PORTE LOGICHE

PORTE LOGICHE SPECIALI

Vi sono in commercio alcune porte logiche che hanno funzioni particolari, si tratta dei buffer (driver e buffer/driver), buffer/three-state, transceivers, porte logiche a trigger di Schmitt e degli elementi di ritardo (delay elements).

Buffer e buffer/driver I buffer sono porte logiche che hanno la funzione di separare e rendere quindi possibile la connessione tra porte logiche, circuiti digitali in generale, dispositivi e linee di bus.

Spesso i buffer sono anche driver perché sono in grado di erogare una corrente maggiore, sono in pratica amplificatori di corrente. I buffer/driver possono essere invertenti e non invertenti. In figura a lato, sono illustrati i simboli logici.

Simboli logici dei buffer/driver (a) invertente e (b) non invertente

Un esempio di buffer invertente è l’integrato CMOS 4049 e un esempio non invertente è l’integrato 4050

Buffer con uscita three-state I buffer three-state sono dotati di un ingresso di controllo che può essere attivo a livello basso o alto. In figura a lato sono rappresentati i simboli logici. Nell’integrato 74125 l’uscita è disabilitata quando l’ingresso di controllo G è a livello alto; nell’integrato 74126 l’uscita è disabilitata quando G è basso. Se l’uscita è disabilitata, la porta è in alta impedenza ovvero tra l’ingresso e l’uscita vi è un’impedenza, infinita. In questo caso è come se la porta logica non fosse più connessa al circuito. La tecnica dell’uscita three-state è utilizzata in tutti gli integrati dei sistemi a bus, poiché il dialogo tra i vari integrati deve avvenire in modo selettivo. Comandando in modo opportuno gli ingressi di controllo dei componenti collegati al bus, è possibile inviare dati da un’unica sorgente a uno o a più ricevitori escludendo gli altri; i componenti disabilitati risultano non collegati al flusso di dati. La tecnica di collegamento a bus con logica three-state consente una notevole riduzione del numero di collegamenti da effettuare tra i singoli componenti ed evita che gli integrati non interessati possano disturbare la trasmissione dei dati alterando il livello di tensione presente sulle linee. Transceivers Con i buffer three-state si possono costruire porte bidirezionali, chiamate anche transceivers, in grado di far transitare un dato nei due sensi come mostra la figura a lato. Quando l’ingresso di controllo G è a livello basso, è abilitata la porta threestate 1, mentre il buffer 2 rende infinita l’impedenza tra A e B: il dato può transitare da A (ingresso) verso B (uscita). Se l’ingresso G è a livello alto, il buffer 2 è abilitato mentre è disabilitato il buffer 1: il dato transita da B (ingresso) verso A (uscita).

Porte logiche a trigger di Schmitt Le porte logiche a trigger di Schmitt sono buffer che accettano in ingresso anche segnali analogici e li trasformano in segnali digitali. A lato è riportato il simbolo di un buffer invertente a trigger di Schmitt tratto dal data sheet 7414 della Texas Instruments. L’uscita del buffer commuta quando la tensione d’ingresso raggiunge il valore di soglia superiore VT+; se la tensione d’ingresso diminuisce, la commutazione dell’uscita si ha in corrispondenza di una tensione di soglia VT− (inferiore alla VT+). Valori della tensione d’ingresso leggermente differenti da VT+ e VT− assicurano alla porta logica una certa immunità al rumore, cioè non consentono a eventuali tensioni spurie di far commutare in modo indesiderato l’uscita. In tecnologia TTL, oltre ai buffer invertenti, vi sono anche porte NAND a trigger di Schmitt, che fungono da funzione NAND e da squadratori dei segnali analogici

Elementi di ritardo Gli elementi di ritardo (delay elements) sono porte logiche che ritardano il passaggio del segnale posto in ingresso per un tempo ben definito e indicato dalle caratteristiche. Servono a introdurre ritardi di tempo sulle linee laddove viene richiesto. Un esempio di elemento di ritardo è l’integrato 74LS31 della Texas Instruments che contiene elementi invertenti e non invertenti.

Porta di trasmissione (o interruttore bilaterale) La porta di trasmissione (o interruttore bilaterale), implementata solo in tecnologia CMOS e senza un corrispondente in tecnologia TTL e ECL, è un vero e proprio interruttore unipolare comandato da una tensione di controllo. Nella figura a lato è mostrata la configurazione fonda- -mentale che consiste in un transistor NMOS in parallelo a uno PMOS. Tenendo presente che NMOS presenta un comportamento da interruttore ideale per lo 0 logico e PMOS ideale per 1 logico, quando entrambi i MOS sono aperti; con i MOS sono chiusi. Un MOS quando è acceso (stato ON) presenta una resistenza di canale da frazioni di ohm fino a poche decine di ohm, quando invece è chiuso ha una resistenza fino a un massimo di qualche centinaio di megaohm, che in molte applicazioni si può considerare infinito. L’interruttore è bilaterale perché l’ingresso e l’uscita sono intercambiabili. I segnali d’ingresso possono essere digitali o analogici. Questo componente viene utilizzato come porta logica, all’interno dei driver three-state, nelle logiche dinamiche, nei flip-flop, nelle memorie. Analogamente alla NAND e alla NOR, può essere considerata una porta universale perché può realizzare qualunque tipo di funzione. A lato è riportato il simbolo logico. Nella precedente figura, è mostrato lo schema dell’interruttore bilaterale. Gating dei segnali digitali Le porte logiche possono essere adibite anche ad altre funzioni, quale ad esempio quella di gating, ovvero al controllo del passaggio dei segnali digitali posti all’ingresso. Un esempio (funzione di gating della porta AND) viene riportato in figura a lato; sull’ingresso G è posto il segnale di controllo mentre sulla linea A viene inviato il dato da tra smettere all’uscita. Quando l’ingresso G è a 1, il passaggio del segnale è abilitato (Y = A), invece con G = 0 il passaggio è disabilitato (Y = 0).

Funzione di gating della porta AND (G = ingresso di gating).