Tại sao hoạt động thấp thậm chí tồn tại?

Trong sự nghiệp của tôi, tôi thường gặp các tín hiệu hoạt động thấp (Đặt lại là phổ biến nhất). Tôi thậm chí đã nhìn thấy các giao diện trong đó tất cả các tín hiệu điều khiển đang tích cực thấp.

Đối với tôi, điều này rất không trực quan và khó hiểu. Tại sao có nhu cầu sử dụng tích cực thấp? Nó chỉ đơn thuần là lịch sử hay có những lo ngại về sức mạnh / số lượng cổng thực tế giải thích nó?

Trong các thiết kế kỹ thuật số lịch sử, tín hiệu thấp hoạt động sẽ được sử dụng bất cứ khi nào việc sử dụng chúng sẽ cho phép giảm số lượng cổng trong thiết kế và do đó giảm chi phí của mạch. Tôi có thể tưởng tượng nó thậm chí còn phổ biến hơn trong các thiết kế vi mạch so với logic rời rạc, bởi vì tất cả logic về cơ bản được xây dựng từ các cổng đảo ngược (NAND), nhưng cá nhân tôi không có kinh nghiệm trong lĩnh vực đó.

Mức độ tối ưu hóa đó hiếm khi cần thiết ngày nay, hoặc ít nhất nó được thực hiện tự động bằng các công cụ tổng hợp để nó minh bạch cho người thiết kế. Giống như bạn nhận thấy, chỉ có một vài trường hợp tín hiệu hoạt động thấp vẫn thường thấy.

Một lợi thế của tín hiệu thấp hoạt động cho các chức năng như đặt lại và ngắt, là rất dễ dàng để tạo logic "có dây HOẶC" cho tín hiệu thấp hoạt động chỉ bằng cách sử dụng đầu ra bộ thu mở .

Đó là, nếu có một vài mạch khác nhau có thể gây ra thiết lập lại hoặc gián đoạn, thì mỗi mạch chỉ có thể có đầu ra của bộ thu mở được gắn với dây ~ RESET hoặc ~ INT. Sau đó, bất kỳ một trong số chúng có thể kéo dòng xuống thấp và gây ra phản ứng thích hợp mà không cần bất kỳ logic bổ sung nào để kết hợp các tín hiệu.

Trong các họ logic như TTL, một thiết bị đầu cuối mở được hiểu là Cao, vì nó phụ thuộc vào logic chìm hiện tại để phát hiện đầu vào logic bằng không.

Thiết kế pin hoạt động thấp đảm bảo rằng nó hoạt động khi và chỉ khi một trạng thái logic có chủ ý được áp dụng, tức là. để tránh điều kiện đầu vào nổi mơ hồ.

Ngoài ra trường hợp đặc biệt của RESET đã được trả lời trong câu hỏi này .

Lợi thế chính cho hoạt động thấp là an toàn .

Nó được sử dụng rộng rãi trong thế giới C & I trong các tình huống mà tín hiệu bị mất sẽ bị tàn phá . Một ví dụ sẽ là mực nước của nồi hơi ở mức thấp, một ví dụ khác là dừng khẩn cấp, một ví dụ khác là áp suất nhiên liệu thấp. Nếu một trong những sự kiện này xảy ra, máy phải được dừng lại.

Nếu hệ thống sử dụng hoạt động ở mức cao và thiết bị bị hỏng hoặc cáp tín hiệu bị hỏng, bộ điều khiển sẽ không bao giờ biết có vấn đề. Nếu hệ thống sử dụng mức hoạt động thấp và thiết bị bị hỏng hoặc cáp tín hiệu bị hỏng, hệ thống sẽ phản hồi theo cách tương tự như thiết bị được kích hoạt.

Các tín hiệu thấp hoạt động có khả năng chịu nhiễu tốt hơn trong một số họ logic, đặc biệt là TTL cũ.

Tín hiệu TTL cao phải có ít nhất 2,8V và có thể thấp tới 2,0V. Điều đó để lại biên độ 0,8V cho điện áp rơi và nhiễu. Và một điện trở pullup để cung cấp 5V có thể được thêm vào để có thêm lề.

Tín hiệu TTL thấp phải không quá 0,4V và có thể cao tới 0,8V. Điều đó chỉ để lại biên độ 0,4V cho điện áp rơi và nhiễu.

Bạn có thể sử dụng một trong hai mức để thể hiện trạng thái logic. Nhưng thật hợp lý khi chọn mức độ chống nhiễu nhất cho trạng thái mà tín hiệu sẽ dành nhiều thời gian nhất.

Nhiều tín hiệu dành gần như toàn bộ thời gian của họ không hoạt động. Do đó, thật khôn ngoan khi sử dụng mức độ thấp dễ bị nhiễu để biểu thị trạng thái hoạt động không thường xuyên và mức độ cao chống ồn hơn để biểu thị trạng thái không hoạt động thường xuyên xảy ra.

Tín hiệu logic có hai trạng thái. Cái nào bạn xem xét bật hoặc tắt, hoặc sử dụng để liên lạc bật hoặc tắt là hoàn toàn tùy thuộc vào bạn. Không có gì đúng hơn về mức cao trên hoặc đúng hơn là thấp.

Thực tế đó là không trực quan với bạn là không liên quan khi thiết kế một hệ thống. Bạn có thể nghĩ cao nên chỉ ra sự thật, nhưng nó có thể hoàn toàn ngược lại đối với người khác. Các kỹ sư giỏi cố gắng làm những gì có ý nghĩa, không bị treo lên trên các điểm tôn giáo. Đôi khi nó không thành vấn đề, sau đó bạn có thể chọn bất cứ sở thích nào. Đôi khi nó không thành vấn đề.

Ví dụ, vì thuận tiện khi có các mạch phải giao tiếp chia sẻ một mạng chung mà chúng ta thường gọi là mặt đất và hầu hết các mạch logic đã phát triển để yêu cầu cung cấp tích cực (hãy nghĩ về nó, nó cũng có thể là cách khác) , tín hiệu logic nói chung sẽ ở mức mặt đất hoặc mức cung cấp dương. Giả sử bạn cần lái một đầu vào kỹ thuật số từ một nút bấm thường mở. Đặc biệt nếu nút nhấn đó được gắn vật lý không đúng mạch, sẽ thuận tiện để buộc một bên của nút nhấn xuống đất. Điều đó có nghĩa là phía bên kia sẽ được điều khiển xuống đất khi nhấn nút. Điều đó vốn đã tạo ra logic tiêu cực, có nghĩa là mức thấp chỉ ra và mức cao (với một pullup thụ động) có nghĩa là được giải phóng. Thật ngớ ngẩn khi thêm một biến tần chỉ vì lý do tôn giáo nếu dòng này sau đó đi vào một vi điều khiển. Phần sụn trong vi mô có thể xử lý một trong hai cực đại diện cho ép, vì vậy ngoài việc bão hòa một mê tín, biến tần sẽ chỉ là một sự lãng phí không gian, năng lượng và chi phí.