디지털 회로 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전 디지털 회로 위키백과, 우리 모두의 백과사전. 둘러보기로 가기 검색하러 가기 이 문서의 내용은 출처가 분명하지 않습니다. 이 문서를 편집하여, 신뢰할 수 있는 출처를 표기해 주세요. 검증되지 않은 내용은 삭제될 수도 있습니다. 내용에 대한 의견은 토론 문서에서 나누어 주세요. ( 2013년 5월 ) 브레드보드에 구현한 디지털 회로 디지털 회로 ( digital circuit ) 은 디지털 신호를 이용하는 전자 회로로, 아날로그 신호를 이용하는 아날로그 회로와는 반대되는 개념이다. 일반적으로 불 대수로 표현할 수 있으며, 디지털 회로는 기본적으로 논리 회로들을 조합하여 만들어진다. 디지털 회로는 컴퓨터와 같은 장치에 많이 사용된다. 목차 1 주요 회로 2 디지털 회로에서 논리 표현 2. 1 전압 레벨 2. 1. 1 슈미트 트리거 ( Schmitt trigger ) 2. 2 입력 2. 3 출력 2. 3. 1 토템폴 출력 2. 3. 2 하이 임피던스 2. 3. 2. 1 트라이 스테이트 게이트에서 EN신호를 이용한 출력 Z 회로 2. 3. 3 오픈 - 컬렉터 출력 2. 4 논리의 입력과 출력 예 2. 4. 1 저전력 쇼트키 TTL의 동작 예 2. 4.
피하기 위해서 신호를 출력하면 안 되는 소자는 전기적으로 절연 상태가 되어야 한다. 이와 같이 출력 신호선에서 전기적으로 절연된 상태를 하이 임피던스 ( High Impedance ) 라고 부르며 H, L 둘 다 아닌 제3의 상태로 취급된다. 하이 임피던스 상태는 기호로 " Z " 라고 표기한다. 어떤 입력 단자에 연결되어 있는 모든 출력 단자가 동시에 하이 임피던스 상태가 되면 전기적으로 입력 단자에 아무것도 연결되어 있지 않는 것과 동일한 상태가 되어서 안정적인 논리상태를 구현할 수 없다. 그렇기 때문에 하이 임피던스 상태를 수반하는 신호선은 풀업 또는 풀다운을 하는 것이 보통이다. 하이 임피던스 출력과 비슷한 것으로 아래의 오픈 컬렉터 출력이 있다. 이것은 출력이 논리 1일 때 L의 전압을 출력 하지만 논리 0일 때는 H의 전압을 출력하는 것이 아니라 하이 임피던스 상태가 되는 출력 소자이다. ( 부논리의 출력이 됨 ) 트라이 스테이트 게이트에서 EN신호를 이용한 출력 Z 회로 [ 편집 ] 출력상태에서 Y 상태를 만들기 위해, EN ( Enable ) 또는 OE ( Output Enable ) 신호입력에 의해 제어한다. 심볼에서 EN
2. 3. 3 오픈 - 컬렉터 출력 2. 4 논리의 입력과 출력 예 2. 4. 1 저전력 쇼트키 TTL의 동작 예 2. 4. 2 입력과 출력 예 3 풀업과 풀다운 4 팬 아웃 5 버퍼 5. 1 트라이 스테이트 버퍼 5. 2 쌍방향 버퍼 5. 3 데이터 셀렉터 6 같이 보기 7 각주 주요 회로 [ 편집 ] 디지털 회로는 기본적으로 논리 회로들을 조합하여 만들어지며, 기능에 따라서 다음과 같은 회로가 자주 사용된다. 플립플롭 카운터 프로그래머블 카운터 위상동기회로 가산기 디지털 - 아날로그 변환회로 아날로그 - 디지털 변환회로 디지털 회로에서 논리 표현 [ 편집 ] 수학적 개념의 논리를 전자공학으로 표현하기 위해 표준화 된 방법이 필요하다. 우선 결정할 것이 논리 0과 1을 어떻게 표현할 것인가이다. 기본적인 개념은 논리표현에서 전압을 기준으로 표현한다. 전류를 흐르면 1아니면 0으로 표현할 수 있지만 이것을 전자회로를 표현하기는 전압으로 하는 표현보다 어렵다. 입력과 출력에서 많은 다양한 회로를 수용하기가 경험적으로 쉽지 않다. 따라서 초기에 전압을 기준으로 논리를 표현한다. 참과 거짓은 다음 기준이다 : 참 ( True ) : 전압 V C C [ V ] { [UNK] displaysty
초기에 전압을 기준으로 논리를 표현한다. 참과 거짓은 다음 기준이다 : 참 ( True ) : 전압 V C C [ V ] { [UNK] displaystyle V - { CC } [ V ] } 거짓 ( False ) : 전압 0 [ V ] { [UNK] displaystyle 0 [ V ] } 보통 논리회로에서는 단일전원을 사용하는 것이 보통이다. 그렇다면 입력과 출력이 반드시 Vcc나 0V이어야 하는가 하는 문제이다. 이것은 BJT나 FET등을 이용해서 논리소자를 만드는데, 스위치 기능상 Vcc 또는 0V로 출력되지는 않는다. 보통의 전기 스위치는 저항이 0이지만, BJT나 FET로 스위치 할 때는 저항이 0이 아니다. 따라서 특정 전압 범위안에서 결정하면 된다. 다음과 같은 최소 고려 전압 밖에서 고려해야 한다. 즉, 각 논리의 출력 전압에서 스위칭 전압강하 만을 고려하므로 최소 이 전압보다는 큰 마진전압을 가져야한다 : H ( 논리1 ) : ( V C C - V S ) { [UNK] displaystyle ( V - { CC } - V - { S } ) } ~ V C C { [UNK] displaystyle V - { CC } } L ( 논리0 ) : V S { [UNK] displaystyle
전류가 흐른다. 논리를 입력한다고 해서 반드시 전류가 흘러 들어가지는 않는다. 오히려 논리 0일 때 입력의 반대방향으로 전류가 흐른다. 입력을 드라이브 하는 쪽이 씽크 ( sink ) 가 된다. 전력측면에서는 오히려 입력이 전력을 소모할 수도 있고 전력을 공급할 수도 있다. 즉, 입력이 전력입력과는 다른 문제이다. 단지 입력 노드에 특정 전압을 유지함으로써 신호가 입력되는 것이다. 그리고 입출력의 전류는 받드시 존재하는가 이다. 이 역시 경우에 따라 전류가 있는 경우도 있고 전류가 거의 없어도 전압을 인가할 수 있기 때문에 전압 입력이 전력이 거의 0이 되는 경우도 있다. 이것은 BJT 보다 FET에서 더 적은 전력을 사용한다. 출력 [ 편집 ] 우선 출력은 특정 노드에 전압이 Vcc로 하이볼트 면 논리 1이다. 반대로 0V로 전압이 나타나면 논리 0이다. 출력노드에서는 정해진 전압이 나타나면 된다. 그렇다고 출력노드가 전력의 관점에서 전력을 출력하는 것 만은 아니다. 즉, 출력 노드에서 출력회로에 전류가 흘러 나오지 않을 수도 있다. 경우에 따라 출력노드에 전력이 나오기도 하고, 전류가 흘러들어 오히려 전력을 소모하는 경우도
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스위치처럼 완전히 0V 또는 Vcc 전압으로 입력되지 않고 마진 전압이 입력된다. 저전력 쇼트키 TTL의 동작 예 [ 편집 ] 트랜지스터 - 트랜지스터 논리 ( TTL, Transistor - Transistor Logic ) 은 내부적으로 스위치와 제어신호를 BJT을 사용한다. 속도면에서 쇼트키 - 트랜지스터를 사용하면서 쇼트키 TTL ( S 타입 ) 로 개발되었고 다시 저전력을 위해 LS타입이 개발되어 대중화 되었다. LS타입의 TTL은 다음과 같은 예에서 내부회로를 분석할 수 있다 : 입력이 0으로 되었을 때의 각각의 스위치 반응이다. 여기서 빨간색은 전류 흐름의 방향이다. 왼쪽의 0입력은 내부의 저항을 통해 전류가 흐른다. 출력쪽은 출력 회로에 의해 전류가 결정되지만 방향은 안쪽으로 들어온다. 입력이 1으로 되었을 때의 각각의 스위치 반응이다. 입력과 출력 예 [ 편집 ] 입력과 출력의 예를 보면 다음과 같다 : 논리 0 입력 논리 1 입력 풀업과 풀다운 [ 편집 ] 위 언급처럼 디지털 회로는 원칙적으로 H나 L의 전압 인가가 되어 있어야 한다. H와 L의 중간 전압이 되게 되면 내부 상태가 불안정하게 되거나 전력 소비가 증가한다. 그리고 L
태에서 Y 상태를 만들기 위해, EN ( Enable ) 또는 OE ( Output Enable ) 신호입력에 의해 제어한다. 심볼에서 EN의 신호에 작은 동그라미가 있을 때는 0일때 액티브 ( 정의된 기능의 동작 상태, 입력신호에 따라 0 또는 1을 출력 ) 되고 아래 회로처럼 그냥 연결되면 1일때 액티브 된다. 마이크로프로세서의 버스구조에서 여러개의 칩에서 출력을 공동으로 연결하는 것은 일반적이다. 따라서 각각의 칩에서는 자기의 출력을 원할때만 버스에 출력하는 방식이 필요하다. 일반적인 로직에서도 Z 상태로 출력하는 경우 역시 사용할 수 있다. Z 출력의 정상적 회로 회로의 충돌로 쇼트가 발생한 경우 오픈 - 컬렉터 출력 [ 편집 ] 위의 스위치를 제거하고 다음과 같이 출력하는 것을 오픈 - 컬렉터 ( Open - Collector, TTL 게이트 ) 또는 오픈 - 드레인 ( Open - Drain, FET 게이트 ) 라고 한다. 논리 0을 출력할 때는 GND 쪽의 스위치를 닫아 0V를 유지하고 논리1일 때는 Z 상태를 유지한다. 논리1일 때 외부에서 전압을 결정하도록 회로를 구성해야 한다. 다음과 같이 예로 개념적 도식할 수 있다 : 논리 0 논리 1 논리 1 출력할 때 하이
1 1 ( In ) 1 ( Out ) S X1 X2 Y 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 트라이 스테이트 버퍼 [ 편집 ] 출력을 하이 임피던스로 할 수 있는 출력 회로를 트라이스테이트 [UNK] tri - state : 세 가지 상태 [UNK] 라고 하며 입력 신호를 그대로 출력하거나 하이 임피던스로 출력할 수 있는 회로를 트라이스테이트 버퍼 ( tri - state buffer ) 라고 한다. 회로 기호에서는 버퍼를 나타내는 삼각의 표와 측면에는 출력을 하이 임피던스로 할지 아니면 입력 신호로 할지 결정할 수 있는 신호선이 있는 기호로 표시한다. 출력을 하이 임피던스로 하지 않을 것을 결정하는 입력 신호선은 게이트 ( gate ) 의 의미로'G'로 표기하거나 작동 ( enable ) 의 의미로'E ','EN'로 표기하기도 한다. 또 데이터 버스에서 사용되는 경우 출력 작동 ( output enable ) 의 약자로'OE'나 칩 선택 ( chip select ) 의 약어로'CS'의 기호를 사용하는 경우도 많다. 쌍방향 버퍼 [ 편집 ] 트라이스테이트 버퍼 2개를 조합하여 데이터 통신의 방향을 변경할 수 있게
불가능하다. 논리0을 표시할 때, 0V가 출력이 되면 좋지만 BJT나 FET을 사용하면 내부저항 때문에 전압이 나타난다. 따라서 개별 스위칭하는 전자소자의 포화상태 전압을 낮는 것이 전체 전원을 낮추는 열쇠다. 두 가지 논리 레벨의 예시 논리 소자 기술 L 전압 H 전압 시모스 0V [UNK] 0. 3Vcc [ 1 ] 0. 7Vcc [UNK] Vcc TTL 0V [UNK] 0. 8V 2V [UNK] Vcc NMOS의 로직 게이트 디지털 회로는 두 가지 전압 레벨을 이진수나 논리 레벨의 0과 1로 나타내기 위해 사용된다. 액티브 하이 ( 정논리 ) 에서는 L는 이진수 0, H는 이진수 1을 나타내며, 액티브 로우 ( 부논리 ) 에서는 반대의 의미로 사용된다. 예를 들어 0 ~ 1. 5 볼트는 논리 0, 3. 5 ~ 5 V는 논리 1과 같다. 1. 5 ~ 3. 5 V는 논리가 변경될 때 사용되는 상태로 이상 상태라고 한다. 논리가 변경될 때 사용되는 상태는 대부분의 회로가 순수한 저항 회로가 아니기 때문에 전압 수준이 빠르게 변경되지 않아서 발생된다. 이러한 이상 상태를 인식하는 논리 회로도 있지만, 대부분 랜덤으로 0 혹은 1
디지털 회로 혹은 정답조합회로(digital circuit)는 디지털 신호를 이용하는 전자 회로로, 아날로그 신호를 이용하는 아날로그 회로와는 반대되는 개념이다. 일반적으로 불 대수로 표현할 수 있으며, 디지털 회로는 기본적으로 논리 회로와 정답조합회로를 조합하여 만들어진다. 디지털 회로는 컴퓨터와 같은 장치에 많이 사용된다.