皆さんが、プリミティブを目する機会は少ないと思います。

これは、ロジックセルやアナログIPなどの設計者が、Trレベルで設計した回路を
Verilogシミュレータ用にモデル化する際に用いる基本ゲート、スイッチのことです。

プリミティブには、以下の26種類があります。
主だったものから順に説明します。

なお、以下のリストは、各項目へのリンクにもなっています。
お好みの方法でご覧ください。･･･ﾎﾟﾁｯと

nmos, pmosは、実際のTrと同じ動作をします。

ゲート=Highでnmos TrがOnし、Lowでpmos TrがOnします。
どちらも、TrがOnした状態ではドレインはソースの値を出力し、Offした状態ではHi-Zになります。
簡単ですね。

では、回路図と真理値表にまとめましたので確認してみましょう。

入力値にXやZがあることに気付かれましたか?
ロジックにはないですよね。

なぜ、XやZがあるのでしょう?

理由は簡単。Trレベルの回路には出力ショートがあるからです。
cmos、インバータ、nandなどがその例ですが、
それらはcmosの項で説明します。

では、ゲート(CONTROL)が不定(X)の場合を説明しますね。

不定は、"0 or 1のどちらか"のことなので、
ゲートが不定の場合、ドレイン(OUT)は、
　ソースの値 (DATA) or Hi-Z
ということになります。

従って、そのソースの値が、
　0ならば、ドレインは0 or Hi-Z
　1ならば、ドレインは1 or Hi-Z
　Hi-Zならば、ドレインはHi-Z

さらに、そのソースの値が、
　不定ならば、ドレインは0 or 1 or Hi-Z
ということになります。

ここで、真理値表にある
Lは、0 or Hi-Zのこと。Hは、1 or Hi-Zのことです。
(それぞれ何の略でしょうね? Lower? Higher?)

また、0 or 1 or Hi-Zは、･･･Xです。･･･さすがに。

これで不定の場合の説明は終わりです。

「ちょっと待ってください。simでL, Hなんて値はみたことがないです。」

確かにsimの出力値としてL, Hなんてないですね。
Xです。失礼しました。

ただシミュレータ自体は、LなX。HなX。という情報を持っています。
(後ほど、simで確認します)
これも出力ショートが許されるプリミティブならではです。
ややこしいですね。

最後にゲートがHi-Zの場合ですが、これだけ少しアナログ的です。

Hi-Zって何でしょう?
そう、中間電位です。

中間電位とは、電源の半分。･･･ではなく。中途半端な電位のこと。なので、
nmosのゲートがOnするかもね〜。
pmosがOffするかもね〜。
という電位です。

それって結局、ゲートがLowかもね〜。Highかもね〜。ということなので、
ゲートが"0 or 1のどちらか"という不定と同じ動作になります。

という訳で、simで確かめてみましょう。

テスト回路

テストベンチ
tb_npmos.zip ･･･ﾎﾟﾁｯと

sim結果(ModelSim)
[nmos]

[pmos]

ONTROL=0の時、nmosはHi-Z。pmosはDATAを出力。
CONTROL=1の時、nmosはDATAを出力。pmosはHi-Z。
CONTROL=X(赤) or Z(青)の時、
DATA=0は、StL(Lのこと)
DATA=1は、StH(Hのこと)
DATA=Xは、X。
DATA=Zは、Hi-Z。

真理値表と同じ結果になりました。

いかがでしたか?

なお、ModelSimでStLやStHを表示するには、FormatをLiteralにします。