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技術(shù)專題
在印刷電路板上使用時的邏輯
真理會讓你自由。邏輯設(shè)備的真值表將確定邏輯運算的結(jié)果。有少數(shù)幾種操作被稱為門操作。這些門是根據(jù)適用的功能命名的。首先要考慮的兩個是AND門和OR門。這些通常都具有兩個輸入和一個輸出。
您的家里可能有走廊或樓梯間的燈，通道的兩端都有電燈開關(guān)。當兩個開關(guān)均處于向下位置時，指示燈點亮。當兩者都亮起時，指示燈也亮起。如果一個打開，而另一個關(guān)閉，則指示燈熄滅。這兩個開關(guān)的真值表如下：
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SW1 |
SW2 |
結(jié)果 |
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在 |
在 |
在 |
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在 |
離開 |
離開 |
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在 |
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離開 |
在 |
盡管有例外，我們還是用1或0表示二進制邏輯狀態(tài)。“ 1”也可以稱為“高”狀態(tài)，而“ 0”則表示“低”邏輯狀態(tài)。描述該情況的所有方法都是將一個或零個，高電平或低電平，施加到引腳的電壓或不施加電壓。低并不總是與地面同義。可能是負電壓。某些設(shè)備可以具有三態(tài)輸出，該輸出使用負電壓和正電壓，并將地作為中間狀態(tài)。
將代碼變成行動-摘要變成具體的
除了一點點皺紋，機器語言是一串從數(shù)字軟件中邏輯語句編譯而來的“一”和“零”。編譯后，可以將二進制代碼應用于邏輯門，以做一些有用的事情，或者至少在操縱輸入來驅(qū)動結(jié)果方面很有趣。
為了激活“與”門，兩個輸入引腳都必須施加電壓。或門只需要一個輸入引腳即可充電，但在兩個輸入引腳上施加標稱電壓都可以得到正的結(jié)果。如果在“或”門的兩個引腳都處于活動狀態(tài)時不希望處于高電平狀態(tài)，則可以使用“異或”門，也稱為“異或”門。
此外，我們可以翻轉(zhuǎn)一下，以便所有結(jié)果都可以顛倒。在描述符的前面放置一個N，用于NAND和NOR門。或門可以是互斥的也可以是反相的，我們稱其為XNOR門。我上面提到的兩個電燈開關(guān)類似于EX-NOR電路。它們在存儲設(shè)備中也非常有用。
緩沖器和反相器：您可能認為更有用
充實其他簡單的邏輯門是反相器和緩沖器。這些邏輯器件具有一個輸入引腳和一個輸出引腳。正如您所期望的，根據(jù)所發(fā)生的變化，逆變器會將位從一種狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)。
當涉及到緩沖區(qū)時，其想法是在不改變狀態(tài)的情況下刷新信號，以便我們可以按其方式發(fā)送它。緩沖器可以用作一種將電壓恢復到其完整規(guī)格的方式，同時消除任何其他信號完整性問題。緩沖器的原理圖符號類似于反相器，只是輸出引腳上沒有小圓圈。如您所見，圓圈是所有反轉(zhuǎn)結(jié)果的門所共有的。
邏輯的演進：更低的功耗，更快的切換
隨著時間的流逝，邏輯門的工作電壓下降了。較小的電壓擺幅發(fā)生得更快，開關(guān)噪聲也更小。回到我剛開始的時候，我們有TTL（晶體管-晶體管邏輯），其電壓為+/- 5V。隨之而來的是CMOS體系結(jié)構(gòu)和新的5。3。它一直在進步。電壓下降時，數(shù)據(jù)速率跳變。這種進展意味著，如果在走線或?qū)Ь€的整個長度上存在明顯的電壓降，則很難讀取零狀態(tài)和單狀態(tài)之間的閾值。
那就是這些緩沖器的所在。您還可以通過將兩個反相器串聯(lián)在一起來創(chuàng)建一個緩沖器。當雙開關(guān)將邏輯置于原始狀態(tài)時，輸出將刷新。由于逆變器通常在標準封裝中帶有六個或更多的門，因此可能會有一些空插槽用于該目的。您可以利用這些構(gòu)建塊來發(fā)揮創(chuàng)造力。
這些原語本身由少量的晶體管和無源元件組成。AND門不限于兩個輸入引腳。可能需要三個或四個輸入引腳注冊一個1才能使輸出引腳跟隨。還有其他電路將功能組合為更多集成的功能。例如，您可能聽說過觸發(fā)器（不是靴），電平轉(zhuǎn)換器或比較器。這些是為特定目的而方便地打包的邏輯門組，其中有許多。
門交換-因為沒有人能完美地繪制原理圖
原理圖的第一次迭代不太可能導致完全流暢的流程，尤其是當我們允許系統(tǒng)將各個門隨機分配給它們的封裝時。即使我們嘗試提前計劃，PCB布局也可能具有重新分配邏輯門的優(yōu)勢。可以通過重新查看原理圖來完成。
另一種方法是在布局中使用門交換例程來優(yōu)化連接。首先，必須確保實際上允許門交換。然后，您必須對原理圖進行反注釋，以使其與布局對齊。您的方法將取決于正常的工具流程以及電路的復雜性/靈活性。
這些不起眼的電路已與其他電路拼湊在一起，形成了數(shù)十億晶體管級居民的大規(guī)模殖民地。這一切都始于用軟件編寫的語句，這些語句被編譯為驅(qū)動整個過程的二進制代碼。芯片上的超大規(guī)模系統(tǒng)沒有比這更復雜的了。只是一個地方有很多東西。嘗試跟上我們的數(shù)字未來，玩得開心。