فهم أساسيات أنواع الأسرة الرقمية (الطن، والكموز، والإكتل)

وتشكل الأسر ذات المنطق الرقمي لبنات البناء الأساسية لجميع النظم الالكترونية الحديثة، إذ إن الأسرة المنطقية هي مجموعة موحدة من التكنولوجيات المستخدمة في تنفيذ البوابات المنطقية الرقمية (الوطن، أو غيره) وأجهزة صناعية أكثر تعقيداً مثل المناظر والمجهزات، ويؤثر اختيار الأسرة المنطقية تأثيراً مباشراً على سرعة واستهلاك الطاقة وحصانة الضوضاء وتكلفة تصميم رقمي.

Transistor-Transistor Logic (TTL)

وقد أدخلت صكوك تكساس في الستينات وأصبحت بسرعة الأسرة المنطقية السائدة لدوائر التكامل المتوسطة الحجم والدمج على نطاق صغير، وهي تستخدم أجهزة نقل الوصل ذات القطبين كعنصر التحويل الأولي، وتتكون بوابة نظام تبادل المعلومات عن طريق النقل من محركات متعددة الأطراف، وجهاز برمجيات متعدد الأطراف، وجهاز برمجيات متطورة، وجهاز تشغيلي متطور للمنتجات.

مستويات التذبذب وعلامات المريخ

وفيما يتعلق بوصلة نموذجية لشبكة نمور تحرير تاميل إيلام (مثل سلسلة الـ 7400)، فإن مستويات الإنتاج المضمونة هي:

• V_]OH] (الناتج العالي) iv; V (يعاد تصنيفه 3.4 V تحت الحمولة الخفيفة)
• V_OL] (نقص الناتج) ‘0.4 V
• V_IH] (مرتفعة)
• V_IL (نقص منخفض) / 0.8 V

وتوفر عتبة الفولطية للمدخلات هامشا ضوئيا قدره 0.4 خامسا لكلا المنطقين، وهذا يكفي للعديد من التطبيقات ولكن يمكن أن يكون محدودا في البيئات الصناعية الضارية.

استهلاك السرعة والطاقة

وتأخير حركة النقل عبر الحدود (74LS) عادة في نشر حوالي 9-10 نانو لكل بوابة، وتفكك في الطاقة يبلغ حوالي 2 ميغاواط لكل بوابة (بإمدادات من 5 ميغاواط)، وتستعمل الشركات الفرعية السريعة مثل 74 Schotky) مترجمات متحركة لتقليل وقت التخزين، مما يؤدي إلى تأخيرات في 3-4 نانوترات، ولكن مع وجود قوة أعلى (20 ميغاواط/غيت).

Fan-Out and Interfacing

ويمكن أن تصل بوابة نظامية لشبكة نقل التكنولوجيا إلى 10 حمولات معيارية (من أصل 10) بدون دوائر خارجية احتياطية، غير أن المدخل الحالي لبوابة من طراز TTL كبير: فالمدخل المنخفض المنطقي يتطلب وجود مصادر حاليا (من الناحية 1.6 ميغاواط) في حين أن ارتفاع المدخلات يتطلب غرقاً في الهواء (40 ميكروناً مربعاً) مما يعني أن قيادة بوابة من أعلى مستوى من ناتج المنظمة البحرية الدولية قد تتطلب مقاومة للسحب.

الطلبات والمهام

(تي تي إل) ما زال يستخدم لأغراض تعليمية في النظم القديمة وفي التطبيقات التي يوجد بها بالفعل عرض 5 V، إنه مُزدج، منيع نسبياً للتصريف الكهروستاني مقارنة بـ (إس دي) في مرحلة مبكرة، وقوّة محرك الإنتاج مفيدة لتوصيل الأجهزة المُعتمدة على الـ (ليد) وباقي المكونات المُتميزة، لكن (تي.تي.

For further reading, see the Texas Instruments TTL Logic Data Book and the Wikipedia article on TTL.

الموصل التكميلي للمعادن - أكسيد السام

وتستخدم تكنولوجيا CMOS أزواجاً مكملة من الشاشات وأجهزة تحويل ذات تأثيرات ميدانية من أكسيد الفلزات غير الميكانيكية، وذلك لتحقيق وظائف منطقية، وميزتها الرئيسية هي استهلاك منخفض جداً من الطاقة الثابتة، لأن مترجماً واحداً في كل زوج يُطفأ دائماً عندما تكون الحالة المنطقية مستقرة، مما يجعل تكنولوجيا التسلسل المهيمن لجميع الدوائر الرقمية المتكاملة الحديثة تقريباً، من الرقائق المجهرية.

الهيكل الداخلي والعملية

(أ) جهاز نقل أساسي تابع للدائرة يتألف من مترجم (موقع) ومترجم لجهاز الرصد الوطني (العملية) (التوقف عن العمل) وعندما تكون المدخلات منخفضة (صفر V)، تتحول دائرة الرصد والمراقبة إلى مسار ثابت، وتسحب الناتج إلى V_D.

مستويات التذبذب وحصانة الضوضاء

CMOS outputs are rail-to-rail: V_OH] œ_{] and V} and V_OL] ng.0 V. Input thresholds are typically about half

استهلاك الطاقة: ستاتيك ضد الديناميكية

Additionally static power is almost zero, CMOS power consumption becomes significant during shifting due to dynamic power: P = C_L V_DD2 f, where C_L is the load capacitance, V6

التأخير وسرعة

وتحدد فترة التأخير في بوابة نظام الرصد والمراقبة في ضوء الوقت اللازم لشحن وتصريف غطاء الحمل عن طريق تقديم المساعدة المباشرة إلى وزارة الدعم المالي والخدمات الاجتماعية، وقد كانت سرعة تشغيل نظام الرصد والمراقبة المبكر )مثل سلسلة ال ٠٠٠ ٤( بطيئة نسبيا، مع حدوث تأخيرات في عشرات ثانيات النانو، ومع ذلك، ومع تباطؤ أحجام السمات، تحسنت سرعة تشغيل نظام الرصد والمراقبة والإشراف بشكل كبير.

Latch-Up and Protection

ومن القضايا التاريخية التي تتعلق بدائرة الأمن العام حالة التمزق - التمزق - حيث يتحول مترجمون ثنائي القطب الطفيلي داخل هيكل اللجنة البحرية الدولية، مما يخلق مساراً منخفضاً بين V_DD والأرض، ويمكن أن يدمر الرقاقة.() وتشمل عمليات الرصد والمراقبة الحديثة حلقات الحراسة وغيرها من تقنيات التصميم لقمع الارتداد.

الأسلحة الفرعية والتطبيقات

وتشمل الجماعات الفرعية للمنطق المشترك للجنة البحرية الدولية ما يلي:

• 4000 series]: مدى الإمداد الواسع (3-15 V)، منخفض جداً، ولكن بطيء (50-100 ns).
• 74HC / 74HCT ]: High-speed CMOS with TTL-compatible voltage levels (HCT). Typical delay ~10 ns, low power.
• 74AC / 74ACT]: Advanced CMOS, faster (3-6 ns), higher output drive.
• Low-voltage CMOS (LVC, AVC)]: تشغيل في 1.8 V to 3.3 V، مستخدم في الأجهزة التي تعمل بالبطارية.

وتستخدم هذه المنظمة في كل شيء من المنطق البسيط إلى مجمعات سوCs.() وقدرتها على دمج ملايين المترجمين الذين لديهم القدرة الاحتياطية الدنيا تجعل من الضروري، وللاطلاع على مزيد من التفاصيل، انظر جميع المعلومات المتعلقة بالدروس الدراسية على CMOS .

حامض مركّب (ECL)

إن قانون التجارة البيولوجية هو أسرة منطقية تقوم على مترجمين مركبين ثنائيي القطب يعملون في المنطقة غير المزروعة )النشطة( وعلى عكس حركة النقل عبر الحدود، حيث يُحتفظ بمترجمي النقل )الارتفاع العميق( في المنطقة المتوازية، ويقضي الوقت الذي يستغرقه التخزين ويبطئ من المنطق المشت، مما يجعل من الأسرة المنطقية الموحدة الأسرية ذات البوابات ذات التأخيرات المنخفضة إلى ٥,٠ - ٢ ن.

مبادئ التشغيل

وتستخدم بوابة أساسية من قانون المنافسة الأوروبية زوجين متمايزين مع مصدر حالي مشترك، ويقارن حجم المدخلات بفولط مرجعي (يقاوم هذا التدفق السلبي من حيث التردد V_B() وعندما يكون المدخل أعلى من V_]B، فإن تواتر عمليات السحب من النواتج التكميلية.

مستويات التذبذب وربط اللوج

تعمل شركة كهرباء تقليدياً بإمدادات طاقة سلبية (V_E]=-5.2 V أو -4.5 V) وتهبط بالسكك الحديدية الإيجابية، وتبدو التأرجحة المنطقية صغيرة (نحو 800 متر مربع) لتحقيق التحول السريع.

• V_OH] ◂ ٠,٩ خامسا (النواتج عالية)
• V_OL] ◂ -1.7 V (نقص الناتج)
• V_IH] (مرتفعة)
• V_IL (نقص منخفض) ’1.475 V

وهذه المستويات قريبة من الأرض، مما يجعل نواتج قانون الاقتصاد الكلي متوافقة مع البرنامج الاقتصادي لبلدان منطقة البحيرات الكبرى (الاقتصاد الأوروبي الإيجابي) عندما يستخدم بدلا من ذلك عرض رقم 3-3 V أو +5 V.

اعتبارات الطيران والتنقل

وتعاني نواتج قانون التجارة الأوروبية من نقص في الناتج (من قبيل 7 إلى 15 دقيقة) وهي مصممة لربط خطوط النقل الملغومة (50 ثانية أو 75 درجة مئوية) وهذا يجعل من المثالي للإشارة الرقمية العالية التردد التي يجب التقليل من فيها إلى أدنى حد، والانتباه مرتفع، ولكن كل حمل يضيف إلى الحمولة القصوى ويمكن أن يخفض معدلات الحواف إذا لم يتم إنهاؤه على النحو المناسب.

استهلاك الطاقة وإدارة الحرارة

ويعني التصميم المستمر أن بوابات قانون التجارة الأوروبية ترسم تيارا ثابتا بصرف النظر عن النشاط المبدل، وقد تستهلك بوابة واحدة من نظام النقد الأوروبي 10 إلى 40 ميغاواط، ويمكن لنظام كبير من نظام النقد الأوروبي أن يزيل عشرات من الخرطوش، ويحتاج إلى مصارف حرارية عالية، أو يبرد الهواء بالإكراه، أو التبريد بالسائل في مخططات الكثيفة، وهذا الاستهلاك العالي من الطاقة هو السحب الرئيسي من تطبيقات النظام الأوروبي للضغط.

الأسلحة الفرعية والتطبيقات

وتشمل الأسر الرئيسية في مجال مكافحة غسل الأموال ما يلي:

• ECL 10K]: -5.2 V supply, gate delay about 1-2 ns, power ~25 mW/gate.
• ECL 100K]: Improved version, -4.5 V supply, faster (0.75-1 ns), better temperature stability.
• ECLinPS / ECLinPS Lite]: From ON Semiconductor (now onsemi), ultra-high-speed ECL with delays under 500 ps.

وتستخدم هذه المادة في الاتصالات ذات التردد العالي (المرسلات البصرية)، والرادار، والأجهزة ذات السرعة العالية (المقارب، والمحللات المنطقية)، والحواسيب الخارقة القديمة (الأشعة)، وللاطلاع على لمحة تقنية مفصلة، انظر مذكرة onsemi ECL Application Note.]

Comparative Analysis of TTL, CMOS, and ECL

ويشتمل اختيار أسرة منطقية على تحقيق التوازن بين عدة مفاضلات، ويلخص الجدول أدناه المعايير الرئيسية التي يُستخدم فيها الممثلون العاديون لكل أسرة (المستوى المعياري للدلالة على المكالمات الهاتفية 74LS، والرقم القياسي لدائرة الأمن العام 74، ورقم 10K):

Parameter	TTL (74LS)	CMOS (74HC)	ECL (10K)
Supply voltage	5 V ± 5%	2–6 V	-5.2 V (or +3.3/5 V for PECL)
Logic swing	~3.0 V	VDD – 0 V	~0.8 V
Propagation delay (typical)	9–10 ns	7–10 ns	1–2 ns
Static power per gate	~2 mW	~1 µW (leakage)	25 mW
Dynamic power	Moderate	C V² f	Nearly constant (high)
Noise margin	0.4 V	~1.5 V (at 5 V)	~0.2 V
Fan-out	10	50+	25+ (with termination)
Output drive (source/sink)	0.4 mA source / 8 mA sink	4 mA source / 4 mA sink (typical)	High (50 Ω termination)
Integration density	Low–medium	Very high	Low–medium
Primary limitation	Power, speed at subfamily extremes	Speed at high capacitance loads	Power, heat, voltage levels

المقارنات السريعة

وحركة الجماعة الاقتصادية الأوروبية هي القائد الواضح بسرعة، يليها نظام الرصد والمراقبة العالي السرعة (74AC, 74LVC) ثم TTL. غير أن تأخير البوابة في أعماقها أصبح مماثلاً لسجلات النقد الأوروبية، وهذا هو السبب في أن معظم النظم الرقمية ذات الأداء العالي تستخدم الآن نظام CMOS بدلاً من النظام الأوروبي لعلوم الأرض.

استهلاك السلطة

تتفوق شركة (سي إم إس) على تطبيقات الطاقة المنخفضة خاصةً حيث توجد العديد من البوابات متدنية أو سرعة ساعاتها منخفضة

التطاير والقابلية للاختراق

وتستخدم شركة نمور تحرير تاميل إيلام إم إمداداً من خمسة خامات، ولكن يمكن للدائرة الحديثة أن تعمل في أي تضخم من 1.2 V إلى 5.5 V. وكثيراً ما يتطلب تبادل حركة نقل التكنولوجيا مع شركة CMOS تحولاً في المستوى أو مقاومة خارجية.

اختيار الأسرة المناسبة

وينبغي أن يسترشد القرار بالقيود المحددة التي يفرضها التصميم:

• strong ⁇ Speed:/strong ⁇ If clock rates exceed 100 MHz, ECL or very fast CMOS (e.g., 74AUC) may be required. For most (50 MHz) applications, standard CMOS or TTL suffices.
• Power budget:] For battery operation, CMOS is the only viable choice. For AC-powered systems with moderate speed, TTL or CMOS both work, but CMOS minimizes heat.
• في الظروف الصناعية العالية الضوضاء الواسعة للشركة هي مفيدة
• Output drive:] If you need to drive heavy loads (long traces, multiple inputs, or LEDs), TTL and advanced CMOS offer stronger output current. ECL is designed for transmission lines, not for sinking large currents.
• Cost and availability:] 74-series CMOS devices are widely available and inexpensive.ECL parts are more specialized and can be costly.

الاتجاهات المستقبلية في الأسر المعيشية

وفي حين أن شركة تيرول وشركة إي إي إي إل تي تعتبر الآن تكنولوجيات متراثة، فإن مبادئها ترتكز على العمليات الحديثة، وتدمج أجهزة تحويل ثنائي الفينيل متعدد الكلور في المستقبل، وتمتد إلى أعلى من مستوى تكنولوجيا المعلومات ذات القدرة العالية السرعة، وتستخدم في بعض المراكز الصناعية الدولية ذات النطاقات المتوسطة والعلامات المختلطة.

خاتمة

وتمثل حركة تحرير تاميل إيلام، ودائرة مراقبة الأسلحة الكيميائية، وشركة CMOS، وشركة COL، ثلاثة نُهج مختلفة للمنطق الرقمي، وكلها مجموعة فريدة من نقاط القوة والضعف، وهي توفر أسرة منطقية قوية يسهل استخدامها منذ عقود، ولا تزال ذات صلة بالبيئات التعليمية والإرثية، وقد حولت دائرة الهجرة هذه الصناعة بضعف قدرتها وكثافة عالية، وأصبحت العمود الفقري للأجهزة الالكترونية الحديثة.