sistemecu circuiteintegrate digitale - utcluj.robistabilul–circuit digital cu douastaristabile,...

Sisteme cu Circuite Integrate Digitale

Circuite de generare si prelucrare a impulsurilor

Prof. dr. ing. Sorin Hintea

Departamentul Bazele Electronicii

Obiective

Sisteme cu circuite integrate digitale - Circuite de generare si prelucrare a impulsurilor

Cunoasterea si familiarizarea cu circuitele generatoare de impulsuri

Familiarizarea cu conceptele legate de circuitele generatoare de impulsuri

Terminologie

Retele RC

Familiarizarea cu clase de circuite generatoare de impulsuri

Circuite monostabile

Circuite astabile

Oscilatoare in inel

Dezvoltarea cunostintelor necesare pentru putea implementa circuite generatoare de

impulsuri

Studiul unor exemple de circuite generatoare de impulsuri

Cuprins


Definitii

Retele RC

Circuite monostabile

functionare

implementare

Circuite astabile

functionare

implementare

Oscilatoare in inel


Circuite generatoare de impulsuri - Definitii

Circuite bistabile, monostabile si astabile

Bistabilul – circuit digital cu doua stari stabile, trecerea dintr-o stare in alta se

face numai la comanda exterioara

Monostabilul – circuit digital cu o stare stabila si una instabila. Circuitul iese

din starea stabila numai ca urmare a unei comenzi exterioare, dupa care revine in

starea initiala in functie de o constanta de timp (data de un circuit RC).

Astabilul – circuit digital care nu are nicio stare stabila, trece singur dintr-o

stare in alta si inapoi, functie de o constanta de timp (data de un circuit RC).

Aplicatii de temporizare

Terminologie:


Retele RC – incarcarea si descarcare unui condensator

Circuitul integrator – rejecteaza frecvente inalte

outin ViRV

dt

dVC

dt

dQi out

outout

in Vdt

dVRCV

outoutin V

dt

dVV

dtVV

V

dt

dV

inout

inout

1

inout VV τ mic“slow electronics”

τ mare“fast electronics”

RC



Circuitul derivator – rejecteaza frecvente joase

outin VC

QV

dt

dV

dt

dQ

Cdt

dV outin 1

R

vi

dt

dQ

dt

dV

RC

V

dt

dV outoutin

dt

dVV

dt

dV outout

in

inout

inout

VVdt

dV

dt

dV

dt

dVV in

out τ mic“fast electronics”

τ mare“slow electronics”

RC



Timpul de incarcare a unui condensator

RC

RC

t

SC eVV 1

R

Vi SC


Circuite Monostabile - functionare

Circuitele monostabile (circuite multivibratoare) genereaza ca raspuns la o comanda

externa impulsuri de iesire cu durata stabilita de o constanta de timp,

Functionarea circuitelor monostabile:

Circuitul se afla in starea stabila ‘0’

Circuitul iese din starea stabila ca urmare a unui impuls de comanda (de

exemplu ca urmare a apasarii unui buton);

Impulsul generat la iesire are durata stabilita de o constanta de timp (de

exemplu a unui circuit RC)


Circuite Monostabile - functionare

Exista doua tipuri principale de monostabile:

retrigerabile – QR

neretrigerabile – QNR

Daca tipul monostabilului nu este specificat, se considera implicit neretrigerabil

t

t

tτ t1<τ

τ

t2>τ

trigger

input

QR

QNR

Accepta comanda

retrigerabil

Ignora comanda

neretrigerabil


Circuite Monostabile – implementarea cu porti SI-NU

Conditii initiale: CT descarcat, V1 = ‘0’

Intrarea U2: ‘0’ Q = ‘1’ T: “11” Iesirea U1: ‘0’

Butonul genereaza un impuls de triggerare

T: “10” Iesirea U1: ‘1’ Capacitatea se incarca V1 = ‘1’

Capacitatea se descrca exponential, cu constanta de timp τ=RTCT

V1 = ‘0’ Q = ‘1’ T: “11” Iesirea U1: ‘0’


Circuite Monostabile – implementarea cu inversoare

Conditii initiale: T = ‘1’, CT descarcat

V1 = ‘0’ Q = ‘1’

Butonul genereaza un impuls de triggerare

T = ‘0’ Iesirea U1: ‘1’ D – conductie CT se incarca

V1 = ‘1’ Q = ‘1’ stare de metastabilitate, dureaza pana T = ‘0’

T = ‘1’ Iesirea U1: ‘0’ D – blocata CT se descarca, cu constanta

de timp τ=RTCT V1 = ‘0’ Q = ‘1’


Circuite Astabile - functionare

Circuitele multivibratoare astabile functioneaza ca si oscilatoare intre doua stari

LOW si HIGH

Functionarea circuitelor astabile:

Circuitul nu are stari stabile sau metastabile

Starea se schimba periodic din LOW in HIGH si invers

O stare are durata stabilita de o contanta de timp (de exemplu a unui circuit RC)

Aplicatii: generator de tact, temporizare


Circuite Astabile – implementare cu Trigger Schmitt

Conditii initiale: Q = ‘1’ CT se incarca V1 = ‘1’

V1 = ‘1’ Q = ‘0’ CT se descarca V1 = ‘0’

V1 = ‘0’ Q = ‘1’ CT se incarca V1 = ‘1’

τt

Q

τt

CT

RT

V1

V1

De ce este necesar inversorul Trigger Schmitt?



Inversorul – intrari lent variabile Mecanismul de inversiune

Comutatia are loc cu absorbtie de curent de la alimentare si translateaza pragul de

comutatie, astfel incat provoaca o noua comutatie

Trnazitiile lente la intrare cauzeaza oscilatii la iesire



Inversorul – zgomot la intrare Mecanismul de inversiune

Din cauza zgomotului, semnalul de intrare parcurge pragul de comutatie de mai

multe ori provocand comutatii multiple

Zgomotul la intrare cauzeaza oscilatii la iesire

vI

vI vO

t

t

vO



Problema: tranzitii lente la intrare

Solutia: comutatie mai rapida

Problema: zgomot la intrare

Solutia: 2 praguri de comutatie

Inversorul Trigger Schmitt

vO

vI

vOH

vOL

vIL vIH

Carcateristica cu histerezis

VIN creste, VOUT = VOH pana VIN > VTH iar apoi VOUT = VOL

VIN scade, VOUT = VOL pana VIN < VTL iar apoi VOUT = VOH



RC

t

CCCC eVVVtV

)]0()([)()(

Calculul frecventei

T1 – the output is ‘HIGH’

T2 – the output is ‘LOW’

21

1

TTf

Expresia generala pentru incarcarea unui

condensator

calculul

perioadei T1

calculul

perioadei T2

PHRC

T

PLDDDDC VeVVVTV

1

][)( 1

PHDD

PLDD

VV

VVRCT

ln1

PLRC

T

PHC VeVTV

1

]0[0)( 2

PL

PH

V

VRCT ln2


Circuite Astabile – implementare cu porti SI-NU

Conditii initiale: C descarcat , Q = ‘1’ V2 = ‘0’

C se incarca cu constanta de timp τ=R2C V3 scade V1 = ‘0’

V2 = ‘1’ Q = ‘0’

C se descarca prin rezistenta R1

C se incarca in sens invers cu constanta de timp τ=R2C V3 creste

V1 = ‘1’ V2 = ‘0’ Q = ‘1’

Constanta de timp a astabilului: τ = 2.2R2C


Circuite Astabile – implementare cu porti SI-NU

Simulation results for the 2

NAND gates generator

a) Node V1

b) Node V2

c) Output V3


Oscilatoare in inel

Circuite astabile implementate numai cu porti inversoare

Numar impar de inversoare, fara retea RC

Functioneaza pe baza timpului de propagare prin inversoare


Oscilatoare in inel

Oscilatoarele in inel sunt folosite pentru a determina parametrii de timp pentru noile

tehnologii

Frecventa oscilatiei este:

f = 1 / (2n tp)

Unde n este numarul etajelor (inversoarelor) , iar tp este intarzierea

datorata fiecarui element (aici inversor).

Conditia pentru oscilatie : 2n tp >> tH L+ tLH


Bibliografie

Rabaey J.M., Chandrakasan A., Nikolic B. Digital Integrated Circuits. A design perspective.

Prentice Hall, 2003.

Weste N.H.E, Harris D. CMOS VLSI Design. A Circuits and Systems Perspective. Pearson

Addison Wesley, 2005. http://www3.hmc.edu/~harris/cmosvlsi/4e/

http://www.electronics-tutorials.ws/sequential/seq_3.html

http://www.ti.com/lit/an/scea046/scea046.pdf

H. Kaeslin, “Digital Integrated Circuit Design From VLSI Architecture to CMOS Fabrication”,

Cambridge University Press, 2008.

Ercegovac, M., Lang T., Moreno J. Introduction to Digital Systems. John Wiley &Sons Inc,

New-York, 1999

Sorin Hintea, Mihaela Cirlugea, Lelia Festila. Circuite Integrate Digitale. Editura UT Press,

Cluj-Napoca, 2005

Sorin Hintea. Tehnici de proiectare a circuitelor digitale VLSI. Casa Cartii de Stiinta. Cluj-

Napoca, 1998

sistemecu circuiteintegrate digitale - utcluj.robistabilul–circuit digital cu douastaristabile,...

Documents