Pourquoi le Digital 0 n'est-il pas 0V dans les systèmes informatiques?

Je suis un cours de conception de systèmes informatiques et mon professeur nous a dit que dans les systèmes numériques, les tensions classiques utilisées pour désigner un 0 numérique et un 1 numérique ont changé au fil des ans.

Apparemment, dans les années 80, 5 V était utilisé comme «haut» et 1 V pour désigner un «bas». De nos jours, un «haut» correspond à 0,75 V et un «bas» aux environs de 0,23 V. Il a ajouté que dans un proche avenir, nous pourrions passer à un système où 0,4 V correspond à un haut et 0,05 V à un minimum.

Il a fait valoir que ces valeurs sont en train de devenir plus petites afin que nous puissions réduire notre consommation d'énergie. Si tel est le cas, pourquoi prenons-nous la peine de régler le niveau bas sur une tension positive? Pourquoi ne pas simplement le régler sur la vraie tension 0 V (neutre des lignes électriques, je suppose)?

Vous confondez la valeur "idéale" avec la plage d'entrée valide.

En logique habituelle, dans des conditions idéales, le zéro logique serait précisément 0V. Cependant, rien n’est parfait dans le monde réel, et une sortie électronique a une certaine tolérance. La tension de sortie réelle dépend de la qualité des fils, du bruit EMI, du courant qu’elle doit alimenter, etc. Pour remédier à ces imperfections, les entrées logiques traitent toute une plage de tension de 0 (ou 1). Voir la photo dans la réponse d'Andy.

Ce que votre conférencier a probablement voulu dire par 0,75V est l’un des points constituant la plage logique du 0.

Notez qu'il existe également une plage vide comprise entre 0 et 1. Si la tension d'entrée chute ici, le circuit d'entrée ne peut pas garantir un fonctionnement correct. Cette zone est donc interdite.

Vous êtes confus. Regardez TTL par exemple: -

Un niveau d'entrée bas est compris entre 0 volt et une petite valeur au dessus de 0 volt (0,8 volt pour le cas de TTL).

Pourquoi prenons-nous la peine de régler le niveau bas sur une tension positive?

Nous prenons la peine de nous assurer que la valeur est inférieure à une certaine valeur.

Photo d' ici .

Il est impossible de produire une signalisation logique à zéro volt vrai. Une certaine tolérance doit être tolérée car le circuit n’est pas infiniment parfait. Dépenser de l'argent en essayant de le rendre infiniment parfait ne serait pas non plus un bon investissement en fonds de conception. Les circuits numériques ont proliféré et se sont développés si rapidement parce qu'ils utilisent un grand nombre de copies des circuits très simples et tolérants que sont les portes logiques.

Les états binaires 1 et 0 sont représentés dans les circuits logiques numériques par des tensions logiques haute et basse tension, respectivement. Les tensions représentant le niveau logique haut et le niveau logique bas tombent dans des plages prédéfinies et convenues au préalable pour la famille logique utilisée.

La capacité de travailler avec des tensions comprises dans ces plages est l’un des principaux avantages des circuits logiques numériques - ce n’est pas un échec. Les entrées de portes logiques peuvent facilement distinguer les hautes et les basses tensions logiques. Les sorties de la porte logique produiront des tensions hautes et basses logiques valides. Un petit bruit de signal est éliminé lorsque les signaux logiques passent à travers les portes. Chaque sortie rétablit le signal d'entrée à une tension logique correcte.

Avec les circuits analogiques, il est plus difficile et pratiquement impossible de distinguer le bruit du signal d’intérêt et de le rejeter complètement.

Outre les points soulevés dans les autres réponses, il y a le problème des capacités parasites à des vitesses de commutation élevées (la capacité généralement ignorée des fils et autres composants). Les fils ont généralement aussi une légère résistance. (Un modèle très simplifié!)

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

S'agissant d'un réseau RC, il en résulte une courbe de décroissance exponentielle (V ~ e ^ -kt). Si le récepteur fixe le seuil très bas (près de 0 V), il devra attendre un temps assez long pour que la chute de tension de sortie soit suffisante pour déclencher le seuil. Cette heure peut sembler insignifiante, mais pour un appareil supposé commuter un million (milliard même) de fois par seconde, c'est un problème. Une solution consiste à augmenter la tension "OFF" pour éviter la longue traînée de la fonction exponentielle.

Parce que rien n'est parfait et que vous devez prévoir cela avec une marge d'erreur. Ces chiffres sont des seuils. Si la tension la plus basse possible dans votre système est 0 V et votre seuil est 0 V, où en êtes-vous si TOUS vos composants et votre câblage ne sont pas des conducteurs parfaits (c.-à-d. Qu'ils ont toujours une chute de tension) et silencieux dans un environnement silencieux? Cela vous laisse avec un système qui ne peut jamais produire une sortie 0V fiable, si même il peut le faire du tout.

Dans un système à 2 rails (généralement des puces alimentées avec une seule tension positive plus la terre), tout commutateur ou dispositif abaissant la capacité de sortie à un niveau de signal bas a une résistance finie et ne peut donc pas commuter un fil de signal à zéro volt en temps fini. (Ignorant les supraconducteurs). Ainsi, on choisit une faible tension réaliste qui répond aux exigences de performance (vitesse de commutation par rapport aux exigences de puissance et à la génération de bruit, etc.)

Cela s'ajoute aux marges nécessaires pour couvrir le bruit de sol (niveaux de tension au sol ou «zéro» différents entre les circuits source et de destination), d'autres sources de bruit, des tolérances, etc.

Contrairement à certaines réponses, je suis presque certain qu’il existait autrefois un seuil de 0V pur. Relais logique! Je ne pense pas que nous voulions y revenir!