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제 3 장 논리 게이트

논리회로 설계. 제 3 장 논리 게이트. 3.1 기본 논리 게이트. AND 게이트 OR 게이트 NOT 게이트 ( 인버터 ). 기본 논리 게이트 ( 계속 ). AND 게이트 두 개 혹은 그 이상의 입력 신호들에 대하여 AND 연산을 수행하고 결과 신호를 출력하는 게이트 두 입력 파형들에 대한 AND 게이트의 출력 파형. 기본 논리 게이트 ( 계속 ). [ 응용 ] 인히비트 신호 (inhibit signal): 원하지 않는 시간 구간 동안에는

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제 3 장 논리 게이트

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Presentation Transcript

  1. 논리회로 설계 제3장 논리 게이트

  2. 3.1 기본 논리 게이트 • AND 게이트 • OR 게이트 • NOT 게이트 (인버터)

  3. 기본 논리 게이트 (계속) • AND 게이트 • 두 개 혹은 그 이상의 입력 신호들에 대하여 AND 연산을 수행하고 결과 신호를 출력하는 게이트 • 두 입력 파형들에 대한 AND 게이트의 출력 파형

  4. 기본 논리 게이트 (계속) [응용] 인히비트 신호(inhibit signal): 원하지 않는 시간 구간 동안에는 다른 입력 신호가 게이트를 통과하지 못하게 하는 신호 (B : 인히비트 신호)

  5. 기본 논리 게이트 (계속) • 3-입력 AND 게이트

  6. 기본 논리 게이트 (계속) • OR 게이트 • 두 개 혹은 그 이상의 입력 신호들에 대하여 OR 연산을 수행하고 결과 신호를 출력하는 게이트 • 두 입력 파형들에 대한 OR 게이트의 출력 파형

  7. 기본 논리 게이트 (계속) • 3-입력 OR 게이트의 입출력 파형

  8. 기본 논리 게이트 (계속) • NOT 게이트 (인버터) • 입력 신호의 반전(invert)된 신호를 출력하는 게이트 • 입력 파형에 대한 NOT 게이트의 출력 파형

  9. 3.2 NAND 게이트와 NOR 게이트 3.2.1 NAND 게이트 • AND 게이트와 반대되는 출력을 발생하는 게이트 • 내부 회로는 AND 게이트 보다 더 간단

  10. NAND 게이트와 NOR 게이트 (계속) • NAND 게이트의 입출력 파형

  11. NAND 게이트와 NOR 게이트 (계속) • NAND 게이트를 이용하여 다른 게이트 구성 가능만능 게이트(universal gate)라고도 부름 인버터 AND 게이트

  12. NAND 게이트와 NOR 게이트 (계속) • NOR 게이트 • OR 게이트와 반대되는 출력을 발생하는 게이트 • 내부 회로는 OR 게이트 보다 더 간단

  13. NAND 게이트와 NOR 게이트 (계속) • NOR 게이트의 입출력 파형

  14. NAND 게이트와 NOR 게이트 (계속) • NOR 게이트를 이용하여 다른 게이트 구성 가능만능 게이트(universal gate)라고도 부름 인버터 OR 게이트

  15. 3.3 Exclusive-OR 게이트 • XOR 게이트 • 두 입력이 서로 다른 값을 가지면, 1을 출력 • 두 입력이 같은 값을 가지면, 0을 출력

  16. Exclusive-OR 게이트 (계속) • XOR 게이트의 입출력 파형

  17. Exclusive-NOR 게이트 (XNOR 게이트) • 두 입력이 같은 값을 가지면, 1을 출력 • 두 입력이 서로 다른 값을 가지면, 0을 출력 • 동등 회로(equivalence circuit)라고도 함

  18. Exclusive-NOR 게이트 (계속) • XNOR 게이트의 입출력 파형

  19. 3.4 논리 게이트의 구현 • 논리 게이트는 전자회로 소자들(트랜지스터, 다이오드, 저항, 등)을 이용하여 반도체 칩으로 제조 • 구현에 사용되는 소자들에 따른 계열(family) 분류: • RTL(Resistor-Transistor Logic) • DTL(Diode-Transistor Logic) • TTL(Transistor-Transistor Logic) • MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) • CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)

  20. 3.4.1 RTL 및 DTL 게이트 회로 • 트랜지스터(transistor) • 종류: NPN 트랜지스터, PNP 트랜지스터 • 입출력단자: 콜렉터(collector: C), 에미터(emitter: E), 베이스(base: B) • RTL 스위칭 회로: 저항(resistor)과 NPN 트랜지스터로 구현 • Vi = 5V(VBE > Vth)  Vo = 0V (IC= VCC/RC : 전도상태 ) • Vi = 0V(VBE= 0) Vo = 5V (IC= 0: 차단 상태 ) • 인버터(NOT 게이트) 기능 수행

  21. NAND 게이트의 RTL 구현 • 두 개의 NPN 트랜지스터를 직렬로 접속하여 구성 • A = B = 0V일 때,IC = 0  F = VCC(5V) • A = B = 5V일 때,IC = VCC/RC F = 0V • 입력단 트랜지스터 회로 추가  3-입력 NAND 게이트 • 출력단에 스위칭 회로 접속 AND 게이트

  22. NOR 게이트의 RTL 구현 • 두 개의 NPN 트랜지스터를 병렬로 접속하여 구성 • A = B = 0V F = 5V [1] , A and/or B = 5V F = 0 [0] • 입력단 트랜지스터 회로 추가  3-입력 NOR 게이트 • 출력단에 스위칭 회로 접속 OR 게이트

  23. DTL 게이트 회로 • 다이오드(diode)와 트랜지스터를 이용하여 구현 • 다이오드의 특성 • 애노드(anode: A)와 캐소드(cathode: C)로구성 • 애노드와 캐소드 간의 전압(VAC)이 정방향(애노드 측: +, 캐소드 측: -)으로 걸리면 전류가 흐름(전도 상태) • VAC가 0V 혹은 역방향(애노드 측: -, 캐소드 측: +)으로 걸리면 전류가 흐르지못함(차단 상태)

  24. DTL 게이트 회로 • DTL NAND 게이트 회로 • A = B = 5V [1]Q1 :전도 상태  F = 0V [0] • A and/or B = 0V [0] Q1 :차단 상태  F = 5V [1]

  25. 3.4.2 TTL 게이트 회로 • 회로 안정성 향상을 위하여 트랜지스터들만으로 회로 구현 • 소규모 반도체 IC(SSI) 칩으로 제조 • 2-입력 TTL NAND 게이트 회로 • 다수의 에미터(emitter)들을 통하여 입력 신호 인가 • A = B = 5V [1]Q2 :전도 상태  F = 0V [0] • A and/or B = 0V [0]Q2 :차단 상태  F = Vcc[1]

  26. 표준 TTL 게이트 IC칩의 특성 • 유형에 따른 칩 번호, 전력소모량, 속도 [예] NAND 게이트(7400)

  27. 3.4.3 MOS 게이트 회로 • 전계효과 트랜지스터(field-effect transistor: FET) 이용 • JFET: 선형회로(아날로그 회로)에 주로 사용 • MOSFET: 디지털 게이트 회로 구현에 사용 • MOSFET(Metal-Oxide Silicon FET) • 고밀도 집적 가능(TTL의 20~30%)  LSI 및 VLSI에서 주로 사용 • 세 단자로 구성: 드레인(drain: D), 소스(source: S), 게이트(gate: G) • NMOS: n-채널트랜지스터 • PMOS: p-채널 트랜지스터

  28. NMOS 트랜지스터 및 스위칭 회로 • VGS > Vth 전도 상태

  29. NAND 게이트의 NMOS 구현 • 두 개의 NMOS 트랜지스터를 직렬로 접속하여 구성 • A = B = 5V  F = 0V [0], Aand/orB = 0V F = VDD[1] • 입력단 트랜지스터 추가  3-입력 NAND 게이트 • 출력단에 스위칭 회로 접속 AND 게이트

  30. NOR 게이트의 NMOS 구현 • 두 개의 NMOS 트랜지스터를 병렬로 접속하여 구성 • A = B = 0V F = VDD [1], A and/or B = 5V F = 0V[0] • 입력단 트랜지스터 추가  3-입력 NOR 게이트 • 출력단에 스위칭 회로 접속 OR 게이트

  31. NMOS 저항을 이용한 게이트 구현 • NMOS 저항: NMOS의 드레인과 게이트를 접속했을 때소스와 드레인 간에 존재하는 저항 성분 • 게이트 회로에서 부하 저항(RD)으로 사용  제조 면적감소 [예] OR 게이트 및 XOR 게이트 회로(A′ 및 B′ 입력 이용가능 가정)

  32. 3.4.4 CMOS 게이트 회로 • CMOS(Complementary MOS) 게이트: NMOS 및 PMOS 트랜지스터를 함께 이용하여 구현 • 장점: 저전력 • CMOS 인버터 회로 및 스위칭 동작의 개념도

  33. NAND 게이트의 CMOS 구현 • 두 개의 PMOS 트랜지스터를 병렬로 접속하고, 두 개의 NMOS 트랜지스터는 직렬로 접속 • A = B = 5V일 때, Q1 & Q2 off, Q3 & Q4  on F =0V

  34. NOR 게이트의 CMOS 구현 • 두 개의 PMOS 트랜지스터를 직렬로 접속하고, 두 개의 NMOS 트랜지스터는 병렬로 접속 • A = B = 0V일 때,Q1 & Q2 on, Q3 & Q4  off F =5V

  35. 3.5 논리 게이트 IC 칩들 • SSI 칩 (14핀) • 7408 : AND 게이트 4개, Vcc, GND • 7432 : OR 게이트 4개, Vcc, GND • 7400 : NAND 게이트 4개, Vcc, GND • 7402 : NOR 게이트 4개, Vcc, GND • 7404 : Hex Inverter (NOT 게이트 6개, Vcc, GND)

  36. 논리 게이트 IC 칩들 (계속)

  37. 논리 게이트 IC 칩들 (계속)

  38. 논리 게이트 IC 칩들 (계속)

  39. [예제 3-3]

  40. [풀이]

  41. 논리 게이트 IC 칩들 (계속)

  42. [풀이] 회로도

  43. [예제 3-4] (계속) [풀이] IC 칩을 이용한 구현]

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