게이트의 전기적 특성1(전력,전파지연, fanout, noisemargin, 싱크&소스)

1. 전력소모 : 게이트 동작 시 소모되는 전력량
  P(게이트 전력) = VI (게이트 필요 전압, 게이트 흐르는 전류)
 
2.지연시간 : 신호 입력 ~ 신호 출력까지 시간. 즉, 게이트 동작속도
 = 전파지연시간 (gate propagation delay time)
 2.1 입출력이 변화하는 순간
 2.2 입력이 변화폭의 50% 도달할 때,
 2.3 출력이 변화폭의 50% 도달한 시간차.
 즉, 입출력이 변화했을 때, 각 변화폭의 50%값일 때의 시점을 구해서, 시간차를 지연시간으로 정의한다.
ex) t(PHL): 출력이 H -> L로 바뀔 때, delay
      t(PLH): 출력이 L -> H로 바뀔 때, delay
 즉, 기준은 출력이다.

2.4 TTL, CMOS의 논리레벨 정의 (소자 동작특성 차이 때문에 다르다)
- TTL :      1 = (2.5V ~ 5V), 
                0 = (0~0.8V)

- CMOS : 1=(3.5V ~ 5V),
                 0 = (0~1.5V)
                      미정의영역은 오류를 발생시킨다.

3.

Fan-Out : 하나의 게이트 출력에서 여러개의 입력에 공급하는 전류
즉, 출력단을 몇개까지 다른 게이트에 입력으로 넣을 수 있느냐?를 구한것.
즉,1개의 출력에서 몇개까지 jumper할 수 있느냐?를 구한것.

Fan- In : 1개의 게이트에 입력으로 접속할 수 있는 단수.

3.1. Fan out 전류 설명
1개의 게이트 출력전류 I(OH) = 0.4mA(max) 이다.
1개의 게이트 입력전류 I(IH) = 0.02mA(max) 이다.
Fan Out = 0.4/0.02 = 20.
즉, 출력에서 나오는 0.4mA를 최대한 분배하면 20개의 게이트에 입력 가능하다.

의문점 : High 논리일 때와, low 논리일 때, 값이 같은가?
결론은 다르다이다.
그래서, high논리, low논리일 때 각각 전류값을 구해봐야 한다.

ex) I(OL) = 8mA(Max), I(IL) = 0.02mA
  8/0.02 = 40

3.2. Fan In 설명
 - 게이트 입력 1단에 접속할 수 있는 단수
- 게이트가 몇 단짜리인지 알려주는 것.
3 input NAND의 fan in = 3
4 input NAND의 fan in = 4


4. 잡음여유도 : 최대 허용 잡음 마진.(잡음이 얼마부터 문제가 생기는가)
 = Noise margin
 출력전압범위, 입력전압범위가 차이남.
즉, 입력과 출력에서 0,1을 판단하는 전압 기준이 다르다.
(보통 입력전압이 더 여유롭게 판단한다)
여기서 오는 차이값이 Noise Margin이다. (Vnh, Vnl 2가지가 있다)

ex) 버퍼
 - 이상적인 버퍼 : V(NH) = V(NL) = Vdd/2
    즉, 최대전압의 중간기준으로 HIGH, LOW를 인식한다.
    즉, 중간에 빈공간이 없어서, 오동작 하지 않는다.
출력 = 0, Vdd

- 실제 버퍼 : V(NH), V(NL) < VDD/2 
즉, 중간에 빈공간(영역)이 생겨서 오동작 한다.
출력 = 0~ V(OL),   V(OH)~Vdd

5. 싱크전류(sink current), 소스전류(source current)
전류의 방향에 따라 나누는 구조이다. 


5.1싱크전류(sink current) : 출력쪽으로 전류가 흘러간다는 뜻.
즉, Chip의 Output으로 전류가 들어가면 Sinking current 
점등용이다.(ㅂㄹ
sink : OUT으로 전류가 in


5.2 소스전류(source current): 출력에서 바깥으로 전류가 흘러간다는 뜻.
즉, Chip의 Output에서 전류가 나오면 Source current
source : OUT에서 전류가 OUT

OUTPUT 으로 들어가면 sink 나오면 source
즉, 기준은 out이고
S 'in'k : in 이고
S'ou'rce : out 이다
5.3
  74시리즈 TTL의 싱크전류는 16mA까지 가능
                         소스전류는 0.25mA 이하
      즉, 싱크 > 소스 

결론 : 싱크전류가 훨씬 크므로, LED, 7-segment같은 빛이 필요한 소자는 sink로 켜야한다. (빛의 밝기는 전류에 비례한다)

5.3.1 추가
 7 - segment는 CA(common Anode)구조를 쓴다
CA : 5V가 공통. => 0을 넣을 때 동작하므로, sink전류다. => 밝다

6. Fan-Out과, 싱크,소스 전류를 결합해서 생각(점등)

입력할 칩이 많은데, 싱크전류가 10mA일 때,
74LS06(인버터), 74LS07(버퍼)를 연결하여 40mA 까지 키워준다.



주의할점 : 논리값이랑, 전류랑 혼동하면 안된다!

논리값 : 전압값, High , low
게이트 : 전압값을 조정하는 것

전류의 방향 : 불키거나 할때, 전류의 크기가 중요해짐.
                     게이트 여러개 연결할 때 전류의 크기가 중요해짐.

팬아웃(fan-out) 늘리는 방법

https://kin.naver.com/qna/detail.nhn?d1id=11&dirId=1118&docId=53751825&qb=7Yys7J24IO2MrOyVhOybgw==&enc=utf8§ion=kin&rank=2&search_sort=0&spq=0&pid=TXOK6wpVuFKssa%2BMEx8ssssst30-386162&sid=gQ%2Bdbqq4AXTeZaS4IF/Xow%3D%3D

출처 http://contents.kocw.or.kr/html/2012/YeungNam/KimSungWon/13-2/default.htm KOCW. 논리회로. 영남대학교. 김성원
의 강의를 정리한 것입니다.