Realizacje układów techniki cyfrowej

Bramki logiczne służą do realizacji układów logicznych (kombinacyjnych lub sekwencyjnych), które tworzą z kolei bardziej złożone systemy cyfrowe takie jak np. układy PLD, pamięci czy mikroprocesory. Nie jest przesadą stwierdzenie, że obecnie układy bramek logicznych są najważniejszą kategorią układów elektronicznych. Cyfrowe przetwarzanie informacji stało się bowiem dominującym standardem we współczesnej elektronice, jest dokładne i znacznie odporniejsze na zakłócenia niż przetwarzanie analogowe.

Bramki logiczne są na ogół wielowejściowymi i jednowyjściowymi układami elektronicznymi nieliniowymi, w których sygnałami wejściowymi i wyjściowymi są sygnały napięciowe reprezentujące 0 i 1 logiczną jako poziomy napięć. Taki sposób reprezentacji 0 i 1 nie jest jedynie możliwym, ale jest najczęściej stosowany w praktyce i nosi nazwę kodowania potencjałowego. Z reguły przyjmowana jest tzw. dodatnia konwencja reprezentacji bitów, tzn. 0 reprezentujemy jako napięcie niskie (oznaczane z reguły symbolem L od ang. low) a 1 jako napięcie wysokie (H od ang. high).

Rys.1. Bramka NOR w technice CMOS

Podstawowymi parametrami bramek są: szybkość opisywana przez czas propagacji t _p sygnału cyfrowego przez bramkę oraz moc pobierana ze źródła zasilania P_D . Miarą jakości bramki jest iloczyn t _p  P_D podawany na ogół w pJ. Ważnym parametrem bramki charakteryzującym możliwości tworzenia z bramek rozbudowanych sieci jest tzw. obciążalność bramki (lub jak czasem mówimy wzmocnienie logiczne), która mówi do ilu co najwyżej wejść możemy dołączyć jedno wyjście bramki. Najlepiej jednak własności łączeniowe bramek logicznych opisują charakterystyki statyczne bramki, a ściślej charakterystyki statyczne inwertera podstawowego dla danej techniki układowej realizacji bramek. Podstawowymi charakterystykami statycznymi są charakterystyka przejściowa, charakterystyka wejściowa i dwie charakterystyki wyjściowe dla niskiego i wysokiego stanu napięcia na wejściu .

Jest wiele podstawowych rodzin układów logicznych jak układy TTL (ang. Transistor Transistor Logic) w różnych odmianach oraz układy ECL (ang. Emmiter Coupled Logic), ale obecnie najważniejszą rodziną układów są układy wykorzystujące tranzystory MOS a dokładniej układy CMOS (ang. Complementary Metal Oxide Semoconductor). Bramki NOR i NAND w technice CMOS pokazane są na rys.1 i 2. 

Rys.2. Bramka NAND w technice CMOS