问题

“与门”电路图有3个输入和3个接地,符号中却只有2输入1输出。省略?优化?

回答
你提到的这个情况,一个“与门”(AND gate)电路图有三个输入但符号上却显示两个输入,并且还提到了“三个接地”,这确实是个比较有意思的现象,需要我们来好好梳理一下。

首先,我们要明确“与门”的基本概念。一个标准的“与门”是基本的逻辑运算单元,它的功能是:当且仅当所有输入都为高电平(逻辑1)时,输出才为高电平(逻辑1);只要有一个输入为低电平(逻辑0),输出就为低电平(逻辑0)。所以,它的输出是所有输入的逻辑“与”的结果。

你提到的“3个输入”,意味着我们期望看到一个接受三个信号并进行逻辑与运算的门电路。比如,如果用布尔表达式表示,就是 `Y = A AND B AND C`。

现在我们来分析你遇到的情况:

1. 符号上只有2输入1输出,却有3个输入?

这通常意味着几种可能性,我们需要根据具体电路图的上下文来判断:

简化的表示法(最常见情况): 在很多逻辑图纸或原理图中,为了节省空间或突出重点,会将多个同类逻辑门串联起来,但只画出第一个门的输入端和最后一个门的输出端。
具体场景设想: 假设你的图是一个更复杂的集成电路内部逻辑示意图,或者是一个需要多个级联才能实现的更大逻辑功能。比如,你看到的可能是这样的逻辑:`Y = (A AND B) AND C`。
在这个例子中,我们可以先用一个2输入与门实现 `X = A AND B`。
然后,再用另一个2输入与门,将 `X` 和 `C` 作为输入,得到最终输出 `Y = X AND C`。
如果绘制者为了简洁,可能就只画出了 `A` 和 `B` 作为第一个2输入与门的输入,而隐去了第一个与门(`X`)的输出作为第二个与门输入的过程,直接在第二个与门处显示了 `C` 的输入。但如果只有一个2输入与门的符号,而图纸上明确标注或暗示有三个逻辑信号输入到这个“与门”的功能块,那么很可能这个符号代表的是一个实现3输入与运算的逻辑单元,但其内部实现是通过级联2输入与门完成的,并且图上只画出了其核心的(或者说是第一个)2输入部分作为示意。
另一种可能是,这个“与门”符号其实是一个通用型的门电路符号,它代表的是“与”的功能,但具体的输入数量在实际的实例化(也就是在PCB上焊接的芯片或者FPGA的配置)时才被确定为3个。设计工具在生成示意图时,可能会默认使用一个通用的2输入门符号来表示一个逻辑功能块,而实际的连接(包括第三个输入)则在后面的布局布线阶段或实际电路中体现。
功能复用或扩展: 有时候,一个器件(如一个逻辑芯片中的一部分)可能本身就包含了多个逻辑门。如果一个芯片有多个2输入与门,设计者可能只画出了其中一个2输入与门的部分来代表一个更复杂的逻辑结构。但如果是“省略”了,那应该是前面提到的级联情况。
误读或图纸错误: 当然,也不能完全排除图纸本身存在错误,或者你对图纸的理解有偏差的可能性。仔细检查图中的连接线和旁边的文字标注非常重要。

2. 三个接地?

“接地”(Ground,GND)在数字电路中通常有两种含义:

逻辑低电平的参考点: 这是最常见的含义。所有的逻辑信号都是相对于地电位来确定的。所以,将输入端接地意味着该输入端被固定为逻辑0。
你提到的“3个接地”输入,意味着这三个输入端都被强制设置为逻辑0。
如果是一个标准的与门,任何一个输入为0,输出就为0。所以,如果三个输入都被强制接地(为0),那么无论其他可能的输入是什么(如果有的话),这个与门的输出都必然是0。
这可能是在做测试、调试,或者某个特定功能下的失效模式模拟。 例如,在电路测试阶段,为了验证某个模块的输入是否会影响整体输出,可能会将某些输入强行接地或接高。
也可能是一种冗余或安全措施。 在某些关键应用中,为了确保某个功能(比如一个安全锁)在特定条件下被强制关闭,可能会将控制输入接地。
电源地(Power Ground): 在一些模拟电路或混合信号电路中,会有专门的电源地和信号地,需要严格区分。但在纯数字逻辑的“与门”示意图中,提到“接地”通常就是指的逻辑低电平。
特殊的输入配置: 在某些特定的数字芯片或IP核中,可能会有预设的输入端口,它们可以被配置为输入、输出、或者接地等状态。如果图纸显示将这三个输入端连接到地,那就是明确的配置。

综合以上分析,我倾向于认为你遇到的情况是:

这个电路图是在示意一个逻辑功能块,这个功能块实现了3个输入的逻辑“与”运算。但是,由于图示的简化或者标准化的绘制风格,它可能只画出了一个2输入的与门符号作为代表,而实际的3输入逻辑(可能通过级联2输入门实现)是通过其他方式连接或暗示的。

而“3个接地”的输入,则是在描述当前电路工作时的具体状态,即这三个输入端都被设定为逻辑0。在这样的状态下,与门的输出必然是0。这可能是为了测试某个功能、设置某个安全状态,或者只是电路设计中的一个特定工作点示意。

“省略”与“优化”的探讨:

省略: 如果是上面说的级联实现,那么省略了中间的连接和第一个与门的输出端,确实是一种省略。这种省略是为了让图面更简洁,突出整体逻辑功能,而不是关注具体的实现细节。尤其是在高层逻辑设计中,我们更关心的是“什么逻辑在做什么事情”,而不是“它用了几个2输入门”。
优化: 如果是说“优化”,那可能不是指符号本身的优化(符号是固定的),而是指设计上的一种优化。 例如,如果一个3输入与门在实际的FPGA或ASIC库中更有效率地实现(比如通过一个原生的3输入与门逻辑单元),那么设计工具可能会将其渲染成一个3输入的符号。但你看到的2输入符号,如果是在一个复杂的电路中,它更可能是在表达一种组合逻辑的逻辑关系,而其具体实现(是否是多个2输入门级联,还是芯片本身支持3输入门)则由后续的综合或具体器件决定。

如何进一步确认?

要准确理解这个电路图,你需要关注以下几点:

1. 图纸的整体布局和上下文: 这个符号是整个电路图的一部分,还是一个独立的模块示意?它旁边是否有文字说明?
2. 其他连接: 除了这三个被接地的输入,是否有其他信号连接到这个“与门”的剩余输入端?如果它真的是一个2输入的门,而图上又画了3个输入,那说明图示本身就存在矛盾,需要寻找解释。
3. 所属文档的类型: 是原理图、用户手册示意图、还是某个EDA工具生成的网表简化图?不同的文档类型,对简化的程度和表达方式有不同的约定。

总而言之,你遇到的情况很可能是在一个高层逻辑示意图中,用一个简化的2输入与门符号来代表一个实现了3输入与运算的功能块,并且在当前工作状态下,将该功能的三个输入端都强制设置为低电平。这是一种常见的在图纸设计中为了清晰和简洁而采用的表达方式。

网友意见

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俺觉得其他作者的回答已经很好了。

俺补充点图罢。



“与门”电路图有3个输入和3个接地,符号中却只有2输入1输出。省略?优化?

扇入系数是指门电路允许的输入端数目。

一般门电路的扇入系数为1~5,最多不超过8。


       https://www.intel.com/content/www/us/en/programmable/quartushelp/13.0/mergedProjects/reference/glossary/def_fan.htm     



DIODE AND GATE


*** 用 1N4148 实验



BJT (分立)

*** 用 2N3904 或者 SS9013 实验




TTL


***




CMOS


*** 用 CD4007 实验



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与门符号仅仅是一种抽象,表达输入和输出之间的数学关系。哪怕不用电路也可以实现与门,如果你看过《三体》第一部,就明白我指的是什么。

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