 [Analog Devices Wiki]» . Wiki.analog.com . Архивировано из оригинала 8 августа 2022 г. Проверено 18 мая 2023 г.
  12. ^ Велтин-Ву, Колин (18 ноября 2013 г.). «Настоящий операционный усилитель, сделанный из инверторов» . ЭДН . Проверено 18 мая 2023 г.
  13. ^ Бэ, Вурхэм (20 сентября 2019 г.). «КМОП-инвертор как аналоговая схема: обзор» . Журнал маломощной электроники и приложений . 9 (3): 26. дои : 10.3390/jlpea9030026 . ISSN   2079-9268 .
[ редактировать ]
  • Ворота НЕ в «Все о схемах»
  • Вентиль НЕ в книге «Проектирование с использованием интегральных схем TTL» 1971 года.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: e960b1ecbdad03fc08acd2d21a6001af__1710430080
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/e9/af/e960b1ecbdad03fc08acd2d21a6001af.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Inverter (logic gate) - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)