ประตูหลายอินพุตทำงานอย่างไร?

ในสาขาการขยายตัวของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิตอลประตูลอจิกเป็นกระดูกสันหลังของกระบวนการคำนวณทำให้สามารถดำเนินการตามตรรกะที่เป็นแกนหลักของเทคโนโลยีที่ทันสมัยประตูเหล่านี้แตกต่างกันไปจากประตูที่เรียบง่ายไม่ใช่ประตูที่ซับซ้อนหรือประตูพิเศษ (XOR) และประตูพิเศษ-NOR (XNOR) ทำหน้าที่เป็นหน่วยการสร้างอันตรายสำหรับวงจรดิจิตอลที่ซับซ้อนด้วยการควบคุมเทคโนโลยีประเภทต่าง ๆ เช่นตรรกะทรานซิสเตอร์-เทรเนสเตอร์ (TTL) และโลหะ-ออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์ (CMOS) เสริมประตูเหล่านี้สามารถปรับให้ตรงกับความต้องการพลังงานความเร็วและประสิทธิภาพที่เฉพาะเจาะจงบทความนี้ตรวจสอบลึกเข้าไปในกลไกการปฏิบัติงานแอปพลิเคชันและประเภทของประตูตรรกะดิจิตอลต่างๆให้ความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับบทบาทของพวกเขาในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มันสำรวจความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเทคโนโลยี TTL และ CMOS ความสามารถรอบตัวของประตูเช่น NAND และ NOR ในการสร้างฟังก์ชั่นเชิงตรรกะที่ซับซ้อนและการดำเนินงานที่เหมาะสมที่สุดของ XOR และ XNOR Gates ในวงจรการคำนวณขั้นสูงการสำรวจที่สมบูรณ์นี้เป็นการตอกย้ำความสำคัญของประตูตรรกะในการกำหนดฟังก์ชั่นและประสิทธิภาพของระบบดิจิตอลที่ทันสมัย

แคตตาล็อก

ประตูตรรกะดิจิตอล

รูปที่ 1: ประตูตรรกะดิจิตอล

ประตูตรรกะดิจิตอลเป็นส่วนประกอบพื้นฐานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในการดำเนินการเชิงตรรกะตามสถานะสัญญาณดิจิตอลโดยทั่วไปแล้วแต่ละเกตจะมีอินพุตหลายอย่าง (ติดป้าย A, B, C, D) และ One Output (Q)ด้วยการเชื่อมต่อประตูเหล่านี้เราสามารถสร้างวงจรที่มีตั้งแต่ระบบ Combinational Simple ไปจนถึงการตั้งค่าตามลำดับที่ซับซ้อนทำให้สามารถใช้ฟังก์ชันตรรกะขั้นสูงโดยใช้ประตูพื้นฐาน

ประเภทของประตูที่พบมากที่สุดคือตรรกะของทรานซิสเตอร์-เทรเนสเตอร์ (TTL) และโลหะเสริมออกไซด์-ซิลิกอน (CMOS)TTL Gates ใช้ทรานซิสเตอร์แยกสองขั้ว (BJTs) รวมถึงทั้งประเภท NPN และ PNP ซึ่งช่วยให้สามารถสลับได้อย่างรวดเร็วและความสามารถในการขับเคลื่อนสูงในทางตรงกันข้ามเทคโนโลยี CMOS ใช้คู่ของ MOSFET หรือ JFETs ในการเตรียมการเสริมลดการใช้พลังงานอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากการดึงกระแสน้อยที่สุดเมื่ออยู่ในสถานะคงที่ความแตกต่างนี้เน้นวิธีการที่แตกต่างกันของการประมวลผลสัญญาณดิจิตอลในตระกูลเกตที่แตกต่างกัน

ทางเลือกระหว่าง TTL และ CMOs สามารถส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการออกแบบวงจรเนื่องจากลักษณะทางไฟฟ้าที่แตกต่างกันTTL Gates สลับเร็วขึ้นทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่เป็นอันตราย แต่พวกเขาใช้พลังงานมากขึ้นและสร้างความร้อนมากขึ้นในการจัดการสิ่งนี้ผู้ประกอบการมักจะต้องใช้ระบบระบายความร้อนหรืออ่างล้างมือเพื่อรักษาประสิทธิภาพ

ในทางกลับกันประตู CMOS เป็นที่ต้องการในแอพพลิเคชั่นที่ใช้แบตเตอรี่หรือไวต่อพลังงานเนื่องจากใช้พลังงานน้อยลงพวกเขาใช้พลังงานน้อยที่สุดในสถานะคงที่และกระจายพลังงานในระหว่างการสลับเหตุการณ์สิ่งนี้ต้องใช้เวลาและการควบคุมที่แม่นยำเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานและลดความร้อนในระหว่างการสลับอย่างรวดเร็ว

ประตูไม่ใช่อะไร?

รูปที่ 2: ไดอะแกรมวงจรสำหรับประตูไม่ใช่

เกตไม่เรียกว่าอินเวอร์เตอร์เป็นเกตตรรกะดิจิตอลหลักที่ใช้หนึ่งอินพุตและเอาต์พุตตรงกันข้ามหากอินพุตสูง (จริง) เอาต์พุตจะต่ำ (เท็จ) และหากอินพุตต่ำเอาต์พุตจะสูงความเรียบง่ายนี้ทำให้ประตูไม่ได้เป็นจุดเริ่มต้นที่เหมาะสำหรับการเรียนรู้เกี่ยวกับตรรกะดิจิตอล

ผู้ประกอบการอาจเห็นสัญลักษณ์และการเป็นตัวแทนที่แตกต่างกันของไม่ใช่ประตูขึ้นอยู่กับมาตรฐานระดับภูมิภาคและระดับนานาชาติความแปรปรวนนี้เน้นการใช้งานที่แพร่หลายและสำคัญในการออกแบบดิจิทัลแม้จะมีความเรียบง่าย แต่ไม่จำเป็นต้องใช้ประตูในการดำเนินงานที่ซับซ้อนมากขึ้นเช่นการสร้างเงื่อนไขสลับในรองเท้าแตะหรือควบคุมองค์ประกอบเวลาในวงจรซิงโครนัส

แอปพลิเคชันทั่วไปของ Not Gate

แอปพลิเคชั่นที่ตรงไปตรงมาที่สุดคือการผกผันของสัญญาณลอจิกพื้นฐานในวงจรดิจิตอลที่การดำเนินการตรรกะบางอย่างต้องใช้สถานะตรรกะตรงข้ามไม่ใช่ประตูสร้างสัญญาณเสริมในระบบโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่จำเป็นในหน่วยความจำและวงจรการประมวลผลด้วยการรวมเกตที่ไม่ได้เข้ากับส่วนประกอบเช่นตัวเก็บประจุและตัวต้านทานสามารถสร้างออสซิลเลเตอร์แบบง่าย ๆ สร้างสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมต่อเนื่องที่ใช้ในการกำหนดเวลาและการควบคุมในวงจรการควบคุมตรรกะไม่ใช่เกตส์ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีเงื่อนไขเฉพาะก่อนที่จะเริ่มต้นการดำเนินการเช่นการปิดใช้งานส่วนหนึ่งของวงจรเว้นแต่ว่าเงื่อนไขความปลอดภัยทั้งหมดจะเป็นที่พอใจพวกเขายังเป็นเครื่องมือในวงจรดิจิตอลที่ซับซ้อนควบคู่ไปกับประตูตรรกะอื่น ๆ เช่นและหรือหรือประตูเพื่อสร้างฟังก์ชั่นที่ซับซ้อนสำหรับอุปกรณ์เช่นมัลติเพล็กเซอร์ตัวถอดรหัสและหน่วยตรรกะเลขคณิตไม่ใช่ประตูที่มีบทบาทในการ debouncing วงจรที่ทำให้สัญญาณเสถียรจากสวิตช์กลไกและปุ่มเพื่อป้องกันการทริกเกอร์เท็จพวกเขายังใช้ในการปรับสภาพสัญญาณเพื่อรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณและสัญญาณป้องกันจะถูกอ่านอย่างถูกต้องโดยอินพุตดิจิตอล

ประตูคืออะไร?

รูปที่ 3: ไดอะแกรมวงจรประตู NAND

AND GATE เป็นองค์ประกอบหลักในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิตอลดำเนินการร่วมกันแบบตรรกะคล้ายกับการคูณเลขคณิตมันผลิตเอาต์พุตสูงเฉพาะเมื่ออินพุตทั้งหมดของมันสูงโดยทั่วไปจะแสดงโดย DOT (.) ในแผนผังประตูนี้จำเป็นในแอปพลิเคชันตั้งแต่วงจรเลขคณิตพื้นฐานเช่น Adders ไปจนถึงระบบที่ซับซ้อนเช่นการควบคุมการจราจรและแอพพลิเคชั่นความปลอดภัย

มันเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการดำเนินการควบคุมที่แม่นยำในวงจรเลขคณิตเช่น Adders และตัวทวีคูณและ GATE จะซิงโครไนซ์หลายสัญญาณเพื่อให้แน่ใจว่าการคำนวณที่แม่นยำในระบบการจัดการจราจรและประตูประสานงานสัญญาณเพื่อให้แน่ใจว่าการเปลี่ยนแปลงการไหลของการจราจรเกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขที่ปลอดภัยเท่านั้น

สองประเภทและประตู

• 3 อินพุตและเกต - มันเป็นเกตตรรกะดิจิตอลที่ส่งสัญญาณสูงเฉพาะในกรณีที่อินพุตทั้งสามของมันสูงทำงานตามตรรกะ "และ" การดำเนินงานหลักในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิตอลสัญลักษณ์ของมันรวมถึงสามบรรทัดที่เข้าสู่เกตเดียวซึ่งเป็นสัญลักษณ์ว่าอินพุตทั้งหมดจะต้องเป็นจริงเพื่อให้เอาต์พุตเป็นจริงเกตประเภทนี้ถูกใช้ในแอปพลิเคชันต่าง ๆ เช่นวงจรการตัดสินใจที่มันควบคุมกลไกที่เปิดใช้งานเฉพาะเมื่อตรวจพบเงื่อนไขสามแบบแยกกันโดยเซ็นเซอร์เป็นสิ่งจำเป็นในระบบความปลอดภัยเพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องจักรทำงานภายใต้สภาวะที่ปลอดภัยเช่นการกดที่ทำงานเฉพาะเมื่อมีเจ้าหน้าที่รักษาความปลอดภัยเข้าที่ผู้ปฏิบัติงานอยู่ในระยะที่ปลอดภัยและเลือกโหมดการปฏิบัติงานที่ถูกต้อง3 อินพุตและประตูเหมาะสำหรับการล็อคแบบผสมผสานแบบอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งต้องการอินพุตที่ถูกต้องสามตัวเพื่อปลดล็อกกลไกในระบบควบคุมที่ซับซ้อนที่พบในหุ่นยนต์หรือสายการผลิตอัตโนมัติประตูเหล่านี้ทำให้มั่นใจได้ว่าการกระทำจะดำเนินการเฉพาะเมื่อพบกับเงื่อนไขหลายครั้งรวมถึงข้อมูลตำแหน่งและความพร้อมของระบบ

•ทรานซิสเตอร์ 2 อินพุตและเกต -ทรานซิสเตอร์ 2 อินพุตพื้นฐานและเกตสามารถสร้างได้โดยใช้ตรรกะตัวต้านทาน-transistor (RTL) ซึ่งต้องการให้ทรานซิสเตอร์ทั้งสองใช้งาน (ON) เพื่อให้เอาต์พุตสูงการตั้งค่านี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการทำความเข้าใจการไหลของสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์และเงื่อนไขที่จำเป็นเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการและประตูจำเป็นต้องใช้ในระบบโลกแห่งความเป็นจริงเช่นการควบคุมสัญญาณไฟจราจรที่พวกเขามั่นใจว่าไฟจะเปลี่ยนแปลงเฉพาะเมื่อมีการปฏิบัติตามเงื่อนไขด้านความปลอดภัยหลายประการซึ่งจะป้องกันอุบัติเหตุในระบบรักษาความปลอดภัยและประตูประสานการตอบสนองต่ออินพุตเซ็นเซอร์หลายตัวรับประกันว่าการเตือนภัยจะทริกเกอร์ภายใต้เงื่อนไขเฉพาะเท่านั้นจำเป็นต้องใช้ GATE และ GATE ในระบบดิจิตอลการจัดการอินพุตที่ซิงโครไนซ์เพื่อสร้างเอาต์พุตที่แม่นยำแอปพลิเคชันขยายจากการดำเนินการทางคณิตศาสตร์อย่างง่ายไปสู่บทบาทที่เป็นอันตรายในระบบการจราจรและความปลอดภัยซึ่งการตอบสนองตามเงื่อนไขที่แม่นยำนั้นเป็นพื้นฐาน

ประตู NAND คืออะไร?

รูปที่ 4: ไดอะแกรมวงจรประตู Nand Logic

ประตู NAND เป็นแบบลอจิคัลผกผันของและประตูมันส่งสัญญาณต่ำเมื่ออินพุตทั้งหมดสูงมิฉะนั้นจะส่งออกสูงการออกแบบและการทำงานของประตู NAND เป็นแกนกลางโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้เทคโนโลยี CMOS ซึ่งการกำหนดค่าของทรานซิสเตอร์ชนิด N และ P-type ช่วยให้การสลับอย่างมีประสิทธิภาพและการรั่วไหลของพลังงานน้อยที่สุดพื้นฐานสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่ความสามารถของประตูในการรักษาผลผลิตสูงภายใต้เงื่อนไขส่วนใหญ่ช่วยประหยัดพลังงานทำให้มีค่าในการใช้งานที่ไวต่อพลังงาน

ประตู NAND นั้นมีความหลากหลายอย่างมากใช้ในทุกสิ่งจากระบบความปลอดภัยขั้นพื้นฐานซึ่งพวกเขาสามารถเรียกใช้สัญญาณเตือนภัยภายใต้เงื่อนไขเฉพาะเท่านั้นจึงยกระดับความน่าเชื่อถือและลดการเตือนที่ผิดพลาดไปสู่ตรรกะการคำนวณที่ซับซ้อนพวกเขาเป็นรากฐานในการสร้างประตูพื้นฐานอื่น ๆ เช่นและหรือและไม่ผ่านชุดค่าผสมที่หลากหลายเน้นบทบาทที่เป็นอันตรายของพวกเขาในการออกแบบวงจรดิจิตอลนอกเหนือจากประตูที่เรียบง่ายแล้ว Nand Gates เป็นเครื่องมือในการสร้างวงจรลอจิกที่ซับซ้อนและอุปกรณ์ต่อเนื่องมีบทบาทสำคัญในการจัดเก็บหน่วยความจำและการดึงข้อมูลในอุปกรณ์การคำนวณซึ่งแสดงให้เห็นถึงยูทิลิตี้ที่กว้างในอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่

ประตู NAND ประเภทต่าง ๆ

•ประตู NAND พื้นฐาน - เกต NAND พื้นฐานเป็นเกตตรรกะดิจิตอลที่พบมากที่สุดและดำเนินการส่วนประกอบเชิงตรรกะของฟังก์ชั่นของและประตูมันมีสองอินพุตขึ้นไปและเอาต์พุตหนึ่งรายการในสาระสำคัญเกต NAND จะส่งสัญญาณสูง (1) เว้นแต่อินพุตทั้งหมดจะสูง (1) ซึ่งในกรณีนี้จะส่งสัญญาณต่ำ (0)ประตูนี้แสดงเป็นสัญลักษณ์โดย AND GATE ที่มีวงกลมผกผันที่เอาต์พุตแสดงถึงการทำงานที่ไม่ได้ใช้กับผลลัพธ์ของ GATE

•เกต NAND แบบหลายอินพุต - เกตนี้ขยายแนวคิดประตู NAND พื้นฐานไปยังอินพุตสามครั้งขึ้นไปเช่นเดียวกับคู่ที่ง่ายกว่าเอาต์พุตของเกต NAND หลายอินพุตจะต่ำเฉพาะในกรณีที่อินพุตทั้งหมดสูงการเพิ่มจำนวนอินพุตช่วยให้ฟังก์ชั่นลอจิกที่ซับซ้อนมากขึ้นและการรวมเข้ากับวงจรลดความต้องการประตูสองอินพุตหลายอินพุตในซีรีย์หรือการกำหนดค่าแบบขนาน

•ชมิตต์ทริกเกอร์ประตู NAND - เกตรวมกลไกการกระตุ้น Schmitt ซึ่งเพิ่มฮิสเทรีซิสให้กับการเปลี่ยนอินพุตเอาท์พุทซึ่งหมายความว่าเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าสำหรับการสลับจากสูงถึงต่ำและต่ำถึงสูงแตกต่างกันประตูดังกล่าวมีประโยชน์อย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณที่มีเสียงดังซึ่งอินพุตอาจผันผวนเนื่องจาก hysteresis ช่วยรักษาเสถียรภาพของเอาต์พุตโดยการลดการเปลี่ยนแปลงที่ผิดพลาด

•ประตู CMOS NAND -ประตูเหล่านี้ทำจากคู่ของ p-type และ mosfets ประเภท N ที่จัดเรียงเพื่อทำหน้าที่ NANDเทคโนโลยี CMOS นั้นมีค่าสำหรับการใช้พลังงานต่ำและภูมิคุ้มกันที่มีเสียงรบกวนสูงทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่และการรวมขนาดใหญ่ในไมโครโปรเซสเซอร์และไอซีดิจิตอลอื่น ๆ

•ประตู tl nand - TTL (ตรรกะของทรานซิสเตอร์- เทรเนสเตอร์) Nand Gates ใช้ทรานซิสเตอร์ทางแยกสองขั้ว (BJTs) และตัวต้านทานแม้ว่าโดยทั่วไปแล้วพวกเขาจะใช้พลังงานมากขึ้นและมีภูมิคุ้มกันรบกวนน้อยกว่าเมื่อเทียบกับประตู CMOS แต่ประตู TTL Nand นั้นเร็วกว่าซึ่งจำเป็นในแอปพลิเคชันที่ความเร็วเป็นพารามิเตอร์อันตราย

•เปิดประตู NAND Collector - Open Collector Nand Gates มีขั้นตอนเอาต์พุตที่ไม่ซ้ำกันซึ่งทรานซิสเตอร์เอาท์พุทจะดึงบรรทัดต่ำเท่านั้น (แอคทีฟต่ำ)ตัวต้านทานภายนอกจะต้องดึงเส้นสูงเมื่อทรานซิสเตอร์เอาท์พุทปิดการกำหนดค่านี้ใช้ในสถานการณ์ที่อุปกรณ์หลายตัวต้องแชร์สายเอาต์พุตเดียวโดยทั่วไปจะเห็นในรถบัสหรือการตั้งค่าการสื่อสารหลายอุปกรณ์อื่น ๆ

ตรรกะหรือประตู

รูปที่ 5: แผนภาพตรรกะหรือเกต

GATE หรือ GATE เป็นองค์ประกอบตรรกะดิจิตอลพื้นฐานที่ส่งสัญญาณสูงหากอินพุตใด ๆ สูงฟังก์ชั่นนี้เหมาะสำหรับวงจรที่ต้องการตอบสนองเชิงบวกต่อสัญญาณสูงใด ๆ

เกตประเภทนี้เป็นพื้นฐานในสถานการณ์ที่ต้องมีการตัดสินใจตามเงื่อนไขการป้อนข้อมูลที่หลากหลายตัวอย่างเช่นในระบบอัตโนมัติหรือเกตอาจควบคุมการตอบสนองของแอคทูเอเตอร์ต่ออินพุตเซ็นเซอร์ต่างๆยืนยันว่าการกระทำนั้นเกิดขึ้นหากมีเงื่อนไขใด ๆผู้ประกอบการจำเป็นต้องเข้าใจเฉดสีของพฤติกรรมของหรือประตูโดยเฉพาะอย่างยิ่งความสามารถในการประมวลผลอย่างรวดเร็วและตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงอินพุตซึ่งเป็นคุณลักษณะที่จำเป็นในสภาพแวดล้อมแบบไดนามิกความไวนี้เป็นสิ่งจำเป็นโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบความปลอดภัยซึ่งการตรวจจับสภาพอันตรายใด ๆ อย่างรวดเร็วจะต้องกระตุ้นการตอบสนองเชิงป้องกันทันที

การใช้ตรรกะหรือเกต

ตรรกะหรือเกตถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในระบบเตือนภัยและสามารถเริ่มการแจ้งเตือนได้หากเซ็นเซอร์หนึ่งในหลายตัวตรวจจับการละเมิดนอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานในระบบควบคุมซึ่งสามารถมั่นใจได้ว่าเครื่องทำงานหากมีเงื่อนไขใด ๆ ที่จำเป็นเช่นการตรวจสอบความปลอดภัยหรือสัญญาณความพร้อมหรือประตูถูกใช้ในตรรกะการคำนวณที่ซับซ้อนช่วยในการดำเนินการอัลกอริทึมที่ต้องใช้อินพุตอย่างน้อยหนึ่งอินพุตเพื่อดำเนินการต่อความสามารถในการจัดการกับหลายเงื่อนไขพร้อมกันทำให้พวกเขาเป็นแกนกลางทั้งระบบดิจิตอลที่เรียบง่ายและซับซ้อนการดำเนินงานที่คล่องตัวและการตอบสนองของระบบยกระดับ

ประตูคืออะไร?

รูปที่ 6: หรือประตู

GATE NOR เป็นองค์ประกอบสำคัญในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิตอลเอาท์พุทสัญญาณสูงเฉพาะเมื่ออินพุตทั้งหมดต่ำสิ่งนี้ทำให้มันเป็นแบบลอจิคัลผกผันของประตูหรือเป็นพื้นฐานในการออกแบบวงจรดิจิตอลสำหรับอินพุตที่ทำให้เกิดการรบกวนในระดับสากล

มันมีค่าอย่างยิ่งเนื่องจากเอาต์พุตสูงพิเศษภายใต้สภาวะอินพุตต่ำซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมระบบดิจิตอลได้อย่างเข้มงวดตัวอย่างเช่นในระบบควบคุมการเข้าถึงและเกตให้แน่ใจว่าการเข้าจะได้รับอนุญาตเฉพาะเมื่อเงื่อนไขด้านความปลอดภัยและความปลอดภัยเฉพาะทั้งหมดไม่ได้รับการป้องกันอย่างมีประสิทธิภาพป้องกันการเข้าถึงที่ไม่ได้รับอนุญาตผู้ประกอบการของระบบดังกล่าวจะต้องจัดการพลวัตการตอบสนองของ NOR ของ Gate โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวงจรที่ซับซ้อนที่หลายหรือประตูมีปฏิสัมพันธ์การจัดการนี้มักจะต้องใช้เวลาอย่างระมัดระวังและการซิงโครไนซ์เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการซึ่งจำเป็นสำหรับการสร้างกลไกที่ไม่ปลอดภัยและระบบตอบสนองแบบมีเงื่อนไข

ความสามารถในการให้เอาต์พุตสูงช่วยให้การสร้างฟังก์ชั่นตรรกะที่ซับซ้อนโดยมีส่วนประกอบน้อยลงโดยการรวมหรือประตูซึ่งจะช่วยลดความซับซ้อนโดยรวมและค่าใช้จ่ายของวงจรหรือประตูไม่ได้เป็นหลักในการสร้างประตูตรรกะประเภทอื่น ๆ และวงจรดิจิตอลเช่นอินเวอร์เตอร์หรือประตูและการกำหนดค่าที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นเพิ่มความยืดหยุ่นในการออกแบบการใช้วงจรจัดเก็บข้อมูลในหน่วยความจำเช่น latches เน้นย้ำความเก่งกาจและประสิทธิภาพของพวกเขา

ประตูพิเศษหรือประตู

รูปที่ 7: เกตพิเศษหรือประตู

จำเป็นต้องใช้เกต Exclusive-OR (Ex-OR) ในวงจรการคำนวณการทำงานของฟังก์ชั่นเลขคณิตและการป้องกันความสมบูรณ์ของข้อมูลผ่านการตรวจจับข้อผิดพลาดความสามารถในการแยกแยะระหว่างสถานะอินพุตที่แตกต่างกันทำให้จำเป็นสำหรับการดำเนินงานเชิงตรรกะที่แม่นยำในระบบดิจิตอล

ประตูอดีตหรือเป็นแกนกลางสำหรับงานเช่นการเพิ่มไบนารีและการตรวจสอบความเท่าเทียมกันในบริบทของการเพิ่มไบนารีประตู Ex-or ได้รับมอบหมายให้คำนวณผลรวมของสองบิตในขณะที่กลไกแยกต่างหากจัดการการพกพาฟังก์ชั่นนี้จำเป็นสำหรับการสนับสนุนการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนมากขึ้นภายในสถาปัตยกรรมการคำนวณช่างเทคนิคที่ทำงานกับอดีตหรือประตูจำเป็นต้องเข้าใจลักษณะการตอบสนองการป้อนข้อมูลที่ไม่ซ้ำกันอย่างละเอียด-เกตผลิตเอาต์พุตสูงเฉพาะเมื่ออินพุตแตกต่างกันการตั้งค่าอย่างเหมาะสมและการแก้ไขปัญหาประตูหรือประตูเกี่ยวข้องกับการรับประกันเวลาสัญญาณและการจัดตำแหน่งที่แม่นยำซึ่งจำเป็นอย่างยิ่งในวงจรลอจิกตามลำดับซึ่งลำดับการดำเนินงานสามารถส่งผลกระทบต่อผลลัพธ์

เกตพิเศษหรือเกตประเภทต่าง ๆ

•เกต XOR สองอินพุตพื้นฐาน - เกต XOR สองอินพุตพื้นฐานแสดงด้วยสัญลักษณ์ลอจิกมาตรฐานที่มีเส้นโค้งที่ด้านอินพุตมันส่งออกจริงเมื่ออินพุตแตกต่างกันเช่นในกรณีของ 01 หรือ 10 นิพจน์บูลีนสำหรับการดำเนินการ XOR นี้แสดงเป็นหรือซึ่งห่อหุ้มลักษณะพิเศษของประตูซึ่งการรวมอินพุตที่แตกต่างกันเอาต์พุตจริง

•เกต xor หลายอินพุต - สัญลักษณ์ลอจิกสำหรับเกต XOR หลายอินพุตเป็นส่วนขยายของเกต XOR พื้นฐานซึ่งรองรับสายอินพุตมากขึ้นตารางความจริงของมันถูกออกแบบมาเพื่อส่งออกจริงสำหรับจำนวนอินพุตที่แท้จริงคี่ซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงฟังก์ชันการใช้ตรรกะของความเท่าเทียมกันโดยทั่วไปแล้วประตู XOR หลายอินพุตจะรับรู้โดยการจัดทำประตู XOR สองอินพุตเพื่อจัดการอินพุตหลายอย่างได้อย่างมีประสิทธิภาพ

•ประตู CMOS XOR -CMOS XOR Gates ใช้เทคโนโลยีเสริมโลหะ-ออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งรวมถึงทั้ง NMOS และ PMOS ทรานซิสเตอร์เทคโนโลยีนี้มีการเฉลิมฉลองสำหรับการใช้พลังงานต่ำและอิมพีแดนซ์อินพุตสูงทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่การกำหนดค่าของ CMOS XOR Gates มักจะเกี่ยวข้องกับการจัดเรียงของทรานซิสเตอร์ที่ซับซ้อนกว่าที่พบในวงจร TTL

•ประตู TTL XOR - TTL XOR Gates ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ตรรกะทรานซิสเตอร์- เทรเนสเตอร์ซึ่งอาศัยทรานซิสเตอร์ทางแยกสองขั้วประตูเหล่านี้เป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องการทำงานอย่างรวดเร็วและความทนทานต่อเสียงรบกวนคุณภาพที่ทำให้พวกเขาเหมาะสมสำหรับสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมการกำหนดค่าทั่วไปรวมถึงทรานซิสเตอร์หลายตัวและอาจรวมไดโอดเพื่อรับฟังก์ชั่น XOR ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

•ประตูออปติคัล XOR - Gates Optical XOR ทำงานด้วยสัญญาณแสงแทนไฟฟ้าพวกเขาขึ้นอยู่กับหลักการเช่นอินเตอร์เฟอโรเมตรีหรือเอฟเฟกต์ออปติคัลแบบไม่เชิงเส้นประตูเหล่านี้มีประโยชน์เป็นพิเศษในระบบการสื่อสารความเร็วสูงและการคำนวณแบบออพติคอลซึ่งประตูอิเล็กทรอนิกส์แบบดั้งเดิมอาจสั้นลงในแง่ของความเร็วและประสิทธิภาพ

•ประตู Quantum XOR - ในขอบเขตของการคำนวณควอนตัมประตู XOR จะถูกนำมาใช้โดยใช้ควอนตัมบิตหรือ qubitsประตูเหล่านี้จำเป็นสำหรับการดำเนินงานที่ซับซ้อนเช่นควอนตัมเทเลพอร์ตและอัลกอริทึมควอนตัมบางอย่างโดยทั่วไปแล้วควอนตัม XOR Gates จะรับรู้ผ่านการควบคุมไม่ใช่และประตูควอนตัมหลักอื่น ๆ ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการโต้ตอบเฉพาะในวงจรควอนตัม

•ประตู XOR ที่ตั้งโปรแกรมได้ - ประตู Xor ที่ตั้งโปรแกรมได้สามารถกำหนดค่าได้ภายในอุปกรณ์ลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้เช่น FPGAs (อาร์เรย์เกตที่ตั้งโปรแกรมได้ในสนาม) หรือ CPLDs (อุปกรณ์ตรรกะที่ตั้งโปรแกรมได้ที่ซับซ้อน)ความยืดหยุ่นนี้ช่วยให้ประตูได้รับการปรับแบบไดนามิกตามความต้องการเฉพาะของแอพพลิเคชั่นต่างๆทำให้เป็นส่วนประกอบพื้นฐานในเทคโนโลยีการปรับตัว

ประตูพิเศษ

รูปที่ 8: เกตพิเศษ

ฟังก์ชั่นเกตพิเศษ (Ex-NOR) เป็นส่วนประกอบของประตู XOR ซึ่งมีบทบาทที่จำเป็นในระบบดิจิตอลที่ประเมินความสม่ำเสมอของอินพุตเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการการตรวจสอบที่สอดคล้องกันหรือการประเมินความเท่าเทียมกันในการส่งสัญญาณดิจิตอล

ประตูนี้ใช้อย่างกว้างขวางในวงจรดิจิตอลเพื่อตรวจสอบความสม่ำเสมอหรือความเท่าเทียมกันของสัญญาณอินพุตทำให้เป็นเครื่องมือที่จำเป็นสำหรับการรับประกันความสมบูรณ์ของข้อมูลเกตนี้มักใช้ในกระบวนการตรวจสอบข้อผิดพลาดเพื่อเปรียบเทียบบิตจากสองแหล่งที่แตกต่างกันยืนยันการจับคู่ของพวกเขาเพื่อรับประกันการส่งข้อมูลที่ปราศจากข้อผิดพลาดสำหรับการใช้งานที่มีประสิทธิภาพผู้ประกอบการและช่างเทคนิคจะต้องมีความรอบรู้กับเงื่อนไขเอาต์พุตที่เข้มงวดของเกทอดีต-มันให้เอาต์พุตสูงเฉพาะเมื่ออินพุตทั้งหมดเท่ากันข้อกำหนดนี้สำหรับการจัดตำแหน่งอินพุตที่แม่นยำและการซิงโครไนซ์ทำให้เกิดความต้องการอย่างมีนัยสำคัญในการกำหนดค่าและการบำรุงรักษาระบบดิจิตอลโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอพพลิเคชั่นเช่นระบบตรวจสอบข้อมูลและตัวตรวจสอบความเท่าเทียมกันแบบดิจิตอลที่ขึ้นอยู่กับความสอดคล้องของข้อมูลที่เข้มงวด

เกตพิเศษประเภทต่าง ๆ

•ประตู CMOS XNOR มาตรฐาน - นี่เป็นประเภทที่พบบ่อยที่สุดที่ใช้ในวงจรดิจิตอลโดยทั่วไปแล้วจะประกอบด้วยการจัดเรียงของทรานซิสเตอร์ CMOs (โลหะเสริม-ออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์) ที่ได้รับการใช้พลังงานต่ำและภูมิคุ้มกันที่มีสัญญาณรบกวนสูงประตูนี้เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่เนื่องจากประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

•ประตู ttl xnor - ประตู TTL Xnor ทำจากทรานซิสเตอร์สองขั้วและเป็นที่รู้จักกันดีในการสลับเวลาอย่างรวดเร็วทำให้เหมาะสำหรับการดำเนินงานความเร็วสูงอย่างไรก็ตามพวกเขามักจะใช้พลังงานมากขึ้นเมื่อเทียบกับประตู CMOS

•ผ่านประตู Xnor Transistor -ประเภทนี้ใช้ตรรกะการแปลผ่านซึ่งสามารถประหยัดพื้นที่ได้มากกว่าตรรกะ CMOS มาตรฐานมันมักจะส่งผลให้เกิดการทำงานที่เร็วขึ้นและลดจำนวนทรานซิสเตอร์ซึ่งเป็นประโยชน์ในวงจรดิจิตอลประสิทธิภาพสูงและขนาดกะทัดรัด

• Gate Xnor Cellular Cellular Cellular (QCA) - เทคโนโลยีที่ใหม่กว่า QCA ใช้ตำแหน่งของอิเล็กตรอนมากกว่าการไหลในปัจจุบันสำหรับการดำเนินการตรรกะซึ่งมีศักยภาพในการใช้พลังงานต่ำมากและความเร็วในการประมวลผลที่สูงมันยังคงอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนาเป็นส่วนใหญ่

•ประตูออปติคอล - ประเภทนี้ใช้สัญญาณออปติคัลแทนสัญญาณไฟฟ้าทำให้มีประโยชน์ในการคำนวณแบบออพติคอลและระบบการสื่อสารที่ต้องใช้แบนด์วิดท์สูงและภูมิคุ้มกันต่อการรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า

บทสรุป

ตลอดการสำรวจประตูตรรกะดิจิตอลนี้เราได้เห็นว่าส่วนประกอบพื้นฐานเหล่านี้ประกอบด้วยซิมโฟนีของการประมวลผลดิจิตอลอย่างไรจากความเรียบง่ายและบทบาทพื้นฐานของไม่ใช่ประตูในการผกผันของสัญญาณไปจนถึงการใช้งานที่เหมาะสมที่สุดของประตู XOR และ XNOR ในการตรวจจับข้อผิดพลาดและการแก้ไขแต่ละเกตประเภทจะนำคุณลักษณะและข้อดีที่ไม่ซ้ำกันมาใช้ในการออกแบบวงจรดิจิตอลความแตกต่างระหว่างเทคโนโลยี TTL และ CMOS ช่วยเพิ่มแนวนอนให้ดีขึ้นนำเสนอตัวเลือกของนักออกแบบที่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของระบบตามการใช้พลังงานความเร็วและภูมิคุ้มกันของเสียงแอพพลิเคชั่นที่ใช้งานได้จริงเน้นตั้งแต่การดำเนินการทางคณิตศาสตร์ขั้นพื้นฐานไปจนถึงระบบความปลอดภัยและความสมบูรณ์ของข้อมูลที่ซับซ้อน - ทำให้บทบาทอันตรายเหล่านี้มีบทบาทในโดเมนเทคโนโลยีต่างๆในขณะที่เทคโนโลยีวิวัฒนาการการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องและการปรับตัวของประตูเหล่านี้จะเป็นแกนหลักในการตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับระบบดิจิตอลที่เร็วขึ้นมีประสิทธิภาพมากขึ้นและเชื่อถือได้มากขึ้นการเดินทางครั้งนี้ผ่านความซับซ้อนของประตูตรรกะดิจิตอลไม่เพียง แต่ช่วยเพิ่มความเข้าใจของเราเกี่ยวกับหลักการทางอิเล็กทรอนิกส์ แต่ยังเน้นถึงนวัตกรรมอย่างไม่หยุดยั้งที่ผลักดันอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ไปข้างหน้า

คำถามที่พบบ่อย [คำถามที่พบบ่อย]

1. อุปกรณ์ใดที่ใช้ประตูตรรกะ?

ประตูลอจิกเป็นส่วนประกอบพื้นฐานในวงจรดิจิตอลและใช้อย่างกว้างขวางในอุปกรณ์เช่นคอมพิวเตอร์สมาร์ทโฟนและเครื่องใช้อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆพวกเขายังมีส่วนร่วมในการใช้งานระบบอัตโนมัติเช่นสัญญาณไฟจราจรและอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่ทันสมัย

2. วิธีการค้นหาเอาต์พุตของประตูลอจิก?

เอาต์พุตของเกตลอจิกถูกกำหนดโดยการใช้ค่าอินพุตกับฟังก์ชันลอจิกเฉพาะของเกต (เช่นและหรือไม่, NAND, NOR, NOR, XOR, XNOR)ตัวอย่างเช่น GATE และ GATE จะส่งออกสัญญาณสูง (1) เฉพาะในกรณีที่อินพุตทั้งหมดสูงคุณสามารถใช้ตารางความจริงเพื่อกำหนดเอาต์พุตสำหรับชุดค่าผสมที่เป็นไปได้ทั้งหมด

3. ข้อดีของประตูตรรกะคืออะไร?

ประตูตรรกะนั้นง่ายเชื่อถือได้และสามารถใช้ในการสร้างวงจรที่ซับซ้อนผ่านการรวมกันพวกเขาอนุญาตให้สร้างระบบดิจิตอลที่ปรับขนาดได้สามารถแก้ไขได้ง่ายและสามารถประมวลผลข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพความสามารถในการคาดการณ์และธรรมชาติของไบนารีทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการควบคุมและการตัดสินใจที่แม่นยำ

4. ฮาร์ดแวร์หรือซอฟต์แวร์ลอจิกเกตหรือไม่?

ประตูลอจิกเป็นส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ที่ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์เช่นซิลิกอนพวกเขามีอยู่ในวงจรรวมหรือไมโครชิปอย่างไรก็ตามแนวคิดของประตูตรรกะสามารถจำลองในซอฟต์แวร์เพื่อการศึกษาหรือการออกแบบวงจรดิจิตอล

5. ข้อควรระวังของประตูตรรกะคืออะไร?

เมื่อใช้ประตูตรรกะมันมีประโยชน์ที่จะพิจารณาปัจจัยต่าง ๆ เช่นระดับแรงดันไฟฟ้าความเข้ากันได้กับส่วนประกอบอื่น ๆ และการหลีกเลี่ยงการโหลดอุปกรณ์จำนวนมากเกินไปลงในเอาต์พุตเดียวซึ่งอาจนำไปสู่ปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณนอกจากนี้ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการจัดการที่เหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายแบบคงที่และปฏิบัติตามข้อกำหนดของผู้ผลิตเพื่อประสิทธิภาพที่ดีที่สุด