Por que existe ativo baixo?

Na minha carreira, frequentemente encontro sinais ativos baixos (Reset é o mais comum). Eu já vi interfaces em que todos os sinais de controle são ativamente baixos.

Para mim, isso é muito pouco intuitivo e confuso. Por que existe a necessidade de usar ativamente baixo? É meramente histórico ou há preocupações reais de contagem / potência de portão que explicam isso?

Em projetos digitais históricos, sinais baixos ativos seriam usados ​​sempre que seu uso permitisse reduzir o número de portas em um projeto e, assim, reduzir o custo do circuito. Eu posso imaginar que era ainda mais comum em projetos de CI do que em lógica discreta, porque toda a lógica era essencialmente construída a partir de portas invertidas (NAND), mas não tenho experiência pessoal nessa área.

Hoje, esse nível de otimização raramente é necessário, ou pelo menos é feito automaticamente por ferramentas de síntese, para que seja transparente ao designer. Como você notou, existem apenas alguns casos em que sinais baixos ativos ainda são vistos com muita frequência.

Uma vantagem de um sinal baixo ativo para funções como reset e interrupções é muito fácil criar lógica "OR com fio" para um sinal baixo ativo simplesmente usando saídas de coletor aberto .

Ou seja, se houver vários circuitos diferentes que precisem causar um reset ou uma interrupção, cada um deles pode simplesmente ter uma saída de coletor aberto ligada ao fio ~ RESET ou ~ INT. Então, qualquer um deles pode puxar a linha para baixo e causar a resposta apropriada sem a necessidade de qualquer lógica adicional para combinar os sinais.

Em famílias lógicas como TTL, um terminal aberto é interpretado como Alto, pois depende da lógica atual de afundamento para detectar uma entrada lógica zero.

Projetar um pino ativo baixo garante que ele funcione se e somente se um estado lógico intencional for aplicado, ou seja. para evitar uma condição de entrada flutuante ambígua.

Além disso, um caso especial de RESET foi respondido nesta pergunta.

A principal vantagem da baixa ativa é segurança .

É amplamente utilizado no mundo de C&I em situações em que um sinal perdido seria devastador . Um exemplo seria o nível de água de uma caldeira baixo, outro seria uma parada de emergência, outro seria baixa pressão de combustível. Se um desses eventos ocorrer, a máquina deverá ser parada.

Se o sistema usasse alto ativo e o instrumento quebrasse ou um cabo de sinal estivesse danificado, o controlador nunca saberia que havia um problema. Se o sistema usar baixo ativo e o instrumento quebrou ou um cabo de sinal foi danificado, o sistema responderia da mesma maneira que faria com o instrumento sendo ativado.

Sinais baixos ativos são mais tolerantes a ruídos em algumas famílias lógicas, especialmente no antigo TTL.

Um sinal TTL alto deve ter pelo menos 2,8 V de saída e pode ser tão baixo quanto 2,0 V de entrada. Isso deixa margem de 0,8 V para queda de tensão e ruído. E um resistor pullup à fonte de 5V pode ser adicionado para obter margem adicional.

Um sinal TTL baixo não deve ter mais que 0,4V de saída e pode chegar a 0,8V de entrada. Isso deixa apenas 0,4V de margem para queda de tensão e ruído.

Você pode usar qualquer nível para representar qualquer estado lógico. Mas faz sentido escolher o nível mais tolerante a ruído para o estado em que o sinal passará mais tempo.

Muitos sinais passam quase todo o tempo inativos. Portanto, é aconselhável usar o baixo nível propenso a ruído para representar o estado ativo que ocorre com pouca frequência e o mais alto nível imune a ruído para representar o estado inativo que ocorre com frequência.

Os sinais lógicos têm dois estados. Qual deles você considera ativado ou desativado, ou usa para se comunicar ativamente ou desativadamente, é totalmente de sua responsabilidade. Não há nada mais certo em estar alto ou verdadeiro do que baixo.

O fato de não ser intuitivo para você é irrelevante ao projetar um sistema. Você pode pensar que alto deve indicar verdade, mas pode ser completamente o contrário para outra pessoa. Bons engenheiros tentam fazer o que faz sentido, não se prender a pontos religiosos. Às vezes, isso não importa, então você escolhe qual é a sua preferência. Às vezes isso importa.

Por exemplo, como é conveniente ter circuitos que precisam se comunicar compartilham uma rede comum que geralmente chamamos de terra, e a maioria dos circuitos lógicos evoluiu para exigir um suprimento positivo (pense bem, poderia ser o contrário). , os sinais lógicos geralmente estarão no nível do solo ou no fornecimento positivo. Digamos que você precise acionar uma entrada digital a partir de um botão normalmente aberto. Especialmente se esse botão estiver montado fisicamente não no circuito, é conveniente amarrar um lado do botão no chão. Isso significa que o outro lado será levado ao chão quando o botão for pressionado. Isso cria inerentemente lógica negativa, significando que um baixo indica pressionado e um alto (com uma tração passiva) significa liberado. Seria tolo adicionar um inversor apenas por razões religiosas, se essa linha fosse para um microcontrolador. O firmware do micro pode lidar com qualquer polaridade representando pressionada; portanto, além de saturar uma superstição, o inversor seria apenas um desperdício de espaço, energia e custo.