Elecronică analogică și digitală

Cursul 1

Reprezentarea digitala

Porti logice elementare

Algebra Booleana

Reprezentarea Digitală

- Elemente de algebră şi elemente de logică, corelate cu tipurile uzuale de circuite logice TTL (circuite integrate Small Scale Integration - porţi, bistabile, etc., cât şi circuite integrate Medium Scale Integration - registre, multiplexoare, decodificatoare, etc.).

- În reprezentarea digitală pentru exprimarea cantitativă a informaţiei se folosesc semnale electrice care pot avea doar două niveluri de tensiune: un nivel coborât şi un nivel ridicat. Pentru că algebra care se ocupă cu operaţiile în sistemul binar se mai numeşte şi algebră logică, cele două niveluri de tensiune se mai numesc “0 logic” şi “1 logic”.

- În limbaj tehnic ne vom referi la aceste două valori cu noţiunea de “bit” (binary digit).

- În practică, zgomotele, care au diverse surse (mecanice, termice, electromagnetice), determină fluctuaţii ale semnalelor electrice. De asemenea, căderile de tensiune pe unele elemente de circuit pot influenţa cele două niveluri de tensiune.

- Un exemplu de influenţă asupra celor două niveluri logice este tensiunea colector-emitor de saturaţie a unui tranzistor bipolar care este foarte apropiată de 0V dar nu este exact 0V. Din această cauză celor două niveluri logice nu li se asociază două valori fixe de tensiune ci două intervale de tensiune care depind de familia de circuite digitale integrate (de exemplu familia de circuite integrate TTL sau CMOS).

- Acestea sunt prezentate în fig.1.1.

Fig. 1.1. Intervalele de tensiune pentru familiile TTL şi CMOS

Familia CMOS

- Orice semnal care are tensiunea în interiorul acestor intervale de tensiune este interpretat ca 0 logic, respectiv 1 logic.

- Nivelurile logice 0 şi 1 pot fi generate de tranzistorii bipolari sau cu efect de câmp care lucrează în regim de comutaţie între cele două stări extreme: saturat-blocat, respectiv deschis-închis.

- Timpul necesar tranziţiilor dintre stări se numeşte timp de comutaţie. Deocamdată, pentru un tranzistor timpul de comutaţie a ajuns undeva sub 10ps şi se încearcă micşorarea acestuia. Dar, într-un circuit digital informaţia aplicată la intrare trece prin mai mulţi tranzistori în traseul ei spre ieşire, iar timpii de comutaţie se cumulează.

- Timpul necesar unei informaţii (de exemplu o tranziţie 0 → 1) pentru a ajunge de la intrare la ieşire se numeşte timp de propagare.

Ce este un semnal digital -

- Informaţiile pe care le percepem de la fenomenele din jurul nostru sunt în genere analogice. Transformarea unui semnal din formă analogică în formă digitală (digitizarea) presupune două etape prezentate şi în fig.1.2:

– eşantionarea – “citirea” valorii lui analogice la intervale de timp egal distanţate între ele (τs – timp de eşantionare). Semnalul obţinut este tot într-o reprezentare analogică dar este un semnal eşantionat.

– cuantificarea – fiecărui eşantion i se atribuie un cod numeric care conţine doar două simboluri, 0 şi 1. Cel mai frecvent este folosit codul binar.

- Pentru ca informaţiile digitale astfel obţinute să poată fi prelucrate sau folosite în diferitele părţi componente ale unui sistem digital complex este necesară memorarealor.