電子回路

主な記事です。 デジタル・エレクトロニクス

デジタル電子回路では、電気信号が離散的な値をとり、論理値や数値として表現される。 これらの値は、処理される情報を表します。 ほとんどの場合、2 進数のエンコーディングが使用され、ある電圧(通常はより正の値)は 2 進数の「1」を表し、別の電圧(通常は接地電位に近い値、0 V)は 2 進数の「0」を表します。 デジタル回路では、トランジスタを多用し、相互に接続することで論理ゲートを作り、ブール論理の機能を実現している。 AND、NAND、OR、NOR、XOR、およびそれらの組み合わせで構成される。 正帰還を行うように相互接続されたトランジスタは、ラッチやフリップフロップとして使用され、2つ以上の準安定状態を持ち、外部入力によって変化するまでいずれかの状態に留まる回路である。 このため、デジタル回路は論理と記憶を備え、任意の計算機能を実現することができる。 (フリップフロップを用いたメモリは、SRAM(Static Random Access Memory)と呼ばれる。 また、キャパシタに電荷を蓄える方式のメモリ、DRAM(dynamic random-access memory)も広く使われている)

デジタル回路の設計プロセスは、アナログ回路のプロセスとは根本的に異なる。 各論理ゲートは2値信号を再生するので、設計者はアナログ設計で直面する歪み、利得制御、オフセット電圧などの懸念を考慮する必要がない。 その結果、1つのシリコンチップに数十億個の論理素子を集積した非常に複雑なデジタル回路を低コストで作ることができるようになった。 このようなデジタル集積回路は、電卓、携帯電話、コンピュータなどの電子機器に広く使われている。 デジタル回路の複雑化に伴い、時間遅延、論理レース、電力損失、非理想的スイッチング、オンチップおよびチップ間負荷、リーク電流などの問題が、回路密度、速度、性能の制限となる。

デジタル回路は、マイクロプロセッサなどの汎用コンピューティングチップや、特定用途向け集積回路(ASIC)と呼ばれるカスタム設計の論理回路の作成に使用されています。 また、FPGA(Field-Programmable Gate Array)は、製造後に構成を変更できる論理回路を備えたチップで、プロトタイピングや開発で広く使用されています。

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