Mengapa Digital 0 bukan 0V dalam sistem komputer?

Saya mengambil kursus desain sistem komputer dan profesor saya memberi tahu kami bahwa dalam sistem digital, tegangan konvensional yang digunakan untuk menunjukkan digital 0 dan digital 1 telah berubah selama bertahun-tahun.

Rupanya, di tahun 80-an, 5 V digunakan sebagai 'tinggi' dan 1 V digunakan untuk menunjukkan 'rendah'. Saat ini, 'tinggi' adalah 0,75 V dan 'rendah' ​​adalah sekitar 0,23 V. Dia menambahkan bahwa dalam waktu dekat, kita dapat beralih ke sistem di mana 0,4 V menunjukkan tinggi, dan 0,05 V, rendah.

Dia berpendapat bahwa nilai-nilai ini semakin kecil sehingga kita dapat mengurangi konsumsi daya kita. Jika itu masalahnya, mengapa kita mengambil kesulitan untuk mengatur 'rendah' ​​ke tegangan positif sama sekali? Mengapa kita tidak mengaturnya ke tegangan 0 V (netral dari kabel listrik)?

Anda mengacaukan nilai "ideal" dengan rentang input yang valid.

Dalam logika biasa, dalam kondisi ideal, nol logis akan tepat 0V. Namun, tidak ada yang sempurna di dunia nyata, dan output elektronik memiliki toleransi tertentu. Tegangan output riil tergantung pada kualitas kabel, kebisingan EMI, arus yang dibutuhkan untuk memasok, dll. Untuk mengakomodasi ketidaksempurnaan ini, input logika memperlakukan seluruh rentang tegangan sebagai 0 (atau 1). Lihat gambar dalam jawaban Andy.

Apa yang mungkin dosen Anda maksudkan dengan 0.75V adalah salah satu poin yang membuat kisaran 0 logis.

Perhatikan juga ada rentang kosong antara 0 dan 1. Jika tegangan input turun di sini, sirkuit input tidak dapat menjamin pengoperasian yang benar, sehingga area ini dikatakan terlarang.

Anda semakin bingung. Lihatlah TTL misalnya: -

Level input rendah antara 0 volt dan beberapa nilai kecil di atas 0 volt (0,8 volt untuk kasus TTL).

mengapa kita mengambil kesulitan untuk mengatur 'rendah' ​​ke tegangan positif?

Kami mengambil masalah untuk memastikan itu di bawah nilai kecil tertentu.

Gambar dari sini .

Tidak mungkin menghasilkan pensinyalan logika nol volt yang sebenarnya. Harus ada toleransi yang diperbolehkan, karena sirkuit tidak sempurna sempurna. Menghabiskan uang untuk membuatnya sempurna tanpa akan menjadi investasi dana desain yang baik juga. Sirkuit digital telah berkembang biak dan maju dengan sangat cepat karena menggunakan banyak salinan dari sirkuit yang sangat sederhana dan toleran yang merupakan gerbang logika.

Status biner 1 dan 0 diwakili dalam sirkuit logika digital dengan logika tegangan tinggi dan logika rendah masing-masing. Tegangan mewakili logika tinggi dan logika rendah jatuh ke dalam rentang yang telah ditentukan dan disepakati sebelumnya untuk keluarga logika yang digunakan.

Kemampuan untuk bekerja dengan voltase dalam rentang ini adalah salah satu keunggulan utama sirkuit logika digital - ini bukan kegagalan. Input gerbang logika dapat dengan mudah membedakan antara logika tinggi dan logika tegangan rendah. Output gerbang logika akan menghasilkan logika valid tegangan tinggi dan rendah. Gangguan sinyal kecil dihilangkan ketika sinyal logika melewati gerbang. Setiap output mengembalikan sinyal input ke tegangan logika yang baik.

Dengan sirkuit analog, lebih sulit dan praktis mustahil untuk membedakan noise dari sinyal yang diinginkan dan menolak noise sepenuhnya.

Selain poin yang dibuat oleh jawaban lain, ada masalah kapasitas parasit pada kecepatan switching yang tinggi (kapasitansi kabel yang biasanya diabaikan dan komponen lainnya). Kabel biasanya juga memiliki sedikit perlawanan. (Model yang sangat sederhana!)

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Menjadi jaringan RC, ini menghasilkan kurva falloff eksponensial (V ~ e ^ -kt). Jika penerima menetapkan ambang batasnya sangat rendah (mendekati 0V) maka ia harus menunggu waktu yang cukup untuk penurunan tegangan output yang cukup untuk memicu ambang batas. Waktu ini mungkin tampak tidak signifikan, tetapi untuk perangkat yang seharusnya beralih satu juta (miliar bahkan) kali per detik, ini merupakan masalah. Solusinya adalah dengan meningkatkan tegangan "OFF", untuk menghindari ekor panjang fungsi eksponensial.

Karena tidak ada yang sempurna dan Anda perlu menyediakan ini dengan margin of error. Angka-angka itu adalah ambang batas. Jika tegangan serendah mungkin dalam sistem Anda adalah 0V dan ambang Anda adalah 0V, di mana itu meninggalkan Anda jika SEMUA komponen dan kabel Anda tidak konduktor sempurna (yaitu selalu memiliki beberapa penurunan tegangan) dan bersuara di lingkungan tanpa suara? Ini membuat Anda dengan sistem yang tidak pernah dapat menghasilkan 0V andal, jika bahkan dapat melakukannya sama sekali.

Dalam sistem 2 rel (biasanya chip ditenagai hanya dengan satu voltase positif plus arde), sakelar atau perangkat apa pun yang menarik kapasitansi keluaran ke tingkat sinyal rendah memiliki ketahanan terbatas, sehingga tidak dapat mengalihkan kabel sinyal ke nol Volts dalam waktu yang terbatas. (Mengabaikan superkonduktor). Jadi beberapa ayunan tegangan realistis yang lebih rendah dipilih yang memenuhi persyaratan kinerja (kecepatan switching vs. persyaratan daya dan pembangkit derau, dll.)

Ini merupakan tambahan untuk margin yang diperlukan untuk menutupi kebisingan di tanah (level tegangan ground atau "nol" yang berbeda antara sirkuit sumber dan tujuan), sumber kebisingan lainnya, toleransi, dan lain-lain.

Bertentangan dengan beberapa tanggapan di sini, saya cukup yakin bahwa ada yang namanya 0V rendah pada masa lalu. Relay logika! Saya tidak berpikir kami ingin kembali ke sana!