Jednička je rozsah, ne číslo

Tohle je statická kopie kapitoly pro vyhledávače. Interaktivní verze má animované obrázky, kontrolní otázky a tlačítka, která příklad načtou do kalkulačky.

Digitální obvod je analogový obvod, o kterém jsme se dohodli, že ho budeme číst po dvou hodnotách. Na drátě není jednička — je tam napětí, a jestli se z něj stane jednička, rozhoduje čtyři čísla, která spolu nesouvisí a která si nikdo nepamatuje ve správném pořadí.

u(t) ∈ ⟨0, V_DD⟩
Na drátě je napětí. Samo o sobě není jednička ani nula — teprve dvě dvojice slibů z něj udělají bit.
V_OH ≥ 4,40 V
Vysílač slibuje, že když posílá jedničku, nespadne pod V_OH. Nic o tom, kde přesně bude — jen že ne níž.
V_OL ≤ 0,26 V
Když posílá nulu, nevyleze nad V_OL. Dvě čísla, a mezi nimi vysílač nesmí zůstat stát.
V_IH = 3,15 V, V_IL = 1,35 V
Přijímač slibuje, že cokoli nad V_IH přečte jako jedničku a cokoli pod V_IL jako nulu. Mezi tím neslibuje nic.
1,80 V (36 % V_DD)
Mezi V_IL a V_IH je pásmo, kde přijímač nemá povinnost rozhodnout správně — a taky nerozhodne. Signál jím musí projet, ne v něm bydlet.

Čtyři sliby, ze kterých vzniká bit. Jezdcem se přepíná rodina — všimni si, jak se zakázané pásmo mění, když se sníží napájení.

Dvě strany, dva různé sliby

Vysílač slibuje, kam až půjde: jedničku nepustí pod V_OH, nulu nevytáhne nad V_OL. Přijímač slibuje, co ještě pochopí: nad V_IH čte jedničku, pod V_IL nulu. Ta dvě „O“ a dvě „I“ v indexech jsou celý zdroj zmatku — output a input, ne output a output.

značka	čí to je slib	co znamená
V_OH	vysílače	nejnižší napětí, které ještě smí poslat jako 1
V_OL	vysílače	nejvyšší napětí, které ještě smí poslat jako 0
V_IH	přijímače	nejnižší napětí, které musí přečíst jako 1
V_IL	přijímače	nejvyšší napětí, které musí přečíst jako 0

Zakázané pásmo

Mezi V_IL a V_IH přijímač neslibuje nic. Nečte to jako jedničku, nečte to jako nulu, a hlavně to nemusí číst pokaždé stejně. Signál, který v tom pásmu zůstane stát — protože ho drží slabý pull-up, protože se sešly dva vysílače, protože nikdo nedrží plovoucí vstup — nevyrobí špatný bit. Vyrobí náhodný bit, a to je horší, protože se to neprojeví v testu.

Proč u CMOS ještě hůř: vstup držený uprostřed pásma otevře oba tranzistory naráz. Hradlo pak nejen neví, co čte — ještě k tomu teče příčný proud a hřeje se. Plovoucí vstup není „neurčitá logika“, je to topení.

Čím nižší napájení, tím míň místa

Přepni v obrázku rodinu dolů. Prahy se zmenšují úměrně s napájením, ale rušení se nezmenšuje s ničím — přeslech ze sousedního spoje má tolik milivoltů, kolik jich má, ať je napájení pět voltů nebo jeden a půl. Proto je 1,8V logika choulostivá na věci, o které se u pěti voltů nikdo nestaral, a proto se u ní o kostře a plánu vrstev mluví jako o návrhu, ne jako o výrobě.