Indietro

ⓘ Circuito digitale




                                     

ⓘ Circuito digitale

Un circuito digitale, nellelettronica digitale, è un circuito elettronico il cui funzionamento è basato su un numero finito di livelli di tensione elettrica.

Questa tipologia di circuiti si contrappone a quella del circuito analogico la quale, per definizione, è basata su un numero infinito di livelli di tensione.

                                     

1. Cenni storici

Nel 1985 il costruttore Philips introdusse due nuove famiglie logiche in tecnologia CMOS, la prima, denominata HC, aveva caratteristiche nuove, la soglia del livello di commutazione era posta a metà tensione di alimentazione, la quale poteva spaziare in un range relativamente ampio 2-6 volt. La seconda famiglia denominata HCT, si proponeva come sostitutiva diretta della TTL, avendo a suo vantaggio un consumo di corrente estremamente minore, mantenendo la soglia di commutazione e la tensione di alimentazione VCC, identici alla TTL.

Questa tecnologia è stata fortemente incentivata dalla produzione di componenti integrati in grado di svolgere le più disparate funzioni, sebbene sia possibile realizzare lo stesso circuito anche impiegando componenti discreti come ad esempio i transistor.

                                     

2. Livelli logici

Nella maggior parte dei casi sono presenti solamente due livelli di tensioni identificati con luno o con lo zero della logica binaria o booleana. I due livelli di tensione usati nei circuiti digitali rappresentano i numeri binari 0 e 1, detti livelli logici.

Generalmente si associa il livello basso rappresentato solitamente con la lettera L, da low allo 0 e il livello alto rappresentato solitamente con la lettera H, da high all1, anche se è possibile utilizzare la rappresentazione opposta.

È usuale permettere una certa tolleranza nella tensione utilizzata; per esempio una tensione tra 0 e 2 volt può rappresentare lo 0 logico, mentre una tensione fra 3 e 5 volt può rappresentare l1 logico. Una tensione tra 2 e 3 volt sarebbe quindi non valida e potrebbe esistere soltanto in condizioni di errore oppure durante una transizione di livello logico che non avviene mai in modo istantaneo.

Esempi di tensioni relative ai livelli logici, nelle due più comuni famiglie logiche di circuiti integrati:

Nota: VCC = tensione di alimentazione.

Confrontando le tensioni di alimentazione di queste due famiglie di circuiti integrati logici, è evidente il maggiore range di tensione in cui può lavorare la famiglia CMOS rispetto alla TTL. Questultima ha un range molto ristretto di alimentazione, tuttavia permette velocità operative maggiori, anche se a scapito di un maggior consumo di corrente; velocità ancora maggiori si possono ottenere con la tecnologia ECL emitter-coupled logic, la quale con tempi di commutazione prossimi ad 1 nS richiede correnti ancora maggiori. Le varie famiglie CMOS succedutesi nel tempo presentate dai vari costruttori, hanno comunque avuto significativi miglioramenti in velocità: dagli 80 nS della prima, la 4000B in tecnologia metal gate, ai 3 nS della ACL Advance CMOS Logic, sempre con circa 2 nanowatt di dissipazione per porta.

                                     

3. Lelaborazione di segnali digitali

Lelaborazione dei segnali viene realizzata seguendo le regole dellalgebra di Boole. I blocchi elementari di elaborazione sono le porte logiche o gates. Esse permettono di effettuare le operazioni base quali AND, OR, NOT e combinazioni di queste come NOR, XOR e XNOR. Combinando tra loro più porte logiche si realizzano circuiti logici più complessi, quali per esempio i flip-flop, circuiti in grado di memorizzare informazioni elementari, e in generale reti logiche variamente complesse.

                                     

4. Tecnologie differenziate

Facendo riferimento al chip singolo, ricavato dal wafer di silicio, precise leggi fisiche impediscono di ottenere il dispositivo ideale, avente massima velocità di commutazione e minimo consumo, caratteristiche opposte tra loro. Pertanto la ricerca prosegue in due direzioni: in una si cerca di ottenere la massima velocità accettandone il maggior consumo di corrente, nellaltra si dà la priorità allottenimento del minor consumo possibile pur a scapito della velocità. La ragione di queste opposte direzioni di ricerca sta nella richiesta del mercato. Esempi dimpiego estremo delle due tipologie sono i sistemi darma, dove prioritario è la velocità, e apparecchiature satellitari e dispositivi portatili, dove prioritario invece è ottenere il minor consumo possibile.

Sempre prioritaria è anche la corsa alla riduzione dellarea di silicio occupata dal dispositivo, attraverso laumento della cosiddetta scala di integrazione, in quanto impatta proporzionalmente sul costo di produzione del circuito integrato. Per questo motivo i produttori di chip investono grandi somme di denaro per lo sviluppo di submicrometriche che permettono di integrare su un singolo dispositivo interi sistemi digitali.

Le differenti e numerose tecnologie susseguitesi nel tempo, sono state denominate "famiglie", la prima è stata la RTL Resistor-transistor logic, seguita dalla DTL Diode-transistor logic, andata in obsolescenza anchessa con lavvento della TTL Transistor-transistor logic. Facevano parte di questa famiglia i chip impiegati nelle CPU dei computer prima dellavvento del microprocessore. Attualmente è presente sul mercato nella versione veloce e in quella a basso consumo. La famiglia CMOS è quella che permette di ottenere la più alta densità di transistor per millimetro quadrato in quanto ha componenti di dimensione di 65 nanometri.

Sui chip più complessi si riescono a integrare diversi milioni di gates equivalenti dove un gate è la cella digitale elementare NAND2.



                                     
  • computer, e più in generale nelle telecomunicazioni, un circuito virtuale o virtual circuit abbreviato VC rappresenta una connessione virtuale o un
  • considerata un documento fondamentale per lo sviluppo dell elettronica digitale La tesi fu sviluppata sotto la supervisione del fisico e matematico del
  • misura digitali voltmetro digitale es. multimetri elettronici acquisitore di segnali. Quando il valore misurato da uno strumento digitale è presentato
  • in digitale una volta eseguito il filtraggio, si genera nuovamente il segnale analogico tramite una semplice interpolazione del segnale digitale in uscita
  • d accensione tramite alcuni circuiti che modificano i segnali d ingresso utilizzando alcuni filtri e circuiti circuito RC o circuito RCL a seconda del tipo
  • elettronica digitale elemento di piccolissime dimensioni che permette di variare manualmente il comportamento di un circuito elettronico digitale Ponticello
  • di musica digitale è salita rapidamente dopo il lancio dell iTunes Store di Apple a gennaio 2001 e la creazione di lettori di musica digitale portatili

Anche gli utenti hanno cercato:

circuiti combinatori pdf, circuiti digitali esercizi, circuiti integrati pdf, elettronica digitale pdf, fondamenti di elettronica digitale pdf,

...
...
...