Informe Experiencia 1 Laboratorio Sistemas Digitales: Circuitos Lógicos

...

7. Explique qué es el margen de ruido en circuitos digitales y especifique cómo se calcula.

R: Es la máxima variación de voltaje que se permite en la entrada de una puerta lógica sin que la salida de esta cambie de nivel. Esta variación se tiene que observar en una duración superior al tiempo medio de propagación de la compuerta lógica.

Ejercicio 1: Retardo de un inversor.[pic 2]

En este ejercicio, se intentó medir el retraso de un inversor en un IC 74HC04 mediante un circuito oscilador en anillo compuesto por siete inversores. Era necesario un número impar de estos, pues sino el circuito no hubiese oscilado.

Para medir el tiempo de retardo de un inversor, la metodología ocupada fue la siguiente. Primero, conectamos dos sondas desde el osciloscopio hasta la salida de dos inversores, como se muestra en la figura 1. Luego graficamos ambas señales en el osciloscopio y calculamos la diferencia de tiempo entre ambos “altos digitales”. Vimos que era de 10ns, y como el subcircuito estaba compuesto de dos inversores, entonces el retardo promedio de cada uno era de 5ns.

[pic 3]

[pic 4]

Ejercicio 2: Acondicionamiento de reloj.

Para este ejercicio, usamos el diseño de reloj planteado en este link para el IC LM555. La capacitancia variable la dejamos en 47pF, obteniendo una señal de clock de 157.8 kHz. La salida del clock se muestra en la figura 3.

Luego, se diseñó un filtro pasa bajos con una resistencia de 50k y capacitancia de 30pF, con una frecuencia de corte de 106.1kHz. La salida de la imagen degradada se observa en la figura 4, y pudimos observar, que sin ninguna razón aparente, la señal tenía un offset de alrededor de 2V luego de la salida del filtro.[pic 5]

Finalmente, se conectó un inversor con Schmitt-Trigger (74LS14) a la salida del filtro. Aquí fue donde tuvimos problemas con el offset, ya que la señal casi no llegaba a cero, y el inversor no podía funcionar correctamente. De hecho, en la salida del nuevo inversor, se observaba lo que se muestra en la figura 5, que es básicamente un tren de impulsos. El Schmitt-Trigger usa la histéresis para prevenir el ruido que podría tapar la señal original y que causaría falsos cambios de estado si los niveles de entrada y salida son semejantes.[pic 6]

[pic 7]

[pic 8][pic 9][pic 10]

[pic 11][pic 12][pic 13]

Ejercicio 3: Problema de diseño.

Para este ejercicio, primero diseñamos un circuito con componentes lógicos que hacía funcionar el llenado del estanque de la forma en que pedía el enunciado. Luego de algunos intentos y cambios llegamos finalmente al diseño que se muestra en la Figura 3, el cual es una solución sin reloj, que también es factible y funcionaba perfectamente en el simulador del programa iCircuit. Podemos observar también la tabla de verdad de los estados relevantes (cuando se refiere a entrada CLK, es la entrada clock del flip flop, pero en realidad no tiene conectado un reloj, sino que la salida del AND como se observa en la Figura 3)[pic 14]

Ni

Ns

CLK

B0

B1

0

0

0

1

1

1

0

1

Q’

Q

1

1

0

0

0

Cuando armamos el circuito físicamente, funcionó bien a grandes rasgos, pero incluso al haberlo armado tal cual al diseño, tuvimos un problema en la parte cuando Ni está prendido y Ns apagado. A pesar de que tal como lo pedía el enunciado, sí se nos prendía un led en tal caso, este con las repeticiones no se alternaba. Después de una exhaustiva investigación y testeo de las partes del circuito, nos dimos cuenta que el problema (no en el diseño sino en el circuito físico) estaba en el flip flop, ya que en la entrada del clock (que viene del AND) siempre estaba marcando 5 volt (o estado 1), incluso cuando no tenía que hacerlo, por lo tanto nunca se hacía un toggle (o cambio de estado) de la salida Q, ya que no había un flanco de bajada ni de subida sino que era constante. Este problema se debía a que primero, había mucho ruido en esa entrada o cable cuando medíamos con el osciloscopio, y cuando marcaba voltaje bajo, no alcanzaba a ser lo suficientemente bajo para tomarlo como 0. Además probablemente ocupamos algunos flip flops quemados ya que de repente esa entrada marcaba voltaje cuando no estaba conectada a nada. Probamos con condensadores y resistencias para reducir el ruido, pero no resultó tan efectivo y no se solucionó ese problema.[pic 15]