NAND – Not AND Gate
In questo articolo voglio mostrarti tutto quello che c’è da sapere sul NAND, ovvero il Not AND Gate, una delle porte logiche fondamentali nel mondo dell’elettronica digitale. Oggi ci concentriamo su come funziona, come si costruisce, e perché è così importante nei circuiti integrati. Se già conosci le basi delle porte logiche, allora vedrai come il NAND può fare praticamente tutto da solo. Sì, oggi impareremo come una singola porta può diventare la base per costruire qualsiasi altro circuito logico.
Che cos’è una porta NAND?
La porta NAND è una combinazione di due operazioni logiche: l’AND seguita da una negazione. In pratica, produce un’uscita LOW (0) solo quando tutte le sue entrate sono HIGH (1). In ogni altro caso, restituisce un’uscita HIGH (1).
Tabella della verità della porta NAND
Simbolo e rappresentazione
Il simbolo della porta NAND è simile a quello della porta AND, con un cerchietto (che rappresenta la negazione) sull’uscita. Nei circuiti logici, quel piccolo cerchio indica sempre un’inversione logica.
Implementazione con transistor (CMOS)
Per capire come funziona davvero una NAND, vediamo il suo schema con transistor CMOS:
- Usiamo due transistor PMOS in parallelo nella parte alta (pull-up network).
- Due transistor NMOS in serie nella parte bassa (pull-down network).
Quando entrambi gli ingressi sono HIGH, gli NMOS conducono e portano l’uscita a 0V (LOW). In ogni altro caso, almeno uno degli NMOS non conduce e i PMOS conducono, portando l’uscita a Vcc (HIGH). Questo è un esempio perfetto di come una logica possa essere fisicamente realizzata con componenti discreti.
Perché la NAND è così importante?
La bellezza della NAND sta nel fatto che è una porta logica universale. Questo significa che puoi costruire qualsiasi altra porta logica solo utilizzando porte NAND:
- NOT: una singola porta NAND con gli ingressi collegati insieme agisce come inverter.
- AND: combina due NAND e ottieni un AND.
- OR, NOR, XOR: tutte ricostruibili con combinazioni di NAND.
Io stesso ho costruito circuiti logici complessi solo con porte NAND, specialmente quando avevo a disposizione un solo tipo di chip, come il classico 7400 TTL, che contiene quattro porte NAND. È affascinante quanto possa essere potente una porta così semplice.
Esempio pratico: Blocco logico di sicurezza
Supponiamo di avere un sistema di sicurezza che richiede due condizioni per far scattare un allarme: una porta deve essere aperta e un sensore deve rilevare movimento. Ma vogliamo che l’allarme NON scatti quando entrambe le condizioni sono vere, per esempio in fase di manutenzione. Ecco dove entra in gioco la NAND: con due ingressi (porta aperta, movimento rilevato), l’uscita sarà HIGH finché entrambe non sono vere. Usiamo quella uscita per controllare un relè di attivazione. In questo modo si crea una logica inversa utile in molte applicazioni industriali.
Oltre a tutto ciò, le porte NAND sono utilizzate nei flip-flop, nei registri, nei contatori e praticamente in qualsiasi circuito digitale complesso. Sono fondamentali anche nei FPGA e nei microcontrollori, dove ogni blocco logico può partire da una rete di NAND interne configurate via HDL.
Domani esploreremo il mondo delle porte NOR e vedremo come anche loro possono essere usate per costruire qualsiasi altro circuito logico, proprio come le NAND. Ti sorprenderà quanto sia simile ma anche diverso il loro comportamento.
