Рівні логічного нуля і одиниці

Як вже говорилося раніше, цифрові мікросхеми характеризуються тим, що можуть перебувати тільки в двох станах. Стану цифрових мікросхем можуть бути описані двома цифрами: "0" і "1". При цьому можна стан мікросхеми характеризувати різними параметрами. Наприклад, струмом або напругою в ланцюгах мікросхеми, відкриті або замкнуті транзистори на виході мікросхеми, світиться чи ні світлодіод (якщо він входить до складу мікросхеми).

Домовилися як логічних станів цифрових мікросхем сприймати напруга на їх вході і виході. При цьому висока напруга домовилися вважати одиницею, а низька напруга - вважати нулем. В ідеальному випадку напруга на виході мікросхем має бути рівним напрузі харчування або загального проводу схеми. У реальних схемах так не буває. Навіть на повністю відкритому транзисторі є падіння напруги. В результаті на виході цифрової мікросхеми напруга завжди буде менше напруги харчування і більше потенціалу загального дроти. Тому домовилися напруга, менше заданого рівня (рівень логічного нуля) вважати нулем, а напруга, більша заданого рівня (рівень логічної одиниці), вважати одиницею. Якщо ж напруга на виході мікросхеми буде більше рівня логічного нуля, але менше рівня логічної одиниці, то такий стан мікросхеми будемо називати невизначеним. На малюнку 3.2 наведені допустимі рівні вихідних логічних сигналів дляТТЛ мікросхем

Зверніть увагу, що чим ближче вихідна напруга щодо електричної напруги або до напруги загального проводу схеми, тим вище ККД цифровий мікросхеми.

Малюнок 3.2 Рівні логічних сигналів на виході цифрових ТТЛ мікросхем

Напруга з виходу однієї мікросхеми передається на вхід іншої мікросхеми по провіднику. В процесі передачі на цей провідник може наводитися напруга від будь-яких генераторів перешкод (освітлювальна мережа, радіопередавачі, імпульсні генератори). Перешкодостійкість цифрових мікросхем визначається максимальною напругою перешкод, яка не призводить до перетворення логічного нуля в логічну одиницю і залежить від різниці логічних рівнів цифрової мікросхеми.

Те ж саме відноситься і до перешкод, що перетворює логічний нуль в логічну одиницю.

Чим менше різниця між Uвх1мін і Uвх0макс. тим більшим посиленням володіє цифрова мікросхема. Типове посилення ТТЛ мікросхем по напрузі Ku становить 40 разів. Це призводить до того, що подавши на вхід цієї мікросхеми напруга, на 40 мВ менше рівня Uпор. ми сприймемо його як логічний нуль, і на виході цієї мікросхеми отримаємо нормальний логічний рівень. При подачі на вхід ТТЛ мікросхеми напруги, на 40 мВ більшого рівня Uпор. це напруга буде сприйматися як логічна одиниця. Кордон рівня логічного нуля і одиниці для ТТЛ мікросхем наведена на малюнку 3.3.

Малюнок 3.3 Рівні логічних сигналів на вході цифрових ТТЛ мікросхем

Згадаймо, що на виході цифровий ТТЛ мікросхеми рівень логічної одиниці не може бути менше 2,4 В, а рівень логічного нуля не може бути більше 0,4 В. В результаті, навіть при наведенні на вхід ТТЛ мікросхеми перешкоди, напругою 0,96 вольт , спотворення цифрової інформації не відбудеться.

Тепер згадаємо, що мікросхеми можуть працювати при впливі несприятливих факторів таких як знижена температура, старіння мікросхем, вплив радіації. Тому виробники мікросхем гарантують спрацьовування мікросхем з деяким запасом. Наприклад, фірма Texas Instruments оголошує для своїх мікросхем вхідний рівень одиниці - 2 В, а рівень нуля - 0,8 В. Ці рівні теж показані на малюнку 3.

А що ж станеться, якщо напруга на вході цифровий мікросхеми буде близько до порогу, що розділяє рівень логічного нуля і логічної одиниці? В цьому випадку мікросхема перейде в активний режим роботи і обидва вихідних транзистора можуть виявитися відкритими. В результаті мікросхема може вийти з ладу. Тому входи цифрових (особливо КМОП) мікросхем ні в якому разі не повинні бути залишені непідключеними! Якщо частина елементів цифрової мікросхеми не використовується, то їх входи повинні бути підключені до джерела живлення або загального проведення схеми. І на закінчення даної теми зверніть увагу, що конкретне значення порога перемикання для різних екземплярів мікросхем і від серії до серії мікросхем може змінюватися в деяких межах. Це ще одна причина, по якій не можна подавати на вхід логічних мікросхем напруга в межах невизначеного стану або залишати входи мікросхем непідключеними.