Logik

Logiken oder logische Gatter sind die Basiskomponenten digitaler Schaltungen. Im technischen Sinne bedeutet Logik die Verknüpfung von digitalen Signalen im Sinne Konjunktion, Disjunktion, Negation und Antivalenz nach den Gesetzen der Booleschen Algebra.


An logischen Verknüpfungen gibt sieben verschiedene Grundgatter: AND-Gatter, OR-Gatter, NOT-Gatter, NAND-Gatter, NOR-Gatter, XOR-Gatter und XNOR-Gatter. Diese werden technisch durch digitallogische integrierte Schaltungen (ICs) in unterschiedlicher Technik und mit verschiedenen Integrationsdichten realisiert. Schaltungstechnisch können Logiken auf Dioden, Transistoren und Widerständen oder auf Kombinationen dieser Bauelemente basieren. Sie unterscheiden sich in der Art der Kopplung innerhalb der Logik. Bekannte Logiktechniken sind die TTL-Logik, DTL-Logik, RTL-Logik, DRL-Logik, ECL-Logik, CML-Logik und DCTL-Logik.

Logiken unterscheiden sich hinsichtlich der Höhe und Polarität der Logik- und der Versorgungsspannung. Man unterscheidet daher zwischen positiver und negativer Logik. Die Aussage, ob positive oder negative Logik bezieht sich immer auf den Hi- oder 1-Pegel. Bei einer positiven Logik ist der logische Pegel für die digitale 1 positiver als der der digitalen 0. Umgekehrt ist es bei einer negativen Logik. Der Logikpegel ist abhängig von der Logik und der Technologie. ECL-Logiken arbeiten beispielsweise mit negativer Betriebsspannung und TTL-Logiken mit positiver.

Spannungsbezeichnungen an Logiken

Spannungsbezeichnungen an Logiken

Bei CMOS mit 5 V Versorgungsspannung liegt der Lo-Pegel >1,5 V und der Hi-Pegel bei <3,5 V, bei CMOS-Logiken mit 2,5 V Versorgungsspannung betragen die entsprechenden Werte >0,7 V und <1,7 V. Andere Logiken wie ECL-basierte und NMOS haben negative Schaltpegel. Das bedeutet, dass verschiedene Logikbausteine nicht kompatibel sind und nur über Anpassungsschaltungen miteinander verbunden werden können. Neben den zweipegeligen Logiken gibt es noch Logiken mit drei Zuständen, die Tri-State-Logiken.

Logische Funktionsgleichungen

Logische Funktionsgleichungen

Weitere wichtige Kriterien von Logiken sind die Schaltgeschwindigkeit, die Verlustleistung pro Logikschaltung, die Anzahl der Eingänge sowie das Fan-in und Fan-out von Ein- und Ausgängen. Die schnellsten Logiken sind Emitter-gekoppelt, die Schaltzeiten von unter einer Nanosekunde haben, PMOS hingegen liegt bei 40 ns und mehr. Die schnellen Logiken haben dagegen eine wesentlich höhere Leistungsaufnahme. ECL-Logiken liegen mit 50 mW/Gatter am oberen Ende, CMOS hingegen mit wenigen Nanowatt am unteren Ende.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Logik
Englisch: logic
Veröffentlicht: 17.07.2018
Wörter: 330
Tags: #Logiken #Digitalschaltungen
Links: AND-Gatter, Antivalenz, Boolesche Algebra, CML (current mode logic), CMOS (complementary metal oxide semiconductor)