¿Por qué el 0 digital no es 0V en los sistemas informáticos?

Question

Estoy haciendo un curso de diseño de sistemas informáticos y mi profesor nos dijo que en los sistemas digitales, los voltajes convencionales utilizados para denotar un 0 y un 1 digital han cambiado a lo largo de los años.

Al parecer, en los años 80 se utilizaban 5 V como "alto" y 1 V como "bajo". Hoy en día, un "alto" es 0,75 V y un "bajo" es alrededor de 0,23 V. Añadió que, en un futuro próximo, es posible que pasemos a un sistema en el que 0,4 V denote un alto, y 0,05 V, un bajo.

Argumentó que estos valores son cada vez más pequeños para que podamos reducir nuestro consumo de energía. Si es así, ¿por qué nos tomamos la molestia de ajustar el "bajo" a cualquier tensión positiva? ¿Por qué no lo ajustamos simplemente a la tensión real de 0 V (el neutro de las líneas eléctricas, supongo)?

Answer 1

Te estás confundiendo. Mira el TTL por ejemplo: -

Un nivel de entrada bajo está entre 0 voltios y algún valor pequeño por encima de 0 voltios (0,8 voltios para el caso de TTL).

por qué nos tomamos la molestia de ajustar el "bajo" a cualquier tensión positiva en de la tensión positiva?

Nos tomamos la molestia de asegurarnos de que está por debajo de un pequeño valor determinado.

Imagen de aquí .

Answer 2

Estás confundiendo el valor "ideal" con el rango de entrada válido.

En la lógica habitual, en condiciones ideales, el cero lógico sería precisamente 0V. Sin embargo, nada es perfecto en el mundo real, y una salida electrónica tiene una cierta tolerancia. La tensión de salida real depende de la calidad de los cables, del ruido EMI, de la corriente que debe suministrar, etc. Para acomodar estas imperfecciones, las entradas lógicas tratan todo un rango de tensión como 0 (o 1). Ver la imagen en la respuesta de Andy.

Lo que tu profesor probablemente quiso decir con 0,75V es uno de los puntos que hacen el rango lógico de 0.

Observe que también hay un rango vacío entre 0 y 1. Si la tensión de entrada cae aquí, el circuito de entrada no puede garantizar un funcionamiento correcto, por lo que se dice que esta zona está prohibida.

Answer 3

Es imposible producir una verdadera señalización lógica de cero voltios. Debe haber cierta tolerancia, ya que el circuito no es infinitamente perfecto. Gastar dinero tratando de hacerlo infinitamente perfecto tampoco sería una buena inversión de fondos de diseño. Los circuitos digitales han proliferado y avanzado tan rápidamente porque utilizan un gran número de copias de los circuitos muy simples y tolerantes que son las puertas lógicas.

Los estados binarios 1 y 0 se representan en los circuitos lógicos digitales mediante tensiones lógicas altas y bajas, respectivamente. Las tensiones que representan el alto y el bajo lógicos se sitúan en rangos predefinidos y preacordados para la familia lógica en uso.

La capacidad de trabajar con tensiones dentro de estos rangos es una de las principales ventajas de los circuitos lógicos digitales: no es un defecto. Las entradas de las puertas lógicas pueden distinguir fácilmente entre tensiones lógicas altas y bajas. Las salidas de las puertas lógicas producen tensiones lógicas altas y bajas válidas. El ruido de las señales pequeñas se elimina cuando las señales lógicas pasan por las puertas. Cada salida restablece la señal de entrada a un buen voltaje lógico.

Con los circuitos analógicos, es entre más difícil y prácticamente imposible distinguir el ruido de la señal de interés y rechazar el ruido por completo.

Answer 4

Además de los puntos señalados por las otras respuestas, existe el problema de las capacidades parásitas a altas velocidades de conmutación (la capacitancia normalmente ignorada de los cables y otros componentes). Los cables suelen tener también una ligera resistencia. (¡Un modelo muy simplificado!)

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Al tratarse de una red RC, el resultado es una curva de caída exponencial ( V ~ e^-kt ). Si el receptor fija su umbral muy bajo (cerca de 0V), tendrá que esperar un tiempo considerable para que la tensión de salida caiga lo suficiente como para activar el umbral. Este tiempo puede parecer insignificante, pero para un dispositivo que debe conmutar un millón (incluso mil millones) de veces por segundo, esto es un problema. Una solución es aumentar la tensión "OFF", para evitar la larga cola de la función exponencial.

Answer 5

Porque nada es perfecto y hay que preverlo con un margen de error. Esos números son umbrales. Si el voltaje más bajo posible en tu sistema es 0V y tu umbral es 0V, ¿dónde te deja eso si TODOS tus componentes y cableado no son conductores perfectos (es decir, siempre tienen alguna caída de voltaje) y sin ruido en un entorno sin ruido? Te deja con un sistema que nunca puede emitir 0V de forma fiable, si es que puede hacerlo.