アナログデジタルNAND回路

アナログデジタルNAND回路

function [analog_out, digital_bit1, digital_bit2] = nand_analog_digital(V1, V2, VDD)
% 入力:
% V1: 入力電圧1
% V2: 入力電圧2
% VDD: 電源電圧
%
% 出力:
% analog_out: アナログ出力
% digital_bit1: デジタル出力1 (中間NANDの状態)
% digital_bit2: デジタル出力2 (反転状態)

% 閾値電圧
Vth = VDD / 2;

% 論理NAND動作（デジタルビット）
if (V1 > Vth) && (V2 > Vth)
    digital_bit1 = 0; % 両方が高い場合 -> 0
else
    digital_bit1 = 1; % それ以外 -> 1
end

% デジタル出力2: 反転 (NOT)
digital_bit2 = ~digital_bit1;

% アナログ出力: NAND結果に応じて電源電圧または0V
if digital_bit1 == 1
    analog_out = VDD; % 高い場合 -> VDD
else
    analog_out = 0;   % 低い場合 -> 0V
end
end

Python

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# パラメータ設定
VDD = 5  # 電源電圧 (V)
Vth = 2.5  # 閾値電圧 (V)
k = 10  # ゲイン

# 入力電圧1と入力電圧2
V_in1 = np.linspace(0, 5, 100)
V_in2 = np.linspace(0, 5, 100)

# シグモイド関数を使用した出力計算
def sigmoid(V_in, VDD, Vth, k):
    return VDD / (1 + np.exp(-k * (V_in - Vth)))

# 出力電圧1と出力電圧2
V_out1 = sigmoid(V_in1, VDD, Vth, k)
V_out2 = sigmoid(V_in2, VDD, Vth, k)

# 閾値に基づいて最終出力電圧を決定
def apply_threshold(V_out, Vth, VDD):
    return np.where(V_out > Vth, VDD, 0)

V_final1 = apply_threshold(V_out1, Vth, VDD)
V_final2 = apply_threshold(V_out2, Vth, VDD)

# NAND回路: 出力を決定
V_out = np.logical_not(np.logical_and(V_final1, V_final2))  # NAND回路

# プロット
plt.figure(figsize=(10, 6))

# 入力電圧1と出力電圧1
plt.subplot(2, 1, 1)
plt.plot(V_in1, V_out1, label="V_out1 (Sigmoid)")
plt.plot(V_in1, V_final1, label="V_final1 (Threshold)", linestyle="--")
plt.title("Input Voltage 1 and Output Voltage 1")
plt.xlabel("Input Voltage (V)")
plt.ylabel("Output Voltage (V)")
plt.legend()

# 入力電圧2と出力電圧2
plt.subplot(2, 1, 2)
plt.plot(V_in2, V_out2, label="V_out2 (Sigmoid)")
plt.plot(V_in2, V_final2, label="V_final2 (Threshold)", linestyle="--")
plt.title("Input Voltage 2 and Output Voltage 2")
plt.xlabel("Input Voltage (V)")
plt.ylabel("Output Voltage (V)")
plt.legend()

# 最終出力のプロット
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.plot(V_in1, V_out, label="V_out (NAND output)", color='r')
plt.title("Final NAND Output")
plt.xlabel("Input Voltage (V)")
plt.ylabel("Output Voltage (V)")
plt.legend()

plt.tight_layout()
plt.show()