본문내용
1. 실험 목적
TTL을 이용한 논리 회로 구성을 이해하고 OR 게이트 논리 회로, XOR 게이트 논리 회로, 반가산기 회로, 전가산기 회로 실험 및 설계 능력을 함양하는 것이 실험의 목적이다.
TTL(Transistor-Transistor Logic)은 무조건 전원전압에 상관없이 0V ~ 0.8V를 Low Level로, 2V ~ 전원전압까지를 High Level로 인식한다. CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 역시 전원전압에 따라 0V ~ 1.66V를 Low Level, 3.33V ~ 전원전압까지를 High Level로 인식한다. 입력 전류와 출력 전류에서 TTL과 CMOS의 차이가 존재한다.
팬아웃은 1개의 회로나 장치의 출력 단자에 접속해서 신호를 추출할 수 있는 최대 허용 출력선의 수를 의미한다. 출력 전류가 제한되어 있기 때문에 팬아웃을 초과하여 부하를 연결할 경우 출력단 회로가 소손되거나 출력전압 레벨이 유지되지 않을 수 있다.
LED(Light Emitting Diode)는 동작 전압과 전류에 맞는 저항을 연결해야 과전류로 인한 파손을 방지할 수 있다. 예를 들어 LED의 동작 전압이 2V, 동작 전류가 10mA인 경우 5V에 연결할 때 필요한 저항 값은 300Ω이다.
반가산기와 전가산기는 두 개의 입력 비트(A, B)를 더하여 합(S)과 자리 올림 수(C)를 산출하는 논리 회로이다. 반가산기는 올림수를 고려하지 않았지만 전가산기는 올림수까지 입력받아 계산한다. 반가산기의 Sum은 A와 B의 XOR, Carry는 A와 B의 AND와 같다. 전가산기의 Sum은 X XOR Y XOR Z, Carry는 XY + XZ + YZ와 같다.
조합회로(Combinational Circuit)는 상태를 저장하지 않아 입력에 따른 출력이 바로 결정되는 회로이고, 순차회로(Sequential Circuit)는 상태를 저장하여 입력과 현재 상태에 따라 출력이 결정되는 회로이다. 덧셈기, 반가산기, 디코더 등은 조합회로의 예이고, 레지스터, 카운터 등은 순차회로의 예이다.
2. 배경 이론 및 사전조사
2.1. TTL과 CMOS의 입력 및 출력 전압 전류
TTL은 무조건 전원전압에 상관없이, Low Level은 0V ~ 0.8V를 Low Level로 인식하고, 2V ~ 전원전압까지 High Level로 인식한다. 입력 전압이 High일 때 출력 전압은 2.7V이며 입력 전류는 20μA, 출력 전류는 -0.4mA이다. 반면에 Low일 때 출력 전압은 0.4V이며 입력 전류는 -0.4mA, 출력 전류는 4~8mA이다.
CMOS에 공급되는 전원전압이 5V라고 가정하면, CMOS 칩이 인식하는 Low Level은 대략 0V ~ 1.66V까지의 입력 신호를 Low Level로 인식하고, 반대로 High Level의 경우는 3.33V ~ 5V까지를 High Level로 인식한다. CMOS의 입력핀에는 H,L레벨에 관계 없이 거의 전류가 흐르지 않지만, CMOS의 출력핀이 L레벨일 때에는 CMOS쪽으로 유입 전류가 약 5mA 정도 흘러나온다.
2.2. Fan out
팬아웃(fan-out)은 1개의 회로나 장치의 출력 단자에 접속해서 신호를 추출할 수 있는 최대 허용 출력선의 수이다. 1개의 출력으로 구동할 수 있는 장치의 수량은 그 출력으로부터 얻을 수 있는 전력과 다음 단 입력의 소요 전력에 의해 결정된다. 이러한 팬아웃이 지정되는 것은 각 소자의 출력단에 최대로 흐를 수 있는 전류에 제한이 있기 때문이다. 팬아웃을 초과하여 부하를 접속하게 되면 출력전류가 과대하여 출력단의 회로가 소손될 수도 있고, 그 정도가 좀 덜하다면 출력단의 전압강하 때문에 출력전압 레벨이 규정치로 유지되지 못하여 그 다음의 입력단에 입력되는 신호의 논리상태를 보장할 수 없게 된다. CMOS의 경우는 사용하는 Clock주파수에 의해 Fan out값이 달라진다고 볼 수 있다.
2.3. LED
LED는 발광다이오드(Light-Emitting Diode)의 약자이다. LED는 전류가 흐르면 빛을 내는 반도체 소자이다. LED에는 다양한 색상이 존재하며, 동작 전압과 전류에 따라 다른 특성을 나타낸다. LED에 저항 없이 전원에 직접 연결하면 과전류로 LED가 손상될 수 있다. 예를 들어 LED의 동작 전압이 2V이고 전류가 10mA라면, 5V에 연결할 때 필요한 저항 값은 300Ω이다. 저항값은 (전원 전압 - LED ...
