Introduction to Digital System

By Juthawut Chantharamalee

Introduction to Digital System

Suan Dusit Rajabhat University (Computer Science)1

บทท่ี 8 ไอซดีิจติอล (Digital IC)

บทท่ี 2

Suan Dusit Rajabhat University (Computer Science) 2

8.1 บทนำ�ไอซดีิจติอล (Digital IC) ซึ่ง ไอ ซ ี(IC) ยอ่มาจาก

Integrated Circuit หรอืวงจรรวม เป็นวงจรท่ีประกอบด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกสท่ี์เชื่อมต่อกัน โดยท่ีอุปกรณ์ทกุตัววางอยูบ่นวตัถฐุานรอง (Substrate )หรอืแผ่นสารกึงตัวนำาอันเดียวกัน ไอซดีิจติอลจงึเป็นไอซีท่ีทำางานได้กับสญัญาณหรอืเฉพาะวงจรดิจติอลเท่านัน้ โดยภายในตัวไอซดีิจติอลเองจะประกอบด้วยเกตพื้นฐานหลายตัว (AND-OR-NOT Gate ) โดยทัว่ไปตัวไอซจีะเป็นแบบตีนตะขาบหรอืตัวถัง แสดงได้ดังรูปท่ี 81.ไอซ ีไอซดีิจติอลจะมจีำานวนขาท่ีไมเ่ท่ากันขึ้นอยูกั่บเบอร์นัน้ๆ โดยทัว่ไปจะมตัีง้แต่ 14, 16, 18, 20 เป็นต้น


รูปท่ี 81. แสดงจำานวนขาของไอซแีบบตีนตะขาบ


8.2 สญัญ�ณดิจติอล (Digital Signal)สญัญาณดิจติอลเป็นสญัญาณท่ีประกอบด้วยสญัญาณ

เพยีง 2 สถานะ คือ สงู-ตำ่า หรอื High-Low หรอือาจเขยีนแทนด้วยเลขฐานสองคือเลข 0 และเลข 1 ดังนัน้สญัญาณท่ีจะเขา้หรอือกจากไอซดีิจติอลจะต้องเป็นสญัญาณดิจติอลเท่านัน้ สญัญาณ

ติจติอลจะมรีะดับแรงดันในการทำางานท่ีแตกต่างกันไป โดยทัว่ไปสญัญาณท่ีเป็น 0 จะม ี

แรงดันท่ี 0 โวลต์ และสญัญาณท่ีเป็น 1 จะมแีรงดันท่ี 5 โวลต์แต่ระดับการทำางานน้ี

อาจแตกต่างกับไปตามประเภทหรอืชนิดของไอซดีิจติอล


83. ชนิดของดิจติอลไอซ ี(The Type of Digital IC) ไอซดิีจติอล จำาแนกตามลักษณะโครงสรา้งและวงจรภายใน

ท่ีนิยมใชกั้นในปัจจุบนัม ี 5 ตระกลู ดังน้ี 1 . อารท่ี์แอล (RTL : Resistor – Transistor Logic) 2. ดีทีแอล (DTL : Diode – Transistor Logic) 3. ทีทีแอล (TTL : Transistor – Transistor Logic) 4 . อีซแีอล (ECL : Emitter – Coupled Logic) 5. ซมีอส (CMOS : Complementary Metal

Oxide Semiconductor)


8.3.1 อ�รท่ี์แอล (RTL : Resistor – Transistor Logic)เป็นไอซตีระกลูแรกๆ ที่มโีครงสรา้งภายในประกอบ

ด้วย ความต้านทาน และทรานซสิเตอร ์ขอ้เสยีของวงจรไอซชีนิดนี้คือไมส่ามารถขบัโหลดท่ีต้องการกระแสสงูๆ ได้ และความเรว็ในการสวทิซ ์ON – OFF ชา้ ความถ่ีที่ใชป้ระมาณ 4-56 MHz แสดงได้ดังรูปท่ี 82.


รูปท่ี 82 แสดงการต่อวงจรตระกลูอารท่ี์แอล


8.3.1 อ�รท่ี์แอล (RTL : Resistor – Transistor Logic)คณุสมบตัิของทรานซสิเตอร ์ก่อนจะเรยีนรูก้ารทำางานของ

วงจรภายในไอซ ีควรจะเขา้ใจถึงคณุสมบติัของทรานซสิเตอรก่์อน ทรานซสิเตอรถ้์านำามาต่อใชง้านในรูปแบบสวทิซส์ภาวะของทรานซสิเตอรจ์ะมสีองสภาวะคือ สภาวะทรานซสิเตอร ์ON และสภาวะทรานซสิเตอร ์OFF คณุสมบตัิดังน้ีสภาวะทรานซสิเตอรO์N โดยทำาการป้อนแรงดันอินพุท 5V เกิดกระแสเบสไหลผ่านเบสลงกราวด์ VBE =0.7V เมื่อมกีระแสเบสก็จะเกิดกระแสคอลเลคเตอร ์เมื่อกระแสคอลเลคเตอรไ์หลเต็มท่ี แรงดันVCE จะประมาณเท่ากับ 0.2V เสมอืนกับสวทิซปิ์ด(close) หรอืเรยีกวา่สภาวะทรานซสิเตอร ์ON สภาวะทรานซสิเตอร ์OFF


8.3.1 อ�รท่ี์แอล (RTL : Resistor – Transistor Logic)โดยทำาการป้อนแรงดันอินพุทโวลท์เตท 0V จะไม่

เกิดกระแสเบสไหลผ่านเบสลงกราวด์ VBE =0V เมื่อไมม่กีระแสเบสก็จะไมเ่กิดกระแกคอลเลคเตอร์เมื่อกระแสคอลเลคเตอรไ์มไ่หล แรงดัน VCE ประมาณเท่ากับ VCC เสมอืนกับสวทิซเ์ปิด (open) หรอืเรยีกวา่สภาวะทรานซสิเตอร ์OFF แสดงได้ดังรูปที่ 8.3


รูปท่ี 8.3 แสดงคณุสมบตัิของทรานซสิเตอร ์RTL


8.3.1 อ�รท่ี์แอล (RTL : Resistor – Transistor Logic)การทำางานของวงจรรูปท่ี 8.3- ถ้า A = “0” B = “0”Q1= Q2 = OFF (ไมม่กีระแส IB1 , IB2 )VO ≈ VCCY = “1”- ถ้า A = “1” B = “1”Q1= Q2 = ON (มกีระแส IB1, IB2)VO ≈ 0.2 VY = “0” (คณุสมบติัเอาท์พุทเหมอืนกับกรณีท่ีอินพุทตัวใดตัวหนึ่งเป็น “1”)ดังนัน้วงจรนี้มคีณุสมบตัิเป็น NOR gateSuan Dusit Rajabhat University (Computer Science) 12

8.3.2 ดีทีแอล (DTL: Diode – Transistor Logic)เป็นไอซทีี่ประกอบด้วยไดโอดและทรานซสิเตอรเ์ป็น

หลัก วงจรน้ีสามารถขบัโหลดได้มากกวา่ตระกลูที่ 8.1 และความเรว็เรว็กวา่ตระกลู RTL แสดงได้ดังรูปที่ 8.4


รูปท่ี 8.4 แสดงการต่อวงจรตระกลูดีท่ีแอล

8.3.2 ดีทีแอล (DTL: Diode – Transistor Logic)ก�รทำ�ง�นของวงจรรูปท่ี 8.4- ถ้� A = “0” B = “0” และ C = “0”D1 =D2=D3=ON (กระแสไหลจาก VCC ผ่านความต้านทาน ผ่านไดโอดลง GND)Q1= Q2 = OFFVO ≈ VCCY= “1” (คณุสมบติัเอาท์พุทเหมอืนกับกรณีท่ีอินพุทตัวใดตัวหนึ่งเป็น “0”)- ถ้� A = “1” B = “1”และ C = “0”Suan Dusit Rajabhat University (Computer Science) 14

8.3.2 ดีทีแอล (DTL: Diode – Transistor Logic)- ถ้� A = “1” B = “1”และ C = “0”D1 =D2=D3=OFF (ไมม่กีระแสไหล ผ่านไดโอด)Q1= Q2 = ON (กระแสไหลจาก VCC ผ่านความต้านทาน ผ่าน B1 E1 B2 E2 GND)VO ≈ 0.2 VY = “0”ดังนัน้วงจรนี้มคีณุสมบติัเป็น NAND gate


8.3.2 ดีทีแอล (DTL: Diode – Transistor Logic)ขอ้สงัเกต ถ้า D1 หรอื D2 หรอื D3 ON VX= 0.7 Vถ้า D1 หรอื D2 หรอื D3 OFF VX= 2.1 VVTHESHOLD = 1.4 V[ VTHESHOLD หมายถึงระดับแรงดันอินพุทที่จะถือวา่เป็นโลจกิ“0”หรอืโลจกิ “1” VTHESHOLD = 1.4 V หมายถึงถ้าระดับแรงดันอินพุทมากกวา่ 1.4V จะเป็นโลจกิ “1”ถ้าระดับแรงดันอินพุทตำ่ากวา่ 1.4V จะเป็นโลจกิ “0” ]


8.3.3 ทีทีแอล (TTL: Transistor – Transistor Logic)ทีทีแอล (TTL) เป็นไอซท่ีีโครงสรา้งภายในจะเป็นวงจรรวม

โดยผลิตมาจากทรานซสิเตอร ์ผลิตออกมาครัง้แรกในปี ค.ศ .1965 โดยบรษัิท Texas Instrument และต่อมาได้มีบรษัิทอ่ืนๆผลิตขึ้นตามและจงึมคีวามจำาเป็นต้องมมีาตรฐานแบบเดียวกันคือสามารถใชท้ดแทนกันได้ ไอซ ีTTL จะม ีcode โดยใชตั้วเลข 4-5 หลัก แต่ 2 หลักแรกจะนำาด้วย 74 และ 2 หลักต่อไปจะบอกถึงฟงัก์ชนัการทำางาน ถ้าเป็นชนิดมาตรฐานจะเขยีนยอ่วา่ SN 54 หรอื SN 74 (โดยท่ี SN 54 สามารถทำางานได้ท่ีอุณหภมู ิ- 55 องศาซ ีถึง 125 องศาซ ีและ SN 74 54 สามารถทำางานได้ท่ีอุณหภมู ิ0 องศาซ ีถึง

70 องศาซ)ี และถ้าเป็นชนิดความเรว็สงูจะเขยีนยอ่วา่ SN 54H หรอื SN 74H แสดงได้ดังรูปท่ี 85.


รูปท่ี 8.5 แสดงการต่อวงจรตระกลูท่ีท่ีแอลSuan Dusit Rajabhat University (Computer Science) 18

8.3.3 ทีทีแอล (TTL: Transistor – Transistor Logic)ก�รทำ�ง�นของวงจรรูปท่ี 8.5- ถ้� A = “0”, B = “0”Q1= ON (มกีระแสไหลจาก VCC ผ่านความต้านทาน ผ่าน B1 E1ผ่านขาA หรอื ขาBลง GND)Q =Q3= OFF(ไมม่กีระแสไหลจาก VCC ผ่าน B2 E2 B3 E3 ลงGND เพราะ Q1 ON )Q4 = ON (ขณะต่อ load มกีระแสไหลจาก VCC ผ่าน B4 E4 ไดโอด load ลงGND)VO ≈ VCCY = “1” ( คณุสมบติัเอาท์พุทเหมอืนกับกรณีท่ีอินพุทตัวใดตัวหน่ึงเป็น “0” )Suan Dusit Rajabhat University (Computer Science) 19

8.3.3 ทีทีแอล (TTL: Transistor – Transistor Logic)- ถ้� A = “1”, B = “1”Q1= OFF (เพราะศักดาท่ีขาAและBมค่ีาเท่ากับ VCC จงึไมม่กีระแส IB1)Q2 = Q3 = ON (มกีระแสไหลจาก VCC ผ่าน B1 C1 B2 E2 B3 E3 ลงGND )Q4 = OFF (เพราะศักดาท่ีขา B3 มค่ีาประมาณ 0.9V Q4 จะONจะต้องมศัีกดาประมาณ 1.6V)VO ≈ 0.2 VY = “0”ดังนัน้วงจรนี้มคีณุสมบติัเป็น NAND gateSuan Dusit Rajabhat University (Computer Science) 20

8.3.3 ทีทีแอล (TTL: Transistor – Transistor Logic)ปัจจุบนั ไอซ ีTTL ยงัแบง่กลุ่มยอ่ยออกเป็นหลายชนิดคือ

1. ทีทีแอลม�ตรฐ�น (Standard TTL) เป็นไอซรุีน่แรกท่ีผลิตขึ้นมา สามารถขบักระแสได้สงูสดุประมาณ 16 mA และใชกั้บความถ่ีสงูสดุประมาณ 18 – 20 MHz แสดงได้ดังรูปท่ี 8.6


รูปท่ี 8.6 แสดงการต่อวงจรทีทีแอลมาตรฐาน (Standard TTL)

8.3.3 ทีทีแอล (TTL: Transistor – Transistor Logic)ก�รทำ�ง�นของวงจรรูปท่ี 8.6- ถ้� A = “0” B = “0”Q1 = ON (มกีระแสไหลจาก VCC ผ่านความต้านทาน ผ่าน B1 E1ผ่านขา A และBลงGND)Q2 = OFF (ไมม่กีระแสไหลผ่าน B2 E2 ลงGND เพราะมีกระแสไหลจากVCCผ่านความต้านทาน ผ่าน C1 E1 ลงGND เนื่องจาก Q1 ON)VO ≈ VCCY = “1” (คณุสมบติัเอาท์พุทเหมอืนกับกรณีท่ีอินพุทตัวใดตัวหนึ่งเป็น “0”)Suan Dusit Rajabhat University (Computer Science) 22

8.3.3 ทีทีแอล (TTL: Transistor – Transistor Logic)- ถ้� A = “1” B = “1”Q1 = OFF (เพราะศักดาที่ขาAและBมค่ีาเท่ากับ VCC จงึไมม่กีระแส IB1)Q2 = ON (มกีระแสไหลจาก VCC ผ่านความต้านทาน ผ่าน B2 ผ่าน E2 ลง GND)VO ≈ 0.2 VY = “0”ดังนัน้วงจรนี้มคีณุสมบติัเป็น NAND gate


8.3.3 ทีทีแอล (TTL: Transistor – Transistor Logic)

2. ทีทีแอลชนิดคว�มเรว็สงู (High Speed TTL) เป็นไอซทีี่พฒันาเพื่อใหไ้ด้ความเรว็สงูขึ้น โดยการลดค่าความต้านทานลง เพิม่วงจรขยายกระแสแบบ Darlington ท่ีทางด้านเอาท์พุท ไอซนีี้จะกินไฟประมาณ 1.3 เท่าของ TTL standard ดังนัน้จงึทำาใหไ้อซขีบักระแสได้มากขึ้น ความเรว็เพิม่ขึ้น ความถี่สงูสดุประมาณ 40-60 MHz เพิม่วงจร clampling เพื่อตัดไฟลบ แสดงได้ดังรูปที่ 8.7


รูปท่ี 8.7 แสดงการต่อวงจรทีทีแอลชนิดความเรว็สงู (High Speed TTL)Suan Dusit Rajabhat University (Computer Science) 25


3. ทีทีแอลชนิดคว�มเรว็ตำ่� (Low Power TTL) เป็นไอซท่ีีพฒันาเพื่อจุดประสงค์ใหกิ้นไฟตำ่า โดยการเพิม่ค่าความต้านทานขึ้นแต่ลักษณะของวงจรยงัเหมอืนเดิม ไอซน้ีีจะกินไฟประมาณ 1/10 เท่าของ TTL standard ดังนัน้จงึทำาใหไ้อซีขบักระแสได้น้อยลง ความเรว็น้อยลง ความถ่ีสงูสดุประมาณ 3 MHz แสดงได้ดังรูปท่ี 8.8


รูปท่ี 8.8 แสดงการต่อวงจรทีทีแอลชนิดความเรว็ตำ่า (Low Power TTL)


4. ทีทีแอลชนิดชอ๊กก้ี (Schottky TTL) เป็นไอซท่ีีพฒันาเพื่อต้องการความเรว็มากขึ้น โดยนำาเอา schottky diode ต่อครอ่มระหวา่งขา B และ C ของทรานซสิเตอร์เรยีกวา่ Transistor with Schottky เพื่อเพิม่ความเรว็ในการ ON OFF ไอซตีระกลูน้ีสามารถใชกั้บความถ่ีถึง 125 MHz แสดงได้ดังรูปท่ี 8.9


รูปท่ี 8.9 แสดงการต่อวงจรทีทีแอลชนิดชอ๊กก้ี (Schottky TTL)


5. ทีทีแอลชนิดชอ๊กก้ีคว�มเรว็ตำ่� (Low Power Schottky TTL) เป็นไอซท่ีีผสมผสานระหวา่งความเรว็และกินกำาลังไฟตำ่า โดยทำาการเพิม่ค่าความต้านทานเพื่อลดค่า Power กิน Power ประมาณ 1/5 เท่าของ standard TTL สามารถใชกั้บความถ่ีถึง 18-20 MHz แสดงได้ดังรูปท่ี 8.10


รูปท่ี 8.10 แสดงการต่อวงจรทีทีแอลชนิดชอ๊กก้ีความเรว็ตำ่า

8.3.4 อีซแีอล (ECL : Emitter – Coupled Logic)เป็นไอซท่ีีต้องการความเรว็เพิม่มากขึ้นดังนัน้จงึทำาการต่อวงจรโดยใชข้า Emitter รว่ม และ โลจกิ “0” = -1.7 V โลจกิ “1” = -0.8V ขอ้เสยีคือต่อกับไอซอ่ืีนยาก แสดงได้ดังรูปท่ี 8.11


รูปท่ี 8.11 แสดงการต่อวงจรตระกลูอีท่ีแอล

8.3.4 อีซแีอล (ECL : Emitter – Coupled Logic)ก�รทำ�ง�นของวงจรรูปท่ี 8.11- ถ้� A = “0” B = “0”Q1= Q2 = Q4 = OFFQ3 = ONVO ≈ -2VY = “0”


8.3.4 อีซแีอล (ECL : Emitter – Coupled Logic)- ถ้� A = “1” B = “1”Q1= Q2 = Q4 = ONQ3 = OFFVO ≈ -0.2VY = “1” (คณุสมบติัเอาท์พุทเหมอืนกับกรณีท่ีอินพุทตัวใดตัวหนึ่งเป็น “1”)ดังนัน้วงจรนี้มคีณุสมบติัเป็น OR gate


8.3.5 ซมีอส (CMOS : Complementary Metal Oxide Semiconductor)ตระกลูซมีอสเป็นไอซดีิจติอลอีกประเภทหนึ่งที่นิยมใชก้ันมาก

นอกจากไอซ ีTTL ขอ้ได้เปรยีบของไอซ ีCMOS เหน็จะได้แก่ ใช้กำาลังไฟน้อย ใชไ้ฟเล้ียงได้สงู สญัญาณรบกวนจะสอดแทรกการทำางานได้ยาก ใหค้วามหนาแน่นของวงจรไอซต่ีอชพิสงู แต่เนื่องจาก CMOS เป็นอุปกรณ์ท่ีมอิีมพแีดนซส์งูมาก ดังนัน้ประจุไฟฟา้สถิตยท่ี์มคี่ามาก ๆ อาจทำาใหส้ว่นของฉนวนท่ีเกทเกิดการเสยีหายได้ ในการใชง้านจงึต้องระมดัระวงัในการจบัต้อง CMOS ปกติเราจะต้องเก็บไอซปีระเภทนี้ไวบ้นแผ่นสารตัวนำาเพื่อกันไมใ่หม้กีารสะสมประจุท่ีขาของไอซ ีขอ้เสยีอีกประการหนึ่งของไอซ ีCMOS คือจะมกีารทำางานค่อนขา้งชา้ ไอซพีวก CMOS ท่ีเหน็ใช้งานกันจะมตีระกลูที่มเีบอรท่ี์เป็นตัวเลขท่ีขึ้นต้นด้วย 4000 หรอื 14000 ซึ่งสามารถใชแ้ทนเกทต่าง ๆ เชน่เดียวกับไอซ ีTTL นอกจากนี้ในการใชง้านไอซแีสดงได้ดังรูปท่ี 8.12


รูปท่ี 8.12 แสดงการต่อวงจรตระกลูซมีอส Inverter


8.3.5 ซมีอส (CMOS : Complementary Metal Oxide Semiconductor)

ก�รทำ�ง�นของวงจรรูปท่ี 8.12- ถ้� Vin = “0”Q2 = OFF (เพราะ Vin= VGS = 0V ทำาใหค้วามต้านทานRDSประมาณ 1010 Ω )Q1 = ON (เพราะศักดาที่ขาG ตำ่ากวา่ขา S ทำาให ้VGS = -5V ทำาใหค้วามต้านทานRDSประมาณ 1KΩ )VO ≈ VCC= 5VY = “1”Suan Dusit Rajabhat University (Computer Science) 34


- ถ้� Vin = “1”Q2 = ON (เพราะ Vin= VGS = 5V ทำาใหค้วามต้านทานRDSประมาณ 1KΩ )Q1 = ON (เพราะศักดาท่ีขาG เท่ากับขา S ทำาให ้VGS = 0V ทำาใหค้วามต้านทานRDSประมาณ 1010 Ω )VO ≈ 0VY = “0”ดังนัน้วงจรนี้มคีณุสมบติัเป็น NOT gate หรอื InverterSuan Dusit Rajabhat University (Computer Science) 35

8.3.5 ซมีอส (CMOS : Complementary Metal Oxide Semiconductor)CMOS จะต้องคำานึงถึงหลักการท่ีสำาคัญดังนี้

1. อินพุทท่ีไมไ่ด้ใชค้วรต่อกับ VSS หรอื VDD โดยมีตัวต้านทานขนาด 200 K ถึง 1 M ต่อคัน่ 2.ขนาดของแรงดันอินพุทจะต้องไมเ่กินชว่งแรงดันท่ีใชง้าน VSS และ VDD เพราะจะทำาใหไ้ดโอดท่ีมไีวป้้องกันซมีอสในไอซีเกิดการเสยีหายได้ 3. ไมค่วรใหส้ญัญาณอินพุทกับไอซก่ีอนป้อนไฟเล้ียง4. ในการโหลดเอาท์พุทของซมีอส ควรจะต้องพจิารณาขนาดของกระแสซงิค์และกระแสซอรส์ 5. ไมค่วรต่อ C ครอ่มเอาท์พุทของซมีอส และเอาท์พุทก็ไม่ควรต่อกับ VSS หรอื VDD โดยตรง Suan Dusit Rajabhat University (Computer Science) 36


6. ในการใชซ้มีอส ถ้าบงัคับใหแ้รงดันอยูใ่นชว่งกำาลังเปล่ียนสถานะ จะทำาใหซ้มีอสรอ้นมาก และอาจเกิดการเสยีหายได้ 7. สญัญาณนาฬิกาท่ีใชกั้บซมีอส ควรมชีว่งเวลาขาขึ้น และขาลงไมน้่อยกวา่ 5 nS และ 15 nS ตามลำาดับ เพราะถ้าชา้และความถ่ีสงูจะทำาใหซ้ีมอสรอ้น 8. แหล่งจา่ยไฟท่ีใชค้วนอยูร่ะหวา่งชว่ง 3 – 15 โวลท์ 9. ไมค่วรมตัีวต้านทานต่ออนุกรมกับแหล่งจา่ยไฟก่อนป้อนเขา้ VDD 10. การสลับขัว้ไฟเล้ียงโดยบงัเอิญ จะทำาใหซ้มีอสเกิดการเสยีหายได้โดยทันทีทันใดSuan Dusit Rajabhat University (Computer Science) 37

8.4 คณุสมบติัที่สำาคัญของดิจติอลไอซ ี(An important feature of Digital IC)

1. Power Dissipation คือ ค่ากำาลังไฟฟา้ท่ีสิน้เปลืองไปในขณะท่ีไอซีทำางาน2. Speed of Operation คือ ความเรว็ในการเปล่ียนระดับแรงดันทางเอ้าต์พุตของวงจร

3. Noise Immunity คือ ค่าผลต่างแรงดันเอ้าต์พุตท่ีจดัเป็นลอจกิ “1” ตำ่าสดุ (VOH) กับแรงดันอินพุตท่ีจดัเป็นลอจกิ “1” ตำ่าสดุ (VIH) และค่าผลต่างแรงดันเอ้าต์พุตท่ีจดัเป็นลอจกิ “0 ” สงูสดุ (V IL) กับแรงดันอินพุตท่ีจดัเป็นลอจกิ “0 ” สงูสดุ (VOL) นัน้คือ

Noise Immunity High (VNH) = VOHmin - VIHmin

Noise Immunity Low (VLN) = VILmax - VOLmax

ถ้า VNH และ VLN มค่ีาสงู เราเรยีกวา่ เกตมภีมูป้ิองกันสญัญาณรบกวน (Noise Immunity ) ท่ีดี


8.4 คณุสมบติัที่สำาคัญของดิจติอลไอซ ี(An important feature of Digital IC)4. Propagation Delay Time คือเวลาล่าชา้ท่ีเกิดขึ้นในการเปล่ียนระดับสญัญาณจาก “สงู” เป็น “ตำ่า” (TPHL) หรอืจาก “ตำ่า” เป็น “สงู” (TPLH) โดยท่ีค่า TPHL กับค่าของ TPLH อาจจะไมเ่ท่ากันขึ้นอยูกั่บโหลดของวงจร

5. FAN – OUT คือความสามารถของลอจกิเกตในการท่ีจะนำาเอ้าต์พุตไปต่อกับอินพุตของวงจรลอจกิเกตอ่ืนๆ หรอือาจกล่าวได้วา่คือ จำานวนอินพุตท่ีสามารถจะนำาเขา้มาต่อเขา้กับเอ้าต์พุตของเกตนัน้ๆ

6 . FAN – IN คือจำานวนอินพุตของเกตใดเกตหนึ่ง


8.5 เกตภ�ยในดิจติอลไอซ ี(Gate in Digital IC)ภายในไอซทัีง้ TTL และ CMOS จะมเีกตที่สรา้ง

จากทรานซสิเตอรถ์กูบรรจุอยูภ่ายในซึ่งจะมทัีง้เกตมาตรฐาน เกตพเิศษแล้วแต่คณุสมบติัของตัว ไอซนัีน้ๆ เกตที่สำาคัญพื้นฐาน AND gate, OR gate Inverter gate, NAND gate , NOR gate, Exclusive-OR gate, Exclusive-N OR gate แสดงได้ดังรูปท่ี 813


รูปท่ี 8.13 แสดงเกตภายในดิจติอลไอซ ี(Gate in Digital IC)


8.6 ตัวอย�่งเบอรดิ์จติอลไอซี


74LS02, Quad 2-input NOR Gate

74LS10,Triple3-Input NAND Gate



74HC04, Hex Inverter 74HC373, Octal D Latch



74HC04, Hex Inverter 74HC373, Octal D Latch

8.7 เปรยีบเทียบขอ้ดีและขอ้จำ�กัดของไอซีตระกลูต่�งๆ


ĕĂàĊêøąÖĎú ×šĂéĊ ×šĂÝĞćÖĆé ĂćøŤìĊĒĂú (RTL) 1.ÖćøÿĎâđÿĊ÷ÖĞćúĆÜđðŨîÙüćöøšĂîêęĞć 1. ÙüćöđøĘü×ĂÜÖćøìĞćÜćîêęĞć

2. ÖćøðúĂéÝćÖÿĆââćèøïÖüîðćîÖúćÜ 3. ÝĞćîüîĒôîđĂćêŤêęĞć

éĊìĊĒĂú (DTL) 1. ÖćøÿĎâđÿĊ÷ÖĞćúĆÜđðŨîÙüćöøšĂîêęĞć 2. ÖćøðúĂéÝćÖÿĆââćèøïÖüîéĊ

1. ÙüćöđøĘü×ĂÜÖćøìĞćÜćîêęĞć 2. ÝĞćîüîĒôîđĂćêŤðćîÖúćÜ

ĂĊàĊĒĂú (ECL) 1. ÙüćöđøĘü×ĂÜÖćøìĞćÜćîÿĎÜöćÖ 2. ÖćøðúĂéÝćÖÿĆââćèøïÖüîéĊ 3. ÝĞćîüîĒôîđĂćêŤÿĎÜ

ÖćøÿĎâđÿĊ÷ÖĞćúĆÜđðŨîÙüćöøšĂîÿĎÜöćÖ

ìĊìĊĒĂú (TTL) 1. ÙüćöđøĘü×ĂÜÖćøìĞćÜćîÿĎÜ 2. ÖćøðúĂéÝćÖÿĆââćèøïÖüîéĊöćÖ 3. ÖćøÿĎâđÿĊ÷ÖĞćúĆÜđðŨîÙüćöøšĂîêęĞć 4. ÝĞćîüîĒôîđĂćêŤÿĎÜ

1.øąéĆïĒøÜéĆîĒĀúŠćÜÝŠć÷ĕôöĊñúêŠĂÖćøìĞćÜćî×ĂÜĕĂàĊìĊìĊĒĂúöćÖ

àĊöĂÿ (CMOS) 1. ÖćøÿĎâđÿĊ÷ÖĞćúĆÜđðŨîÙüćöøšĂîêęĞćöćÖ 2. ÖćøðúĂéÝćÖÿĆââćèøïÖüîéĊöćÖ 3. ÝĞćîüîĒôîđĂćêŤÿĎÜöćÖ

ÙüćöđøĘü×ĂÜÖćøìĞćÜćîêęĞć

8.8 สรุป พฒันาการในการนำาเอาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกสม์าประกอบกัน

เป็นเขา้เป็นวงจรลอจกินัน้ได้มกีารพฒันาเปล่ียนแปลงมามากมายโดยในระยะเริม่แรกนัน้วงจรลอจกิจะเกิดจากการนำาเอาสวทิชธ์รรมดาและรเีลยม์าประกอบกันเป็นวงจรลอจกิ ซึ่งทำาใหข้าดความยดืหยุน่ในการใชง้าน ต่อมามกีารนำาเอาหลอดสญุญากาศมาใชแ้ทน ซึ่งหลอดสญุญากาศนัน้ก็มขีอ้เสยีในการใชง้านมากมายเชน่กัน จนกระทัง่ถึงยุคของอุปกรณ์สารก่ึงตัวนำา เชน่ ไดโอด ทรานซสิเตอร ์ทำาใหก้ารประกอบเป็นวงจรลอจกิมคีวามยดืหยุน่ในการใชง้านมากยิง่ขึ้น จนกระทัง่ถึงจุดท่ีสามารถนำาเอาอุปกรณ์ต่าง ๆ ประกอบอยูใ่นชพิเล็ก ๆ เพยีงชพิเดียว ซึ่งสามารถบรรจุอุปกรณ์พื้นฐานต่าง ๆ ได้มากมาย เราเรยีกวา่ IC ซึ่งยอ่มาจาก Integrated Circuit


8.8 สรุป พฒันาการในการนำาเอาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกสม์าประกอบกัน

เป็นเขา้เป็นวงจรลอจกินัน้ได้มกีารพฒันาเปล่ียนแปลงมามากมายโดยในระยะเริม่แรกนัน้วงจรลอจกิจะเกิดจากการนำาเอาสวทิชธ์รรมดาและรเีลยม์าประกอบกันเป็นวงจรลอจกิ ซึ่งทำาใหข้าดความยดืหยุน่ในการใชง้าน ต่อมามกีารนำาเอาหลอดสญุญากาศมาใชแ้ทน ซึ่งหลอดสญุญากาศนัน้ก็มขีอ้เสยีในการใชง้านมากมายเชน่กัน จนกระทัง่ถึงยุคของอุปกรณ์สารก่ึงตัวนำา เชน่ ไดโอด ทรานซสิเตอร ์ทำาใหก้ารประกอบเป็นวงจรลอจกิมคีวามยดืหยุน่ในการใชง้านมากยิง่ขึ้น จนกระทัง่ถึงจุดท่ีสามารถนำาเอาอุปกรณ์ต่าง ๆ ประกอบอยูใ่นชพิเล็ก ๆ เพยีงชพิเดียว ซึ่งสามารถบรรจุอุปกรณ์พื้นฐานต่าง ๆ ได้มากมาย เราเรยีกวา่ IC ซึ่งยอ่มาจาก Integrated Circuit


8.8 สรุป (ต่อ) ไอซต่ีางๆ ท่ีนำามาใชส้รา้งเป็นวงจรลอจกินัน้เรา

สามารถแบง่ชนิดของไอซตีามขนาดความซบัซอ้นภายในของมนัโดยถ้าใชเ้กณฑ์การนับจากจำานวนเกทท่ีอยูภ่ายในไอซไีด้ดังนี้

SSI (Small-Scale Integration) ถือวา่เป็นไอซีขนาดเล็ก โดยเป็นไอซท่ีีมจีำานวนเกทน้อยกวา่ 12 เกทบนชพิเดียวกัน มขีาต่อใชง้าน 14 ถึง 16 ขา

MSI (Medium-Scale Integration) ถือวา่เป็นไอซขีนาดกลางโดยเป็นไอซท่ีีมจีำานวนเกทตัง้แต่12 เกท ถึง 100 เกทต่อชพิ


8.9 สรุป (ต่อ) LSI (large-Scale Integration) ถือวา่เป็นไอซีขนาดใหญ่โดยเป็นไอซท่ีีมจีำานวนเกทมากกวา่ 100 เกท ถึง 1000 เกทต่อชพิ VLSI (Very Large-Scale Integration) ถือวา่เป็นไอซขีนาดใหญ่มาก โดยเป็นไอซท่ีีมจีำานวนเกทมากกวา่ 1000 เกท ถึง 100,000 เกทต่อชพิULSI (Ultra large-Scale Integration) ถือวา่เป็นไอซขีนาดใหญ่พเิศษ


The EndLesson 8


Documents

Introduction to Digital System