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ゲート回路
ゲート回路
１．ゲート回路(MIL記号)
MIL: Military Specifications and Standards ==> 米国軍用規格
１.１ 基本要素
| 名称 | ANDゲート | ORゲート | インバータ |
|---|
| MIL記号 |
 |
 |
 |
| 論理式 |
|---|
| A | B | A AND B | A OR B | NOT A |
|---|
| L | L | L | L | H |
|---|
| L | H | L | H | H |
|---|
| H | L | L | H | L |
|---|
| H | H | H | H | L |
|---|
１.２ 準基本要素
| 名称 |
NANDゲート |
NORゲート |
バッファ |
XORゲート |
| MIL記号 |
 |
 |
 |
 |
| 論理式 |
| A |
B |
A NAND B |
A NOR B |
A |
A XOR B |
| L |
L |
H |
H |
L |
L |
| L |
H |
H |
L |
L |
H |
| H | L | H | L | H | H |
|---|
| H | H | L | L | H | L |
|---|
１.３ 多入力ゲート
２．回路図の書き方
論理式から回路図を作るには、演算の優先順位を考えながら、各項をゲートに置き換えればよい。
例えば、次の論理式
Q ＝ A ＋ B・C
を回路にすると、下図のようになる。
【例題】
次の論理式
Q ＝ A・B ＋ B・C
を回路にせよ。
３．EXOR等価回路
EXOR（またはXOR）ゲートの論理式は次のようになる。
OUT = (A・B) ＋ (A・B)
[出典: http://www.wdic.org/p/SCI/cc_xor.png]
少し工夫し、先にORをしてしまうと、回路が少し簡単になる。
OUT = (A＋B) ・ (A・B)
[出典: http://www.wdic.org/p/SCI/cc_xor2.png]
OUT = (A＋B) ・ (A＋B)
４．デジタルＩＣの特殊な入出力
特殊な入出力として、次の３つを説明します。
シュミット・トリガー入力
オープン・コレクタ出力
スリー・ステート出力
シュミット・トリガー入力
普通、入力がＬからＨへ素早く立ち上がったり、ＨからＬへ素早く下がれば、なんの問題もないのですが、ゆっくり変化した場合、およそ、入力が１Ｖ強のところで出力が変化します（７４ＬＳの場合）。この変化の境目のことをスレッショルド・レベルといいます。このとき、ゆっくりだけでなく、ノイズなどの影響で、ふらつきながら変化すれば出力はどうなるでしょうか。
上段入力、下段出力
このように、立ち上がりと下がりのスレッショルド・レベルが同じ場合、１つのパルスにならず、前後に余計なパルスができてしまいます。
シュミット・トリガー入力は、立ち上がりのスレッショルド・レベルは高い目、下がりは低い目に設定されています。
上段入力、下段出力
このようにパルスはきれいに整形されます。これがシュミット・トリガー入力の特徴です。
シュミット・トリガー入力記号は、上の図のように、中にマークを入れます。
オープン・コレクタ出力
オープン・コレクタ出力には２つの使い方があります。
１つは、ワイヤード・ＯＲ、もう１つは、レベル変換です。
上の左が通常の出力、右がオープン・コレクタ出力です。
ワイヤード・ＯＲ
上の図の左が通常出力の４入力ＯＲです。右が、オープン・コレクタ出力によるワイヤード・ＯＲです。普通、回路の目的が決まっており、変更することがない場合は、左の回路でいくべきですが、システムが、その時々に応じて、ＯＲの入力個数が変化するときは、右のワイヤード・ＯＲとなります。ただし、ワイヤード・ＯＲは、遅延時間が長くなります。
レベル変換
これは、電源の電圧より高い出力が必要なとき、コレクタにつながっている抵抗のVCCを高くしてやることで実現できます。
ただし、オープン・コレクタと似たような、C-MOS回路のオープン・ドレインは、レベル変換には使えません。これは、ＩＣの電源電圧より高い電圧を出力端子にかけられないというC-MOS特有の特性のためです。間違ってかけてしまうと、ラッチアップという現象により、高電流が流れ、壊れます。
スリー・ステート出力（トライ・ステート出力）
通常、ロジックＩＣの出力は、入力と１対１で接続され、出力端子同士がつながることはありません。つなげは、大電流が流れ、時として、壊れます。例外が、オープン・コレクタ出力による、ワイヤード・ＯＲです。
さて、２つ手前の図、左側の通常出力の場合、上と下とにあるトランジスタのどちらかが、ON、残りがOFFになっています。トランジスタ２つともOFFになるのが、スリー・ステート出力です。この状態では、つながってないのと同じことになります。
このような回路の場合、下向きに出ている線がスリーステートの制御線で、どれか１つをＬにすると、スリーステート状態が解除され、そこだけ信号が流れます。ただし、１つ以上Ｌにすることはできません。理由は、先程述べたとおりです。
[出典:
http://www.page.sannet.ne.jp/je3nqy/degital/losic7.htm]
５．オープンコレクタ
トランジスタは回路内でスイッチの働きをする。
これは、ベースの電源をON‐OFFさせると、コレクタ‐エミッタ間の電流もON‐OFFされる働きである。
左と右は等価
OFF
トランジスタが、スイッチとしてOFFの状態の場合、回路はオープン(切断状態)となっている。
つまり、出力はハイインピーダンスである。
このためオープンコレクタ出力は何にも繋げていないのと同じ状態となるため、その内容は不定である。
信号のレベルは、これと繋げる側で設定せねばならない。
ON
トランジスタが、スイッチとしてONの状態になると、オープンコレクタ出力はGNDとショートしようとする。
つまり、出力は0Vである。
しかし、このままでは電源の供給がないためトランジスタは動かない。
よって、これと繋げる側は電流を供給する必要がある。
プルアップ
オープンコレクタの出力を用いるには、一般に後段側でプルアップすることで行なう。
スイッチがOFFの場合、トランジスタ側は断線しているのと同じなので、回路は抵抗を経てVCCと繋がる。
従って、電源電圧とほぼ同電位となる。
一方スイッチがONだと、トランジスタを通じてGNDに繋がるので、電位はGND電位近くまで下がることになる。
このようにして、ON‐OFFの伝達ができる。
【出典：通信用語の基礎知識】
http://www.page.sannet.ne.jp/je3nqy/degital/losic7.htm