Elektronische Schaltung
In digitalen elektronischen Schaltungen nehmen elektrische Signale diskrete Werte an, um logische und numerische Werte darzustellen. Diese Werte stellen die zu verarbeitenden Informationen dar. In den meisten Fällen wird eine binäre Kodierung verwendet: eine Spannung (in der Regel der positivere Wert) steht für eine binäre „1“ und eine andere Spannung (in der Regel ein Wert in der Nähe des Massepotentials, 0 V) für eine binäre „0“. In digitalen Schaltungen werden in großem Umfang Transistoren eingesetzt, die miteinander verbunden sind, um logische Gatter zu bilden, die die Funktionen der booleschen Logik erfüllen: AND, NAND, OR, NOR, XOR und Kombinationen davon. Transistoren, die so zusammengeschaltet sind, dass sie eine positive Rückkopplung ermöglichen, werden als Latches und Flip Flops verwendet, d. h. als Schaltungen, die zwei oder mehr metastabile Zustände aufweisen und in einem dieser Zustände verbleiben, bis sie durch einen externen Eingang verändert werden. Digitale Schaltungen können daher Logik und Speicher bereitstellen und beliebige Berechnungsfunktionen ausführen. (Speicher, die auf Flip-Flops basieren, werden als statische Direktzugriffsspeicher (SRAM) bezeichnet. Weit verbreitet ist auch der dynamische Direktzugriffsspeicher (DRAM), der auf der Speicherung von Ladung in einem Kondensator basiert.)
Der Entwurfsprozess für digitale Schaltungen unterscheidet sich grundlegend von dem für analoge Schaltungen. Jedes Logikgatter regeneriert das Binärsignal, so dass der Konstrukteur keine Rücksicht auf Verzerrungen, Verstärkungsregelung, Offset-Spannungen und andere Probleme nehmen muss, die bei einem analogen Entwurf auftreten. Infolgedessen können extrem komplexe digitale Schaltungen mit Milliarden von Logikelementen auf einem einzigen Siliziumchip zu geringen Kosten hergestellt werden. Solche digitalen integrierten Schaltungen sind in modernen elektronischen Geräten, wie Taschenrechnern, Mobiltelefonen und Computern, allgegenwärtig. Da digitale Schaltungen immer komplexer werden, werden Probleme wie Zeitverzögerung, Logikrennen, Verlustleistung, nicht ideales Schalten, Belastung auf dem Chip und zwischen den Chips sowie Leckströme zu Einschränkungen für die Schaltungsdichte, Geschwindigkeit und Leistung.
Digitale Schaltungen werden verwendet, um allgemeine Computerchips, wie z. B. Mikroprozessoren, und kundenspezifische Logikschaltungen, so genannte anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), herzustellen. Feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), Chips mit logischen Schaltungen, deren Konfiguration nach der Herstellung geändert werden kann, werden ebenfalls häufig für Prototypen und Entwicklung verwendet.