LE FAMIGLIE LOGICHE
In elettronica digitale, la famiglia logica è una modalità di realizzazione a livello di circuito di un componente logico digitale. Nei circuiti integrati rappresenta un insieme di porte logiche realizzate per mezzo di un design particolare, caratterizzate dai medesimi livelli logici e tensione di alimentazione. In passato le famiglie logiche erano realizzate come componenti individuali, ognuno dei quali contenente una o più funzioni logiche elementari, che costituivano la base per l’implementazione di blocchi logici più complessi. Ogni famiglia logica è caratterizzata da una funzione logica principale, alla quale corrisponde la porta logica base della famiglia, che solitamente è la funzione NOT (inversione logica).
COMPATIBILITA’ TRA FAMIGLIE LOGICHE
La caratteristica tipica di una famiglia logica è che componenti o celle appartenenti alla stessa famiglia logica sono fra loro compatibili, cioè possono essere collegati direttamente. Ciò non vale in generale per componenti o celle appartenenti a famiglie logiche diverse : Il termine “famiglia logica” è anche utilizzato per indicare un insieme di tecniche utilizzate per implementare la logica all’interno di circuiti Very large scale integration, come CPU, memorie e altre funzioni logiche complesse. Le famiglie logiche largamente diffuse sono la CMOS e la TTL. La TTL verrà trattata in questa serie di post sull’elettronica digitale.
TAVOLA DELLE FAMIGLIE LOGICHE PER CIRCUITI INTEGRATI
FAMIGLIA TTL
Transistor-transistor logic (TTL) è stata la prima tecnologia di circuiti integrati (IC) ad essere diffusa su scala globale in una grande varietà di applicazioni, come i computer, i controlli industriali, la strumentazione di laboratorio, nell’elettronica di consumo, le apparecchiature musicali, eccetera.
Con la tecnologia TTL è possibile realizzare molte funzioni, quali (la lista non è esaustiva):
- porte logiche come AND, OR, NAND, NOR, XOR, NOT (inverter)
- flip-flop
- latch
- contatori
- sommatori, moltiplicatori e ALU
- shift register
- timer
- memorie ROM
LE PORTE LOGICHE
Una porta logica si può rappresentare come un contenitore avente uno o più ingressi e un’unica uscita. Lo stato logico dell’uscita dipende ad un certo istante dagli stati logici assunti dagli ingressi, cioè l’uscita della porta è controllata dagli stati in ingresso. La logica digitale è controllata tramite l’utilizzo di più transistor che sono fondamentali sia nel realizzare le porte logiche che apparecchiature moderne come un microprocessore multi-core.
TABELLA DELLA VERITA DI UNA PORTA LOGICA
Con due ingressi abbiamo quattro possibili combinazioni, 2n = 4, raggruppando tali combinazioni in una tabella otteniamo quella che si chiama tabella della verità della porta logica.
|
A |
B |
Y |
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
Abbiamo ottenuto la tabella della verità di una porta logica AND.
TTL E CMOS
Abbiamo detto che esistono due famiglie logiche fondamentali, la TTL e la CMOS. In pratica esse si differenziano in base alla loro tecnologia di fabbricazione, il nome rimarca la tipologia di transistor con cui sono realizzate. Noi in questi post prenderemo in considerazione la famiglia TTL (Transistor Transistor Logic) che utilizza un transistor bipolare BJT analizzato in un post precedente. Anche le tensioni di alimentazione sono diverse nelle due famiglie, in pratica la famiglia TTL viene alimentata a 5V mentre la CMOS ad una tensione variabile tra i 3 e i 18V. Questo fa comprendere la diversità tra le due famiglie logiche in termini di riconoscimento dei livelli logici di tensione.
LIVELLI LOGICI TTL
CARATTERISTICHE DI INGRESSO E USCITA
CARICO DI USCITA DI UNA PORTA (FAN-OUT)
Affinché siano rispettati gli intervalli logici di riconoscimento una porta può pilotare solo un numero limitato di dispositivi sulla propria uscita. Altrimenti se ciò non viene rispettato si produce una riduzione della tensione VOH. Una porta TTL standard può pilotare al massimo fino a 10 porte TTL standard senza che la tensione VOH venga compromessa. I livelli logici che assume l’uscita (Low e High) produce delle correnti con due versi di percorrenza. Quando VOH ha un livello High la corrente esce dalla porta e entra nelle altre. Questa è chiamata corrente di source (o sorgente). Quando l’uscita presenta un livello logico Low (VOL) è l’uscita stessa che assorbe corrente dal carico, questa viene chiamata corrente di sink o assorbimento.
DOVE:
- IOH Corrente d’uscita High
- IIH Corrente d’ingresso High
DOVE:
- IIL Corrente d’ingresso Low
- IOL Corrente d’uscita Low
Questa 4 correnti, come le tensioni, vengono fornite dal costruttore per determinare il FAN-OUT ossia il numero di porte che si possono collegare in uscita.
LOGICA POSITIVA E NEGATIVA
Nell’algebra booleana si parla di logica positiva e negativa per indicare due convenzioni diverse che associano i valori booleani zero e uno alle tensioni di un circuito elettrico o combinatorio.
- Logica positiva. Questa convenzione associa il livello più basso della tensione allo zero logico e quello più alto della tensione all’uno logico. E’ la logica classica prevalentemente seguita.
- Logica negativa. Questa convenzione associa il livello più basso della tensione all’uno logico e quello più alto della tensione allo zero logico. È una logica opposta alla logica positiva.
La logica positiva ha il vantaggio di far corrispondere le risposte delle porte logiche (OR, AND, NOT) con le rispettive funzioni logiche di disgiunzione, congiunzione e negazione.
La logica positiva è quella prevalentemente adottata nella progettazione dei circuiti combinatori.
Nota. In alcuni casi eccezionali può comunque essere più efficiente seguire la logica negativa.
Lascia un commento