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2025-01-27T12:36:33Z

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'''Logikpegel''' bezeichnen in der [[Digitaltechnik]] die meist zur Repräsentation der Logikwerte verwendeten [[Elektrische Spannung|elektrischen Spannungen]]. Es kann sich aber auch um andere physikalische Größen handeln (Druckpegel in der [[Pneumatik]], Lichtstrom bei der [[Optoelektronik]]).
[[Datei:Digital Signal Square Wave.svg|mini|230px|Digitalsignal (binär)]]

Bei digitalen, üblicherweise [[Binärcode|binär codierten]] [[Elektrisches Signal|Signalen]] sind zwei Spannungsbereiche erlaubt, die '''''High''-Pegel''' (auch H-Pegel, ''High'', H) bzw. '''''Low''-Pegel''' (L-Pegel, ''Low'', L) genannt werden.

== Pegel ==

In der Digitaltechnik werden Informationen mithilfe elektrischer Spannungen dargestellt. In der Regel sind die Informationen [[Binärcode|binär]] codiert und somit sind auch zwei [[Spannungspegel]] erforderlich, um die Logikwerte zu repräsentieren: der ''High''-Pegel, die höhere Spannung, entspricht meist nahezu der Betriebsspannung; der ''Low''-Pegel als niedrigere Spannung liegt meist nahe bei 0 Volt ([[Masse (Elektronik)|Bezugsmasse]], kurz GND von engl. ''ground''). Die genauen Pegel variieren je nach dem verwendeten Typ von Bausteinen.

Zur Darstellung der beiden Logikwerte dürfen relativ große Pegel''bereiche'' dienen, so können reale [[Digitaltechnik|Logikschaltungen]] die Zustände trotz Toleranzen sicher erkennen und zuordnen. Der Bereich zwischen beiden Eingangs-Pegelbereichen eines Logikgatters, also zwischen VIL und VIH ist nicht zulässig (Verbotener Bereich), die Signalspannung ist dort nicht eindeutig einem Logikwert zuzuordnen (in der Grafik rot). Deshalb wird für ''High''-Pegel ausgangsseitig eine minimale Ausgangsspannung VOH garantiert und eingangsseitig eine minimale Eingangsspannung VIH gefordert. Die Ausgangsspannung VOH ist immer größer als die Eingangsspannung VIH, die Differenz VOH − VIH wird ''statischer Störabstand'' genannt und sorgt für die Betriebssicherheit der Schaltungen. Bei ''Low''-Pegel gibt es entsprechend eine maximale Ausgangsspannung VOL, die maximale Eingangsspannung VIL und den statischen Störabstand VIL − VOL.

Mehrere Einflüsse können dazu führen, dass die Reserve der beiden erlaubten Bereiche bis heran an den verbotenen Bereich ausgeschöpft wird. So ist beispielsweise die Ausgangsspannung eines Gatters abhängig vom Laststrom bzw. der Anzahl der daran angeschlossenen Gattereingänge. Induktive und kapazitive Eigenschaften der Verbindungen sowie externe Störquellen (z. B. durch [[kapazitive Kopplung]]) verfälschen das [[Elektrisches Signal|Signal]] und die verwendeten Bauelemente weisen herstellungsbedingte sowie temperaturabhängige [[Toleranz (Technik)|Toleranzen]] auf. Dispersion in Kabeln und Glasfasern kann zu abgeflachten Signalen führen.

Der Wechsel zwischen den beiden Logikpegeln muss mit einer Mindest-[[Flankensteilheit]] erfolgen, die Phase des Wechsels wird [[Signalflanke]] (in der Grafik blau dargestellt) genannt. 
Sind die Schaltflanken nicht kurz genug oder soll ein sich kontinuierlich änderndes (analoges) Signal in ein digitales umgewandelt werden, kann ein [[Schmitt-Trigger]] benutzt werden.
=== Standardwerte ===

{| class="wikitable"
|+ gängige Logikpegel (alle Angaben in Volt)
|- class="hintergrundfarbe6"
! 
!colspan="2"|Eingang
!colspan="2"|Ausgang
|- class="hintergrundfarbe6"
! Technologie
! Low (VIL)
! High (VIH)
! Low (VOL)
!High (VOH)
|-
!style="text-align:center"| [[Transistor-Transistor-Logik|TTL]] 5 V
| ≤ 0,8
| ≥ 2,0
| ≤ 0,4
| ≥ 2,4
|-
!style="text-align:center"| [[CMOS]] 5 V
| ≤ 1,5
| ≥ 3,5
| ≤ 0,5
| ≥ 4,44
|-
!style="text-align:center"| LVTTL 3,3 V
| ≤ 0,8
| ≥ 2,0
| ≤ 0,4
| ≥ 2,4
|-
!style="text-align:center"| CMOS 2,5 V
| ≤ 0,7
| ≥ 1,7
| ≤ 0,2
| ≥ 2,3
|-
!style="text-align:center"| CMOS 1,8 V
| ≤ 0,7
| ≥ 1,17
| ≤ 0,45
| ≥ 1,2
|-
!style="text-align:center"| [[Emittergekoppelte Logik|ECL]]
| ≤ −1,4
| ≥ −1,2
| ?
| ?

|-
!style="text-align:center"| [[RS-232]](*)
| −15 bis −3
| +3 bis +15
| −15 bis −5<ref name="EIA">[[EIA-232#Pegel|EIA-232]]</ref>
| +5 bis +15<ref name="EIA" />
|-
!style="text-align:center"| [[Langsame störsichere Logik|HTL]] 10…30 V
| ≤ 0,2 × UB
| ≥ 0,6 × UB
| 
| ≈ UB
|-
|colspan="5"| (*) = negative Logik, d. h. low=1, high=0

|}

== Zuordnung zu Logikarten ==
[[Datei:RS232 Oscilloscope Trace K-7E1.svg|alternativtext=low-aktiv (negative Logik) in RS232-Signalisierung|mini|Das Diagramm der RS232-Signalisierung zeigt ein großes „K“, wie es bei der Abtastung mit einem Oszilloskop zu sehen ist. Die Logikpegel der RS232-Signalisierung ist low-aktiv (negative Logik). Die digitalen Daten, die „K“ (0x4b) als 7-Bit-ASCII, werden als „7E1“ mit 1 Startbit, 7 Datenbits, gerader Parität und 1 Stoppbit dargestellt.]]

=== {{Anker|high-aktiv|low-aktiv}}''High''-aktiv und ''Low''-aktiv ===
Insbesondere Signale, die mit ihrem Pegel nicht eine Binär-Ziffer darstellen, sondern einen Zustand anzeigen, werden ''low''-aktiv ''(active low)'' bzw. ''high''-aktiv ''(active high)'' genannt, je nachdem, ob ein ''Low''- oder ''High''-Pegel das Vorhandensein des Zustands bezeichnet. Letzteres wird selten gebraucht, da dies bei fehlender Bezeichnung der Normalzustand ist. Prinzipiell entsprechen sich ''negative'' Logik und ''low''-aktiv bzw. ''positive'' Logik und ''high''-aktiv.

Bezeichnungen ''low''-aktiver Signale werden üblicherweise mit einer Überstreichung versehen. Alternativ werden Sternchen oder Schrägstriche vorangestellt oder angefügt. Die Schreibweisen <code>{{Oberstrich|BSP}}</code>, <code>*BSP</code> sowie <code>/BSP</code> sollen alle andeuten, dass das Signal BSP low-aktiv ist.

Diese Kennzeichnung als ''low''-aktiv oder ''high''-aktiv ist abhängig von der Benennung. So wäre beispielsweise die Benennung eines Steuereinganges mit ''{{Oberstrich|ENA}}'' (von ''enable'' = Aktivierung, wenn ''low'') äquivalent zum Namen ''DIS'' (von disable = inaktiv, wenn ''high''); funktional bestünde kein Unterschied zwischen beiden Varianten.

=== {{Anker|positive Logik|negative Logik}}Positive und negative Logik ===
In der sogenannten positiven Logik [[Kodierung|kodiert]] der ''High''-Pegel den Binärwert 1 und der ''Low''-Pegel den Binärwert 0, in negativer Logik stellt der ''High''-Pegel die 0 und der ''Low''-Pegel die 1 dar.

Bestimmte Anwendungen verwenden eine negative Logik. Dies gilt beispielsweise für die Sende- und Empfangsleitung bei der [[V.24]]- oder [[RS-232]]-Schnittstelle, ebenso ist bei der [[IEC-625]]-Schnittstelle das gesamte [[Handshake]] als negative Logik ausgeführt.

Positive und negative Logik bilden lediglich eine [[Notation]] in der Digitaltechnik. Wird ein Signal statt in positiver Logik neu in negativer Logik interpretiert (oder umgekehrt), so entspricht dies einer [[Negation#Logik|Negation]] an allen betroffenen Ein- und Ausgängen.
Wenn beispielsweise ein [[Und-Gatter]] für positive Logik, mit den Eingängen A, B und dem Ausgang Y und der Funktion
: <math>Y = A \wedge B</math>
in einer Umgebung mit negativer Logik eingesetzt wird, ergibt sich durch Negation von A, B und Y und anschließender Umformung mit den [[De Morgansche Gesetze|Gesetzen von De Morgan]]
: <math>Y = \overline{\overline{A} \wedge \overline{B}}
= \overline{\overline{A}} \vee \overline{\overline{B}}
= A \vee B
</math>
Ein UND-Gatter für positive Logik wirkt somit als [[Oder-Gatter]] für negative Logik. (Siehe auch: [[Wired-AND]], [[Wired-OR]])

== Literatur ==
* [[JEDEC Solid State Technology Association|JEDEC]]/[[Electronic Industries Alliance|EIA]]: ''JESD8-C.01: Interface Standard for Nominal 3 V/3.3 V Supply Digital Integrated Circuits''. EIA, o. O. 2007. (englisch, Standard für LVTTL 3,3V)
* JEDEC/EIA: ''JESD8-5A.01: 2.5V ± 0.2V (Normal Range), and 1.8V to 2.7V (Wide Range) Power Supply Voltage and Interface Standard for Nonterminated Digital Integrated Circuit''. EIA, o. O. 2007. (englisch, Standard für CMOS 2,5V)
* JEDEC/EIA: ''JESD8-7A: 1.8V ± 0.15V (Normal Range), and 1.2V - 1.95V (Wide Range) Power Supply Voltage and Interface Standard for Nonterminated Digital Integrated Circuit''. EIA, o. O. 2006. (englisch, Standard für CMOS 1,8V)

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Digitaltechnik]]

Logikpegel - Versionsgeschichte

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