Podręcznik
2. Statyczne bramki kombinacyjne CMOS
2.2. Poziomy logiczne i ich regeneracja
W większości układów cyfrowych wartości logiczne zera i jedynki są reprezentowane przez dwa różne napięcia zwane poziomami logicznymi zera i jedynki (dalej będziemy oznaczali wartości logiczne zera i jedynki symbolami „0” i „1” w cudzysłowach, by nie myliły się ze zwykłymi liczbami). W układach CMOS powszechnie przyjmuje się, że wartość logiczna „0” jest reprezentowana przez napięcie równe zeru, a wartość logiczna „1” jest reprezentowana przez napięcie równe napięciu zasilania układu (w dalszej części wykładu napięcie zasilania będzie oznaczane symbolem V_DD; napięcie równe zeru będzie niekiedy oznaczane symbolem V_SS). Jednak taka definicja nie wystarcza. Z różnych powodów logiczne „0” może być reprezentowane w układzie przez napięcie bliskie zeru, ale nieco od zera wyższe, zaś logiczna „1” może być reprezentowana przez napięcie nieco niższe od napięcia zasilania. Dlatego definiuje się zakresy wartości napięć, w których mieszczą się napięcia reprezentujące logiczne „0” i logiczną „1”.
Rysunek 2 1. Definicja poziomów logicznych (przykład dla napięcia zasilania 5V)
Zdolność bramek logicznych do regeneracji poziomów logicznych wiąże się z definicją tych poziomów. Zdolność tę można określić następująco:
Mówimy, że bramka logiczna regeneruje poziom logiczny „0”, jeżeli dla dowolnej kombinacji stanów logicznych na wejściach reprezentowanych przez napięcia na granicach odpowiednich zakresów (tj. V0max dla stanów „0” i V1min dla stanów „1”), dla których na wyjściu bramki mamy stan „0”, stan ten jest reprezentowany przez napięcie wewnątrz zakresu zera, tj. napięcie V spełniające warunek V<V0max.
Podobnie, mówimy, że bramka logiczna regeneruje poziom logiczny „1”, jeżeli dla dowolnej kombinacji stanów logicznych na wejściach reprezentowanych przez napięcia na granicach odpowiednich zakresów (tj. V0max dla stanów „0” i V1min dla stanów „1”), dla których na wyjściu bramki mamy stan „1”, stan ten jest reprezentowany przez napięcie wewnątrz zakresu jedynki, tj. napięcie V spełniające warunek V>V1min.
Intuicyjnie zdolność do regeneracji można rozumieć jako zdolność do "poprawiania" napięć reprezentujących stany logiczne, tak aby napięcia te nie mogły się znaleźć poza dopuszczalnymi przedziałami.
Warto dodać, że istnieją bramki nie mające zdolności regeneracji poziomów logicznych, a nawet takie, które powodują degradację tych poziomów, tj. dają na wyjściu napięcia spoza dopuszczalnego zakresu. Jednak w każdym złożonym układzie przynajmniej część bramek musi mieć zdolność regenerowania poziomów logicznych. Dalej będzie mowa o tym, jak sobie radzimy, gdy trzeba zastosować bramki niemające tej zdolności.