컴퓨터 시스템에서 Digital 0이 0V가 아닌 이유는 무엇입니까?

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저는 컴퓨터 시스템 설계 과정을 밟고 있는데 교수님은 디지털 시스템에서 디지털 0과 디지털 1을 나타내는 데 사용되는 기존의 전압이 수년에 걸쳐 변경되었다고 말했습니다.

분명히 80 년대에 5V가 '높음'으로, 1V가 '낮음'을 나타내는 데 사용되었습니다. 요즘 '높음'은 0.75V이고 '낮음'은 약 0.23V입니다. 그는 가까운 장래에 0.4V가 높고 0.05V가 낮은 시스템으로 전환 할 수 있다고 덧붙였습니다.

그는 전력 소비를 줄일 수 있도록 이러한 값이 점점 작아지고 있다고 주장했다. 이 경우 왜 '낮음'을 양의 전압으로 설정하는 데 문제가 있습니까? 왜 우리는 그것을 진정한 0V (전력선에서 중립적 인) 전압으로 설정하지 않습니까?

computer-architecture

— 아니 루드 아지 스
소스

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가장 간단한 설명은 와이어 / 트레이스 / "스위치"(트랜지스터)에 기생 저항이 있으므로 실제로 0V에 도달하지 않으므로 약간의 여유가 필요하다는 것입니다. 기술이 향상됨에 따라 마진이 더 엄격해질 수 있습니다.

— 웨슬리 리

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논리 적이없는 절대 높고 낮은에 대한 단일 값을; TTL은 절대 범위를 가지며 순수 CMOS는 파워 레일에 의해 정의 된 범위를 갖습니다.

— 피터 스미스

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하한은 결코 1v가 아니었다. 체크 아웃 Andy의 대답은 당신이 보내고 있는지 (정확하게 말하고, 용서

— 받는다

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인용하는 전압은 논리 0의 상한 (임계 값)입니다.

— CramerTV

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0 V와 같은 것은 없으며 완벽한 세계에서만 우리는 그것을 이야기합니다.

— 마스트

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"이상적인"값을 유효한 입력 범위와 혼동하고 있습니다.

일반적인 논리에서 이상적인 조건에서 논리 영은 정확히 0V입니다. 그러나 실제 환경에서는 완벽한 것은 없으며 전자 출력에는 일정한 허용 오차가 있습니다. 실제 출력 전압은 와이어의 품질, EMI 노이즈, 공급해야하는 전류 등에 따라 달라집니다. 이러한 결함을 수용하기 위해 로직 입력은 전체 전압 범위를 0 (또는 1)으로 처리합니다. Andy의 답변에서 그림을보십시오.

강사가 0.75V로 의미하는 것은 논리적 0 범위를 만드는 포인트 중 하나입니다.

0과 1 사이의 빈 범위도 있습니다. 입력 전압이 여기로 떨어지면 입력 회로가 제대로 작동하지 않을 수 있으므로이 영역은 금지되어 있습니다.

— akwky
소스

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당신은 혼란스러워지고 있습니다. 예를 들어 TTL을보십시오.-

낮은 입력 레벨은 0 볼트와 0 볼트 (TTL의 경우 0.8 볼트)보다 작은 값입니다.

왜 '낮음'을 양의 전압으로 설정하는 데 문제가 있습니까?

우리는 그것이 작은 값보다 작은 지 확인하기 위해 어려움을 겪습니다.

여기 에서 그림 .

— 앤디 일명
소스

이를 확장하기 위해 유효한 입력 전압 범위는 TTL 신호와 CMOS 및 LVCMOS 신호에 대해 다릅니다. 그 이유는 TTL 로직 (및 그 뒤를 따르는 호환 가능한 NMOS)이 접지로 내려 오는 것보다 포지티브 레일로 끌어 올리는 것이 훨씬 더 어렵 기 때문입니다. 최신 CMOS 로직은 어느 쪽이든 똑같이 잘 잡아낼 수 있으며, 대칭 적으로 CMOS 입력 스테이지를 쉽게 구축 할 수 있습니다. CMOS 출력은 TTL 입력을 행복하게 구동하지만 TTL 출력과 함께 특수 TTL 호환 입력을 사용해야합니다.

— Chromatix

TI의이 주제에 대한 자세한 설명이 여기 있습니다. ti.com/lit/an/scla011/scla011.pdf

— Chromatix

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진정한 제로 볼트 로직 신호를 생성하는 것은 불가능합니다. 회로가 완벽하게 완벽하지 않기 때문에 약간의 허용 오차가 있어야합니다. 완벽하게 완벽하게 만들려고 돈을 쓰는 것은 디자인 기금에 대한 좋은 투자가 아닙니다. 디지털 회로는 로직 게이트 인 매우 단순하고 관용적 인 회로의 수많은 사본을 사용하기 때문에 빠르게 확산되고 발전했습니다.

이진 상태 1 및 0은 디지털 논리 회로에서 각각 논리 고전압 및 논리 저전압으로 표시됩니다. 로직 하이와 로직 로우를 나타내는 전압은 사용중인 로직 제품군에 대해 사전 정의 된 범위와 사전 동의 된 범위에 속합니다.

이 범위 내에서 전압을 사용할 수있는 기능은 디지털 로직 회로의 주요 장점 중 하나입니다. 로직 게이트 입력은 로직 고전압과 로직 저전압을 쉽게 구별 할 수 있습니다. 로직 게이트 출력은 유효한 로직 고전압 및 저전압을 생성합니다. 논리 신호가 게이트를 통과하면 작은 신호 노이즈가 제거됩니다. 각 출력은 입력 신호를 양호한 로직 전압으로 복원합니다.

아날로그 회로를 사용하면 노이즈를 관심 신호와 구별하고 노이즈를 완전히 거부하는 것이 더 어렵고 실제로 불가능합니다.

— TonyM
소스

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매우 날카로운 임계 값 (히스테리시스 없음)도 엄청나게 높은 이득 증폭기를 의미합니다. 울퉁불퉁 한 피드백과 진동이 발생하기 쉽고, 드리프트가 발생하기 쉽고 일반적으로 신경질적인 것으로 알려져 있습니다.

— rackandboneman

또한 논리 1과 0은 각각 회로가 더 이해하기 쉬운 저전압과 고전압으로 각각 유용하게 표시 될 수 있습니다. 실제로, 글로벌 리셋과 같은 신호는 전통적으로 낮게 활성화되어 있으며 nmos 시대 (풀업에서 악명 높은 기술)와 TTL 시대 (같은 문제)에서는 그보다 낮기 때문에 남성 IO 활성이 낮습니다. 실제로 어떤 전류도 흐르게하는 유일한 방법이었습니다.

— Dan Mills

논리 값이 전압이 아닌 전류의 관점에서 정의되는 전류 모드 논리도 주목할 만하다. 이것은 Wikipedia가 피코 앰프 CML이 달성되었다고 주장 함에도 불구하고 (Kirchhoff의 현행법으로 인해) 전송에서 더 빠른 스위칭과 더 나은 잡음 허용을 가능하게합니다.

— John Dvorak

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다른 답변에 의해 만들어진 점들 외에도, 높은 스위칭 속도 (일반적으로 와이어 및 기타 부품의 정전 용량은 무시 됨)에서 기생 용량 문제가 있습니다. 전선은 일반적으로 약간의 저항이 있습니다. (매우 단순화 된 모델!)

개략도

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

RC 네트워크이기 때문에 지수 감소 곡선 (V ~ e ^ -kt)이 발생합니다. 수신기가 임계 값을 매우 낮게 (0V 근처) 설정하면 출력 전압 강하가 임계 값을 트리거하기에 충분한 시간을 기다려야합니다. 이번에는 중요하지 않은 것처럼 보일 수 있지만, 초당 백만 (십억 번)으로 전환해야하는 장치의 경우 문제가됩니다. 해결책은 지수 함수의 긴 꼬리를 피하기 위해 "OFF"전압을 증가시키는 것입니다.

— 반 패턴
소스

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완벽한 것은 없기 때문에 오류가 발생하면이를 제공해야합니다. 이 숫자는 임계 값입니다. 시스템에서 가능한 가장 낮은 전압이 0V이고 임계 값이 0V 인 경우, 모든 구성 요소와 배선이 완벽한 도체가 아니고 (즉, 항상 약간의 전압 강하가 있음) 잡음이없는 환경에서 잡음이없는 곳은 어디입니까? 0V를 전혀 출력 할 수 없다면 안정적으로 0V를 출력 할 수없는 시스템이 남게됩니다.

— DKNguyen
소스

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2 레일 시스템 (보통 단일 포지티브 전압 + 접지로 전원이 공급되는 칩)에서 스위치 또는 장치가 출력 커패시턴스를 낮은 신호 레벨로 끌어 내리는 것은 유한 저항을 가지므로 신호 와이어를 0 볼트로 전환 할 수 없습니다 유한 한 시간에. (초전도체 무시). 따라서 성능 요구 사항 (스위칭 속도 대 전력 요구 사항 및 노이즈 생성 등)을 충족하는 일부 현실적인 저전압 스윙이 선택됩니다.

이는 접지 노이즈 (소스와 대상 회로 사이의 다른 접지 또는 "제로"전압 레벨), 기타 노이즈 소스, 공차 등을 포괄하는 데 필요한 마진에 추가됩니다.

— hotpaw2
소스

0

일부 응답과는 달리 과거에는 순수한 0V 낮은 것과 같은 것이 있다고 확신합니다. 릴레이 로직! 나는 우리가 그것에 다시 돌아가고 싶지 않다고 생각합니다!

— 사용자
소스

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릴레이가 초전도체를 사용 했습니까? 나는 그렇게 생각하지 않습니다.

— 엘리엇 앨더 슨

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불공평 한 비판 때문에 +1. 순수한 0V를 쉽게 얻을 수 있습니다. 릴레이를 통해 거의 달성 할 수 있으며 원할 경우 부정적인 전원 공급 장치 및 피드백에 연결된 장치에 액세스 할 수 있습니다. 디지털 통신에 필요한 설계 가치로 사용 된 것은 아니지만,이 답변에 대한 투표권을 떨어 뜨릴 이유는 아닙니다.

— KalleMP

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@ElliotAlderson 아니오, 나는 그것이 존재하지 않을 것이라고 구체적으로 썼다. 그러나 그러한 설계 가치가 결코 요구되지 않았다는 것을 증명할 수 있습니까? 나는 그렇게 생각하지 않았다. 이제 가서 새로운 사람에게 찬성 투표를해서 (0으로 되돌리기 위해) 그는 nitpicking으로 탈선하지 않고 떠나고 아무런 이유없이 더 밝은 (젊은) 마음을 풀어줍니다.

— KalleMP

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@ElliotAlderson 실제 릴레이 코일에 스코프를 놓으면 접점이 열릴 때 전압이 0을 통해 더 큰 음수 값으로 이동하는 것을 볼 수 있습니다. 그러나 실제 회로 또는 이상적인 회로에 대해 이야기하고 있는지 확실하지 않습니다. 이상적인 접점이 있습니까? 그렇지 않은 경우 전압은 음의 무한대로 가야합니다. 어쨌든 접점이 열리고 아크가 꺼진 후 이상적인 회로의 저항은 무한대가 됩니다. 그것이 시간 상수에 어떤 영향을 미치는지 확실하지 않습니다.

— 솔로몬 느린

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@SolomonSlow 과도 동작은 실제이지만 이상적인 회로를 사용하여 쉽게 모델링 할 수 있습니다. 접점이 열린 후 코일 전압의 동작을 제어하는 저항은 코일 자체의 저항입니다 (어떤 종류의 누설 전류도 없다는 의심의 이점을 제공합니다). 이 시점에서 병렬 RL 회로이므로 인덕터 전류가 정확히 0 으로 떨어지려면 무한한 시간이 필요 합니다. 실제 환경에서도 코일 양단의 전압이 0이 아니지만 릴레이 접점이 열리면 0이 아닌 전압의 논리 '0'이되는 시간이 있습니다.

— 엘리엇 앨더 슨