Logikschaltungen

Logikschaltungen sind elektronische Schaltungen, die digitale Logikfunktionen realisieren. Sie arbeiten mit zwei stabilen Spannungszuständen, standardmäßig 0 und 1, und verwenden logische Gatter wie NOT, AND, OR sowie deren Varianten NAND, NOR, XOR und XNOR. Durch die geschickte Vernetzung dieser Bausteine werden komplexe Funktionen gemäß der Booleschen Algebra umgesetzt.

Sie lassen sich grob in zwei Hauptkategorien einteilen: kombinatorische Logikschaltungen, bei denen das Ausgangssignal ausschließlich von gegenwärtigen Eingaben abhängt, und reihenschaltende (sequenzielle) Logikschaltungen, in denen Zustände über Zeit gespeichert werden, typischerweise mit Flip-Flops, Speichern, Zählern und Registern.

Entwurf und Analyse: Der Designprozess nutzt Boolesche Algebra, Minimierungsmethoden wie Karnaugh-Karten oder das Quine-McCluskey-Verfahren, und schließt die Implementierung in Schaltplänen oder Hardwarebeschreibungssprachen (VHDL, Verilog) ein. Die Zuverlässigkeit hängt von Taktung, Timing und Belastbarkeit ab, sowie von der richtigen Behandlung von Glitches und Rauschen.

Technologien: Logikschaltungen werden in verschiedenen Logikfamilien realisiert, darunter transistor-transistor-Logik (TTL) und CMOS-Logik, die heute am weitesten verbreitete Form. Typische Bauformen umfassen integrierte Schaltkreise, Einzelgatter-Pakete sowie programmierbare Logikbausteine (PLDs, FPGAs).

Anwendungen: Sie bilden das Fundament von Computern, Steuerungs- und Regelungssystemen, digitalen Signalverarbeitungen und eingebetteten Systemen. In der Praxis erfolgen Entwurf, Test und Optimierung häufig im Zusammenspiel von Hard- und Software, einschließlich Simulationstools und Hardwaretests.