組成數字系統的基礎邏輯器件

電子發燒友網報道（文/李寧遠）邏輯器件是具有邏輯功能的器件，電路中常見的邏輯門或門電路就屬于基本的邏輯器件。常見的有與門、或門、非門、與非門及或非門等，利用這些門電路可以組成電子計算機所需的各種邏輯功能。

邏輯器件：固定與可編程

將邏輯門互相組合，能夠實現具有復雜邏輯分析能力的各種邏輯器件，固定邏輯器件和可編程邏輯器件就是邏輯器件的兩大分類，固定邏輯器件中的電路是固定的，在制成時它的功能就已經確定且無法改變，一般固定邏輯器件可以完成一種或一組同類的功能。

與之對應，可編程邏輯器件是可以提供多種邏輯能力、特性、速度和電壓特性的標準成品部件，其可編程特性允許其完成多種不同的功能。Signetics和Intersil的PLA是可編程的開始，到后來的PAL、GAL。

這種可編程器件也推動了后來FPGA的產生和應用，FPGA集成度高設計靈活，可多次反復編程的特性現在已經深入人心。

雖然固定邏輯器件只能完成一種或一組同類的功能，靈活度上相對缺乏，但這既是劣勢也是優勢。與犧牲靈活度對應的優勢在這種功能固定的邏輯器件一旦完成前期的開發，可以迅速大批量生產，對很多不需要變更功能的應用來說，固定邏輯器件更為經濟，用量越大成本越劃算。

對可編程邏輯器件來說，靈活度被發揮得淋漓盡致，改變功能只需要簡單地更改編程文件即可。不同的可編程邏輯器件的編程工作復雜程度不一，比如PAL就會比GAL復雜很多?？偟膩砜催@些可編程邏輯器件都相當靈活而且集成度往往很高。

邏輯門分類與升級

基礎的邏輯器件是只能實現基本邏輯關系的邏輯門，也叫門電路。其作用簡單來說，就是通過高、低電平從而實現邏輯運算。高低電平其實就類似于二進制中的0和1?；A的門電路設計為遵循“或”、“與”和“非”這幾種邏輯關系，再由這幾種基礎的邏輯關系構成“與非”等其他邏輯關系。

除了邏輯的不同，邏輯門內部的有源器件也有不同的分類，如單極、雙極和雙極互補型等。不同的邏輯元件會有不同的設計特點，這些特點（包括但不限于輸入電源能耗、速度、封裝、電壓漂移等）會隨著采用CMOS、TTL和ECL的不同而發生變化。

TTL技術已經很成熟，但是功耗大，ECL是數字電路中速度最快的，驅動能力強，抗共模干擾能力也很強，但是功耗很難降低。所以現在常見的都是CMOS邏輯門，成本不高，功耗低，性能也足夠強大。

基本上現在邏輯器件的更新迭代，會著重考慮在速度和功耗上做優化。除非是有些邏輯門的工作電壓要求需要特定的技術來實現，大多數技術路線的邏輯門都會盡可能去實現更低的功耗。

現在電路應用的發展有不斷增加各種功能和不斷縮減尺寸的趨勢，如何選擇最恰當的邏輯器件難度不小。雖然在設計之初就已經知道這些邏輯器件需要具備哪些邏輯功能和電壓范圍，但符合這兩項要求的邏輯器件肯定不在少數。還需要明確該設計對傳播延遲、功耗、輸出驅動強度的要求，以此來綜合判斷選擇哪種邏輯器件最為合適。

小結

各類終端市場功能的增加，對邏輯器件的尺寸、熱性能、電氣特征和成本要求越來越高。如何在更小的尺寸里提供更低的功耗、更好的電氣特性、熱性能是邏輯器件能否在醫療、汽車和工業等應用里幫助終端設備實現新功能的關鍵。