Digital 0 neden bilgisayar sistemlerinde 0V değil?

Bir bilgisayar sistemi tasarımı dersi alıyorum ve profesörüm dijital sistemlerde, dijital 0 ve dijital 1'i belirtmek için kullanılan geleneksel voltajların yıllar içinde değiştiğini söyledi.

Görünüşe göre, 80'li yıllarda, 5 V 'yüksek' olarak kullanılmış ve 1 V 'düşük' anlamına gelmişti. Günümüzde, bir 'yüksek' 0,75 V ve bir 'düşük' 0,23 V civarındadır. Yakın gelecekte 0,4 V'nin yüksek ve 0,05 V'nin düşük olduğu bir sisteme geçebileceğimizi de ekledi.

Güç tüketimimizi azaltabilmemiz için bu değerlerin küçüldüğünü savundu. Bu durumda neden 'düşük' değerini herhangi bir pozitif voltaja ayarlamakta sorun yaşıyoruz? Neden sadece gerçek 0 V (güç hatlarından nötr, sanırım) voltajına ayarlamıyoruz?

"İdeal" değerini geçerli giriş aralığı ile karıştırıyorsunuz.

Her zamanki mantıkta, ideal koşullarda, mantıksal sıfır tam olarak 0V olacaktır. Ancak, gerçek dünyada hiçbir şey mükemmel değildir ve elektronik bir çıkışın belirli bir toleransı vardır. Gerçek çıkış voltajı kabloların kalitesine, EMI gürültüsüne, beslemesi gereken akıma vb. Bağlıdır. Bu kusurları gidermek için, mantık girişleri tüm voltaj aralığını 0 (veya 1) olarak değerlendirir. Andy'nin cevabındaki resme bakın.

Öğretim elemanınızın muhtemelen 0.75V ile kastedilen, mantıksal 0 aralığını yapan noktalardan biridir.

Ayrıca 0 ile 1 arasında boş bir aralık olduğunu unutmayın. Giriş voltajı buraya düşerse, giriş devresi düzgün çalışmayı garanti edemez, bu nedenle bu alanın yasak olduğu söylenir.

Kafan karışıyor. Örneğin TTL'ye bakın: -

Düşük giriş seviyesi 0 volt ile 0 volt'un üzerindeki bazı küçük değerler arasındadır (TTL için 0,8 volt).

Neden 'düşük' değerini herhangi bir pozitif voltaja ayarlamakta sorun yaşıyoruz?

Belli bir küçük değerin altında olduğundan emin olmak için sorun yaşıyoruz.

Buradan resim .

Gerçek sıfır volt mantık sinyali üretmek imkansızdır. Devre sonsuz mükemmel olmadığı için izin verilen bazı toleranslar olmalıdır. Sonsuza dek kusursuz kılmaya çalışarak para harcamak, tasarım fonlarına da iyi bir yatırım yapmaz. Dijital devre çok hızlı bir şekilde çoğaldı ve gelişti, çünkü mantık kapıları olan çok basit ve toleranslı devrelerin çok sayıda kopyasını kullanıyor.

İkili durumlar 1 ve 0, sayısal mantık devrelerinde sırasıyla mantık yüksek ve mantık düşük voltajları ile temsil edilir. Mantık yüksek ve mantık düşük seviyesini temsil eden voltajlar, kullanımdaki mantık ailesi için önceden tanımlanmış ve önceden kararlaştırılmış aralıklar içine düşer.

Bu aralıklardaki voltajlarla çalışma kabiliyeti, dijital mantık devresinin temel avantajlarından biridir - bu bir başarısızlık değildir. Lojik kapı girişleri, lojik yüksek ve lojik düşük voltajları kolayca ayırt edebilir. Lojik kapı çıkışları geçerli mantık yüksek ve düşük voltajları üretecektir. Lojik sinyaller geçitlerden geçerken küçük sinyal gürültüsü ortadan kalkar. Her çıkış giriş sinyalini iyi bir mantık voltajına geri yüklüyor.

Analog devrelerde, gürültüyü ilgilenilen sinyalden ayırmak ve gürültüyü tamamen reddetmek arasında daha zor ve pratik olarak imkansızdır.

Diğer cevaplar tarafından verilen noktalara ek olarak, yüksek anahtarlama hızlarında (genellikle tellerin ve diğer bileşenlerin göz ardı edilen kapasitansı) parazitik kapasiteler söz konusudur. Teller genellikle hafif bir dirence de sahiptir. (Çok basitleştirilmiş bir model!)

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Bir RC ağı olarak, bu üssel bir düşüş eğrisi ile sonuçlanır (V ~ e ^ -kt). Alıcı, eşiği çok düşük (0V'ye yakın) ayarlarsa, çıkış voltajının eşiği tetikleyecek kadar düşmesi için önemli bir süre beklemesi gerekir. Bu süre önemsiz görünebilir, ancak saniyede milyon (milyarda) kez değiştirmesi gereken bir cihaz için bu bir sorundur. Üstel fonksiyonun uzun kuyruğunu önlemek için bir çözüm "KAPALI" voltajı arttırmaktır.

Çünkü hiçbir şey mükemmel değildir ve bunun için bir hata payı sağlamanız gerekir. Bu sayılar eşiktir. Sisteminizdeki mümkün olan en düşük voltaj 0V ve eşiğiniz 0V ise, eğer TÜM bileşenleriniz ve kablo tesisatınız mükemmel iletkenler değilse (yani, her zaman bir miktar voltaj düşmesi varsa) ve gürültüsüz bir ortamda sessiz kalırsa, bu durum sizi nereye bırakır? Hiç bir zaman bile 0V veremeyen, hatta hiç yapabiliyorsa, sizi hiçbir zaman güvenilir bir şekilde veremeyen bir sisteme bırakır.

2 raylı bir sistemde (genellikle sadece tek bir pozitif voltaj artı toprakla çalışan yongalar), anahtar veya cihaz çıkış kapasitansını düşük bir sinyal seviyesine düşüren her ne olursa olsun sonlu bir dirence sahiptir ve bu nedenle bir sinyal kablosunu sıfıra Volt değiştiremez sonsuz zaman. (Süper iletkenleri yoksayma). Bu nedenle performans gereksinimlerini karşılayan bazı gerçekçi daha düşük voltaj salınımı seçilmiştir (anahtarlama hızı - güç gereksinimleri ve gürültü üretimi vb.)

Bu, toprak gürültüsünü (kaynak ve hedef devreler arasındaki farklı toprak veya "sıfır" voltaj seviyeleri), diğer gürültü kaynaklarını, toleransları vb. Karşılamak için gereken marjlara ek olarak verilir.

Buradaki bazı cevapların aksine, geçmişte en düşük 0V gibi bir şey olduğundan eminim. Röle mantığı! Yine de buna geri dönmek istediğimizi sanmıyorum!