로직 IC의 종류 – Inverter, Buffer, AND/NAND 등

디지털 회로의 기본, 로직 IC를 정확히 이해하자

디지털 회로를 구성하는 가장 기본적인 단위는 0과 1로 정보를 표현하는 논리(Logical) 동작입니다.
이 논리 연산을 실제 회로에서 구현하기 위해 사용하는 부품이 바로 로직 IC(Logic Integrated Circuit)입니다.

로직 IC는 단순한 신호 반전부터 다수의 입력을 비교해 출력하는 복잡한 연산까지 수행하며,
모든 마이크로프로세서, 메모리, 제어 회로의 내부에도 기본적으로 포함돼 있는 디지털 회로의 핵심 요소입니다.

이번 글에서는 로직 IC의 종류별 특징과 동작 방식, 그리고 실제 회로에서 각각이 어떻게 활용되는지를 구체적으로 설명해드리겠습니다.

 

 

Inverter – 가장 기본적인 반전 회로

Inverter는 입력이 1이면 출력이 0, 입력이 0이면 출력이 1이 되는 가장 단순한 로직 소자입니다.
흔히 NOT 게이트라고도 불리며, 디지털 회로에서 필수적인 반전 동작을 수행합니다.

• 논리식: Y = ¬A
• 예시: A = 0 → Y = 1 / A = 1 → Y = 0
• 사용처: 클럭 반전, 제어 신호 반대 출력, 초기화 신호 생성 등

Inverter는 단순하지만 매우 중요한 역할을 하며, 고속 회로나 타이밍 회로의 논리 조율에 반드시 필요합니다.

 

 

Buffer – 신호를 그대로 통과시키는 안정 장치

Buffer는 입력 신호를 그대로 출력하지만, 신호의 전류를 증폭하거나 전기적 특성을 안정화하는 역할을 합니다.
즉, 논리적으로는 아무 변화가 없지만, 신호의 강도를 보존하거나 출력 용량을 증가시키는 데 사용됩니다.

• 논리식: Y = A
• 사용처: 팬아웃(Fan-out) 대응, 회로 분리, 고속 전송 안정화 등
• 대표 IC: 74HC244 (Octal Buffer), 74HC125 (Tri-state Buffer)

버퍼는 실무에서 매우 많이 사용되며, 연결된 회로 간의 간섭을 줄이고 신호 무결성을 높이는 핵심 부품입니다.

 

 

AND 게이트 – 모든 입력이 1일 때만 1 출력

AND 게이트는 여러 입력값이 모두 1일 때만 출력이 1이 되는 논리 곱 연산기입니다.

• 논리식: Y = A · B
• 예시: A=1, B=1 → Y=1 / A=1, B=0 → Y=0
• 사용처: 조건이 모두 충족됐을 때 특정 동작 허용, 인터럽트 판단 등

특히 시스템 제어 회로나 센서 입력 병합 등에 자주 쓰이며,
동시 조건 판단을 위한 회로 설계에서 반드시 필요한 요소입니다.

 

 

OR 게이트 – 하나라도 1이면 1 출력

OR 게이트는 입력값 중 하나라도 1이면 출력이 1이 되는 논리합 연산기입니다.

• 논리식: Y = A + B
• 예시: A=0, B=1 → Y=1 / A=0, B=0 → Y=0
• 사용처: 다중 조건 중 하나 이상 충족 시 동작, 예외 처리 회로 등

OR 게이트는 여러 입력 중 어느 하나라도 조건이 맞으면 동작하게 만들 때 유용합니다.

 

 

NAND – AND의 반전형, 실무에서 가장 널리 쓰이는 게이트

NAND 게이트는 AND의 결과를 NOT으로 반전한 형태로, 모든 입력이 1일 때만 0, 그 외에는 모두 1을 출력합니다.

• 논리식: Y = ¬(A · B)
• 특징: 모든 논리 연산을 NAND 만으로 구성 가능
• 사용처: 트리거 회로, 메모리 셀 구조, 기본 연산 블록

특히 NAND는 회로 구현이 간단하고 안정적이어서 대부분의 논리 연산 회로에서 핵심 블록으로 사용됩니다.
현대의 플래시 메모리도 이 NAND 게이트를 기반으로 구성됩니다.

 

 

NOR – OR의 반전형, 제어 회로에 자주 사용

NOR 게이트는 OR의 반대 동작을 하며, 모든 입력이 0일 때만 출력이 1입니다.

• 논리식: Y = ¬(A + B)
• 특징: 단일 게이트로 NOT, OR, AND 구현 가능
• 사용처: 초기화 조건 감지, 대기 상태 판별 회로

NOR 역시 NAND와 마찬가지로 모든 논리 연산을 구성할 수 있는 완전 게이트이며,
단순한 조건을 역으로 감지해야 하는 회로에서 유용하게 사용됩니다.

 

 

XOR – 입력이 다를 때만 1 출력

XOR(Exclusive OR) 게이트는 두 입력이 다를 때만 출력이 1이 되는 특수한 게이트입니다.

• 논리식: Y = A ⊕ B
• 예시: A=1, B=0 → Y=1 / A=1, B=1 → Y=0
• 사용처: 패리티 검사, 데이터 비교, 조건 반전 등

XOR은 단순히 비교가 아닌 상태가 다를 때 동작해야 할 경우에 매우 효과적이며,
디지털 회로나 프로토콜 설계에서 빈번하게 등장하는 논리 구조입니다.

 

 

로직 게이트 IC 패키지는 어떻게 구성되어 있을까?

실제 IC는 보통 8핀, 14핀, 16핀 등 다양한 DIP 또는 SMD 패키지로 제공되며,
하나의 패키지에 여러 개의 동일한 게이트가 포함되어 있습니다.

예를 들어:

• 74HC04 → 6개의 Inverter
• 74HC00 → 4개의 2입력 NAND
• 74LS32 → 4개의 2입력 OR 게이트

이러한 표준 IC 시리즈는 회로 설계자가 다양한 조합의 논리 회로를 쉽게 구성할 수 있게 도와주는 모듈형 부품입니다.

 

 

로직 IC는 단순히 논리 연산만 하는 게 아니다

로직 IC는 단순히 입력 → 출력만 처리하는 게 아니라, 디지털 시스템 전체의 흐름을 제어합니다.

• 동기 제어 → 클럭 신호 조합
• 트리거 → 조건에 따라 상태 전환
• 인에이블 → 회로의 ON/OFF 조절

즉, 로직 IC는 회로의 ‘두뇌’ 역할은 아니지만, 그 두뇌의 손발이 되어 전체 동작을 조율하는 중요한 부품입니다.

 

 

로직 IC를 정확히 이해하면 회로의 의도가 보인다

로직 IC는 디지털 회로의 핵심 언어입니다.
AND, OR, NOT 같은 기본 연산이 실제로 어떤 부품으로 구성되고, 어떤 동작을 만드는지를 이해하면,
복잡해 보이는 디지털 회로도 직관적으로 해석할 수 있게 됩니다.

기초적이지만 가장 자주 쓰이고, 실수도 자주 발생하는 부분이기 때문에,
이러한 기본 게이트들의 역할과 차이를 정확히 알고 응용하는 것이 실력 있는 설계자의 첫걸음입니다.