ĐIỆN TỬ SỐ

Chương 5

Mạch logic dãy

Mô hình mạch logic dãy

• Mạch logic dãy (Sequential logic) là mạch logic có tính chất nhớ, có khâu trễ

• Trạng thái tiếp theo của mạch logic dãy phụ thuộc vào giá trị của tập biến kích thích ở lối vào và trạng thái hiện tại của mạch

• Mạch logic dãy thường hoạt động đồng bộ theo sự điều khiển của tín hiệu nhịp clock

Flip-flop• Flip-flop là mạch logic có hai trạng thái ổn định (bi-stable), nó có thể thay đổi hoặc

giữ nguyên trạng thái tuỳ thuộc vào các tín hiệu kích thích ở các lối vào của nó.• Các flip-flops có thể được đồng bộ từ một dãy tín hiệu nhịp gọi là clock (theo mức

hoặc sườn xung clock)• Dạng flip flop đơn giản nhất là R-S flip flop - có hai lối vào R (Reset) và S (Set),

được mô tả như sau:

Tổng hợp R-S Flip flop• Mô tả quan hệ giữa biến ra Q (tiếp theo) với các biến

vào S, R và biến ra Q (hiện tại) • Biến đổi biểu thức và thực hiện R-S flip flop bằng các

cổng logic cơ bản

Tín hiệu đồng bộ Flip flop• Các Flip flop thường

được hoạt kích để nhận thông tin nhờ một tín hiệu đồng bộ gọi là clock

• Tín hiệu clock có thể tích cực:– theo mức (cao, thấp)– theo sườn (lên,

xuống)• Flip flop chỉ có thể

trao đổi thông tin khi tín hiệu clock tích cực. Khi clock không tích cực thì Flip flop giữ nguyên trạng thái

CLK S R Q Q’

‘0’ x x Q Q’

‘1’ 0011

0101

Q01x

Q’10x

Các R-S Flip flop

• Các FF thường được đồng bộ bằng tín hiệu clock

• Dùng FF kiểu Master-Slave để đảm bảo truyền tin cậy

Flip Flop hoạt kích theo sườn

J-K Flip flop

• So sánh J-K Flip flop với R-S Flip flop:– S = J.Q’ và – R = K.Q

• Có thể tạo J-K FF từ một R-S FF theo sơ đồ sau:

Tạo J-K Flip flop• Để đảm bảo truyền tín hiệu tin cậy, thường tạo J-K flip

flop từ R-S flip flop kiểu Master-Slave• Khi đó J-K flip flop được hoạt kích theo sườn

D Flip flop và T Flip flop

• Theo bảng trạng thái của các FF, có thể tạo DFF và TFF từ J-KFF như sau:– DFF: D = J = K’– TFF: T = J = K

Phân biệt flip-flop hoạt kích theo mức và hoạt kích theo sườn

Tín hiệu điều khiển trực tiếp ở các flip-flop

• Mỗi flip-flop đều có các tín hiệu:– Tín hiệu vào, ví dụ J, K– Tín hiệu đồng bộ clock– Tín hiệu ra Q

• Ngoài ra, nhiều flip-flop còn có thêm các tín hiệu trực tiếp có tác dụng điều khiển cưỡng bức trạng thái ra của flip-flop. Đó là:– Clear (CLR), có tác dung điều

khiển để Q = 0– Preset (PR), làm cho Q = 1

Quan hệ thời gian ở Flip Flop• “Cửa sổ” thời gian của Flip

flop được xác định bởi:– tsu: thời gian chuẩn bị

(Setup) – tín hiệu vào cần phải xác lập ổn định ở một khoảng thời gian ≥ tsu, trước khi có ‘sự kiện’ clock

– th: thời gian duy trì (Hold) – tín hiệu vào cần phải duy trì ổn định thêm một khoảng thời gian ≥ th, sau khi kết thúc ‘sự kiện’ clock

• Đây là một trong những yếu tố hạn chế tần số của mạch logic dãy

Kích thích cho các flip flop• Khi thiết kế mạch logic dãy, ta cần phải xác định điều

kiện kích thích cho các flip-flop tuỳ theo đáp ứng cần có của chúng.

• Với hai giá trị logic ‘0’ và ‘1’ cho mỗi biến, mỗi flip-flop có thể có một trong bốn đáp ứng là: ‘S0’, ‘S1’, ‘T0’, và ‘T1’

• Bảng dưới đây mô tả các điều kiện kích thích cho các loại flip-flop khác nhau

Đáp ứng Kích thích

Ký hiệu Q → Q+ S R J K T D

S0 0 → 0 0 x 0 x 0 0

T1 0 → 1 1 0 1 x 1 1

T0 1 → 0 0 1 x 1 1 0

S1 1 → 1 x 0 x 0 0 1

Thanh ghi (Storage Register)

• Thanh ghi chứa số liệu (Data Storage Register) được tạo ra bằng cách dùng các D flip-flop nối ‘song song với nhau’

• Có thể dùng thêm các buffer 3-trạng thái để tạo cơ chế đọc (‘Read’) cho các thanh ghi

• Ví dụ: 74273, 74373, 74374 …

Một số vi mạch thanh ghi

Thanh ghi dịch (Shift Register)

• Thanh ghi dịch được dùng để:– Biến đổi mã song song nối tiếp– Tạo trễ cho các dãy tín hiệu số

• Phần tử cơ bản của thanh ghi dịch là các D flip flop nối chuỗi ‘nối tiếp’ với nhau

Các loại thanh ghi dịch

• Các thanh ghi dịch được phân chia thành các loại sau:– Vào nối tiếp ra nối tiếp (SISO), ví dụ: 4006 (18 nhịp),

4517 (64 nhịp), 4557 (64 nhịp), 4562 (128 nhịp) …– Vào nối tiếp ra song song (SIPO), ví dụ: 4015 (4 bit),

4094 (8 bit), 74164 (8 bit) …– Vào song song ra nối tiếp (PISO), ví dụ: 4014, 4021,

74165, 74166... đều là các thanh ghi 8 bit– Vào song song ra song song (PIPO), ví dụ: 7495,

74195, 74395, 4035 (4 bit), 74323 (8 bit)... – Thanh ghi dịch vạn năng có thể dịch theo hai chiều, ví

dụ 74194, 4194 (4 bit)

Ví dụ về các thanh ghi dịch

Thanh ghi dịch PIPO

Thanh ghi dịch vạn năng

Hoạt động của thanh ghi dịch

Bộ đếm – Không đồng bộ• Đếm không đồng bộ (Ripple Counter): tín hiệu clock cho

các flip flop khác nhau lấy từ các nguồn khác nhau, thường là từ lối ra Q của flip flop ở tầng trước

• Mỗi flip flop lật trạng thái khi flip flop ở tầng trước nó chuyển từ ‘1’ sang ‘0’

COUNTOUTPUTS

QD QC QB QA

0123456789

101112131415

0000000011111111

0000111100001111

0011001100110011

0101010101010101

Bộ đếm – đồng bộ• Đếm đồng bộ (Synchronous Counter): tín hiệu clock cho

các flip flop được lấy từ một nguồn chung, điều kiện lật của các flip flop được xác định bởi mức logic ở lối vào T

• Flip flop đầu tiên (A) chuyển trạng thái với mỗi nhịp clock, mỗi flip flop phía sau sẽ chuyển trạng thái nếu khi có ‘sự kiện’ clock tất cả các flip flop trước nó đều có mức logic ‘1’

Bộ đếm cơ số N ≠ 2n

Bộ đếm đặt trước giá trị

Bộ đếm thuận nghịch

Sử dụng bộ đếm

• Với các bộ đếm thuận nghịch đặt trước được giá trị, ta có thể tạo ra bộ đếm có chu kỳ đếm từ N1 đến N2.

• Trong đó, N1 và N2 là các giá trị nguyên bất kỳ

Locked-out ở mạch logic dãy

ĐIỆN TỬ SỐ

Chương 6

Phân tích, thiết kếmạch logic dãy

Mô hình mạch logic dãy• Có thể coi mô hình tổng quát nhất của mạch logic dãy gồm: các

biến vào, các biến ra và các trạng thái bên trong của mạch.• Có thể sử dụng mô hình máy trạng thái (Finite State Machine -

FSM) để phân tích và tổng hợp mạch logic dãy• Tại mỗi nhịp clock, mạch logic tổ hợp xác định các biến ra và trạng

thái tiếp theo thông qua các biến vào và trạng thái hiện tại

Các mô hình FSM• Hai mô hình FSM thông dụng để phân tích và tổng hợp

mạch logic dãy là mô hình Moore và mô hình Mealy

Trình tự thiết kế mạch logic dãy

1. Mô tả hoạt động của mạch logic dãy cần thiết kế (biểu đồ trạng thái, biểu đồ thời gian, hoặc các thông tin thích hợp khác)

2. Lập bảng chuyển trạng thái (state table)3. Gán giá trị nhị phân cho mỗi trạng thái4. Xác định số flip-flop cần dùng và gán cho mỗi

flip-flop một ký hiệu bằng chữ 5. Lựa chọn kiểu flip-flop cần dùng6. Từ bảng chuyển trạng thái, xác định kích thích

cho mỗi flip-flop và biểu thức của mỗi biến ra7. Lập sơ đồ mạch logic từ các phần tử cơ bản

Biểu đồ trạng thái • Có thể mô tả hoạt động của các mạch logic dãy bằng

biểu đồ trạng thái (state diagram):– Vòng tròn mô tả trạng thái của mạch – Mũi tên trên đó có ghi giá trị của tín hiệu vào dùng để mô tả

quá trình chuyển trạng thái

• Ví dụ:

Ví dụ thiết kế: Tạo xung đơn

• Mạch tạo ở cửa ra một xung đơn có độ rộng cố định mỗi khi có xung bất kỳ ở cửa vào

Sử dụng mô hình FSM Moore

Tổng hợp mạch theo mô hình FSM Moore

Sử dụng mô hình FSM Mealy

Tổng hợp mạch theo mô hình FSM Mealy

Ví dụ thiết kế: Bộ đếm

Bộ đếm thuận nghịch 3 bit

• Mô tả bộ đếm và các trạng thái

Hiện tại Vào (I) Tiếp theo

A B C U/D’ A B C

00001111

00110011

0101 0101

1

00011110

01100110

101 01010

00001111

00110011

0101 0101

0

10000111

10011001

10101 010

Ví dụ thiết kế: Bộ đếm• Số Flip-Flop cần dùng là 3• Giả sử ta chọn sử dụng JK Flip-Flop• Khi đó, đáp ứng của các Flip-Flop được mô tả

như sau:

Xác định điều kiện kích thích cho các Flip-Flop

• Để xác định điều kiện kích thích cho các Flip-Flop tuỳ theo đáp ứng cần có ta sử dụng bảng sau:

• Với JK Flip-Flop, điều kiện kích thích tương ứng là: S0: J = 0 và K = x S1: J = x và K = 0

T0: J = x và K = 1 T1: J = 1 và K = x

Đáp ứng Kích thích

Ký hiệu Q → Q+ S R J K T D

S0 0 → 0 0 x 0 x 0 0

T1 0 → 1 1 0 1 x 1 1

T0 1 → 0 0 1 x 1 1 0

S1 1 → 1 x 0 x 0 0 1

Ví dụ thiết kế: Bộ đếm• Xác định điều kiện vào (J, K) cho các Flip-Flop:

Ví dụ thiết kế: Bộ đếm• Tổng hợp bộ đếm từ các JK Flip-Flop• Điều kiện kích thích vào cho các JK Flip-Flop thoả mãn

các biểu thức logic ở trên

Kiểm tra hoạt động của bộ đếm

• Cho I = 1, kiểm tra các trạng thái

• Cho I = 0, tiếp tục kiểm tra các trạng thái

• Thiết kế bộ đếm với các T Flip-Flop hoặc D Flip-Flop

ĐIỆN TỬ SỐ

Chương 8

Mạch biến đổi tín hiệu

Biến đổi tín hiệu trong hệ thống

• Trong các hệ thống xử lý thông tin hiện đại, ví dụ các hệ thống đo lường - điều khiển công nghiệp, việc áp dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu số ngày càng trở nên phổ biến

• Tín hiệu cần phải được biểu diễn ở dạng số để phù hợp với trào lưu này

Chức năng của ADC và DAC• ADC (Analog – Digital Converter) biến đổi một tín hiệu vào

analog thành tín hiệu ra digital• DAC (Digital – Analog Converter) biến đổi một tín hiệu vào

digital thành tín hiệu ra analog• Tín hiệu digital ở ADC và DAC là mã nhị phân, còn tín hiệu

analog là điện áp hoặc dòng điện

Đặc tính của ADC và DAC

• Để có đặc tính truyền đạt vào-ra lý tưởng, bộ biến đổi cần phải có độ phân giải vô cùng lớn.

• Độ phân giải của bộ biến đổi tín hiệu được thể hiện thông qua số bit dùng để mã hoá tín hiệu analog.

• Với ADC/DAC sử dụng n bit, độ phân giải của nó là 2n. Tức là, tín hiệu analog có thể nhận một trong 2n giá trị khác nhau. Mỗi một giá trị rời rạc đó được gọi là một mức lượng tử

• Mỗi một giá trị mã số tương ứng với một khoảng giá trị của tín hiệu analog, chứ không phải chỉ một giá trị cụ thể.

• Đặc tính vào-ra thực tế của ADC/DAC có dạng bậc thang. Số bậc của đường đặc tính này tuỳ thuộc vào số bit của mã số, nó cho biết độ phân ly cũng như độ chính xác của ADC/DAC

• Khoảng giá trị của một mức lượng tửΔV = VFS/2n

Ví dụ về biến đổi ADC

• Ví dụ: với ADC 3-bit, có thể có 8 tổ hợp mã khác nhau ở cửa ra tương ứng với tám mức giá trị lượng tử của tín hiệu vào analog.

• Tronh ví dụ này, nếu điện áp vào là 5.5V và điện áp chuẩn so sánh là 8V, thì mã nhị phân ở lối ra sẽ là 101.

• Bước lượng tử trong trường hợp này là VREF/8 = 1V, ADC càng nhiều bit có bước lượng tử càng nhỏ và do vậy có khả năng phân ly và độ chính xác cao hơn.

Bước lượng tử của ADC• Bước lượng tử của ADC (bằng độ lớn của 1 LSB) phụ

thuộc vào số bit của ADC và độ lớn của điện áp chuẩn so sánh VREF

Sai số lượng tử của ADC• Độ lớn của

sai số lượng tử có thể thay đổi từ 0 đến 1 LSB

• Sai số tương đối do việc lượng tử hoá là 1/2n, trong đó n là số bit của bộ biến đổi

Giảm sai số lượng tử

• Có thể giảm độ lớn của sai số lượng tử bằng cách cộng thêm một lượng offset bằng ½ LSB khi biến đổi

Các sai số khác

• Sai số offset (sai lệch zero, cộng tính)

• Sai số khuếch đại (nhân tính)

• Sai số tuyến tính (tính phi tuyến) của đặc tính truyền đạt

Biến đổi DAC• DAC biến đổi mã nhị

phân ở lối vào thành tín hiệu analog ở cửa ra

VOUT = N×VREF/2m , m là số bit của mã nhị phân ở lối vào

• Các phương pháp biến đổi– Mạch phân áp– Lưới điện trở có trọng số– Lưới điện trở R-2R

DAC dùng mạch phân áp• Điện áp chuẩn so sánh VREF

được chia thành 2n mức nhờ bộ phân áp gồm 2n điện trở.

• Tuỳ theo giá trị của mã nhị phân ở lối vào mà có một mức điện áp tương ứng được chọn đưa tới cửa ra

(VOUT = N×VREF/2n).• Trở kháng vào của mạch

đệm (Op-Amp) cần phải rất lớn.

• Đặc điểm:– Sử dụng rất nhiều điện trở

và switch (≥2n)– Sai số do offset của Op-Amp– Trễ do có nhiều switch nối

tiếp

DAC dùng điện trở có trọng số

• Điện áp ra VOUT:– Bit cao nhất (MSB): VOUT(bn-1) = -VREF/2 × bn-1

– Bit tiếp theo: VOUT(bn-2) = -VREF/4 × bn-2 …

– Bit thấp nhất (LSB): VOUT(b0) = -VREF/2n × b0

VOUT = - VREF/2n× (bn-1×2n-1 + bn-2×2n-2 +…+ b0×20) = - N×VREF/2n

• Đặc điểm: – Sử dụng ít điện trở (n điện trở cho DAC n bit)– Trị số các điện trở rất khác nhau

DAC dùng lưới điện trở R-2R

• Điện áp sau mỗi mắt lưới điện trở giảm còn ½• Điện áp ra của toàn mạch:

VOUT = - VREF/2n× (bn-1×2n-1 + bn-2×2n-2 +…+ b0×20) = - N×VREF/2n

• Đặc điểm: – Số điện trở sử dụng không nhiều (2×n điện trở cho DAC n bit)– Trị số các điện trở gần nhau R và 2R

Đặc điểm chung của DAC• Tốc độ: thời gian thực hiện phép biến đổi DAC

rất ngắn, phụ thuộc thời gian truyền của các phần tử mạch

• Độ chính xác: thể hiện qua số bit mã nhị phân• Có tín hiệu LE khi cần ghép nối với BUS• Yêu cầu đối với mạch khuếch đại OpAmp:

– Điện áp sai lệch cửa vào VIO phải nhỏ– Dòng phân cực lối vào IB phải nhỏ– Dải điện áp ra của OpAmp phải lớn hơn hoặc bằng

dải thay đổi đến đầy thang của điện áp ra DAC– Tốc độ (dải thông, Slew Rate) của OpAmp phải đủ

lớn để đảm bảo tốc độ biến đổi của DAC

D/A Dynamic conversion parameters

• Conversion time• Latency time• Settling time• Hysteresis• Glitches

Biến đổi ADC• ADC biến đổi tín hiệu analog

ở lối vào thành mã nhị phân ở cửa ra

N = VIN×2m/VREF,

m là số bit của mã nhị phân ở lối vào

• Các phương pháp biến đổi:– Biến đổi trực tiếp (Flash ADC)– SAR (Xấp xỉ dần)– Tích phân và đếm xung

Flash ADC

• Sử dụng 2n điện trở và 2n comparator để biến đổi

• Tín hiệu ra từ các comparator được mã hoá bằng một Priority ENCODER

• Đặc điểm:– Tốc độ cao– Mạch phức tạp gồm

quá nhiều phần tử

ADC biến đổi xấp xỉ dần

• Đầu tiên SAR đưa ra N=100…0 và VDAC=VREF/2– Nếu VDAC<VIN → N=110…0 và VDAC=VREF×3/4– Nếu VDAC≥VIN → N=010…0 và VDAC=VREF×1/4

• Quá trình tiếp diễn theo cách đó đến khi hết n bit• Đặc điểm:

– Mạch không phức tạp lắm– Tốc độ vừa phải (n lần so sánh cho n bit)

ADC tích phân

• Trên đây là một kiểu ADC tích phân (tích phân hai sườn dốc – dual slope)– Điện áp vào VIN được tích phân trong thời gian Tn cố định. Sau thời gian

này VC= VIN × Tn = VIN × 2n.Tclock

– Điện áp VREF được tích phân trong thời gian Tp. Sau thời gian này tụ phóng hết. Do vậy, Tp = VIN × 2n.Tclock /VREF

– Số đếm được trong thời gian này là N= Tp /Tclock = 2n × VIN/VREF

• Đặc điểm:– Mạch đơn giản– Tốc độ rất thấp (cỡ 2 × 2n.Tclock cho một phép biến đổi n bit)

Đặc điểm chung của ADC• Độ chính xác

– Phụ thuộc vào các phần tử mạch– Thể hiện qua số bit

• Tốc độ– ADC cần qua trình so sánh nên thường chậm hơn

nhiều so với DAC

• Các tín hiệu– Khởi động ADC: START– Báo kết thúc phép biến đổi: EOC– Điều khiển ba trạng thái khi ghép nối với BUS: OE

ĐIỆN TỬ SỐ

Chương 7

Bộ nhớ bán dẫn

Phân loại và đánh giá

Các chỉ tiêu đánh giá:

1. Mật độ (số bits/μm2) và Dung lượng (tổng số bit)

2. Tốc độ (thời gian đọc/viết)

3. Công suất tiêu thụ

Các tín hiệu của bộ nhớ

• Address: Xác định địa chỉ của ô nhớ cần trao đổi• Data: Nội dung thông tin cần trao đổi với ô nhớ được

chọn• Chip Enable: Cho phép (chọn) chip nhớ• Write Enable: Cho phép viết vào ô nhớ được chọn• Output Enable (Read): Đọc nội dung ô nhớ được chọn

Tốc độ của bộ nhớ• Tốc độ hoạt động của bộ nhớ được đánh giá thông qua

thời gian truy nhập (access time), bao gồm:– Read access – Write access

Tổ chức bộ nhớ

Tổ chức bộ nhớ

Xác định khối nhớ được chọn

Đọc/viết bộ nhớ• Các bit địa chỉ chia làm hai nhóm (hàng và cột)• Các chân data có thể trao đổi hai chiều• Các tín hiệu Chip Enable, Write Enable và Output Enable điều khiển

việc trao đổi dữ liệu

Phần tử nhớ

• Phần tử nhớ là đơn vị lưu giữ thông tin cơ bản trong các chip nhớ

• Các tên gọi:– Memory Cell– Storage Cell– Bit Cell

• Word Line: đường chọn ô nhớ được giải mã từ các bit địa chỉ

• Bit Line: nội dung thông tin trao đổi của từng bit trong mỗi ô nhớ

Bộ nhớ chỉ đọc - ROM• Bộ nhớ ROM (Read Only Memory): nội dung

không thay đổi ngay cả khi cắt nguồn cung cấp. Bộ nhớ ROM gồm các loại sau:– MROM (Mask ROM): nội dung được nạp trong quá

trình chế tạo– PROM (Programmable ROM): nội dung được viết một

lần, sử dụng cầu chì– EPROM (Erasable PROM): nội dung có thể viét/xoá

được nhiều lần, sử dụng tia cực tím– EEPROM (Electrically EPROM): viết/xoá nhiều lần.

Xoá bằng điện.– Flash ROM: EEPROM nhưng có tốc độ đọc/viết và

mật độ lớn hơn nhiều

Phần tử nhớ ROM• Bộ nhớ ROM sử dụng Diode hoặc Transistor

(BJT/MOS) làm đơn vị nhớ cơ bản• Có các kiểu phần tử nhớ:

Cầu nối (E)EPROM

Phần tử nhớ PROM, EPROM, và EEPROM

Bộ nhớ MOS ROM 1

Bộ nhớ MOS ROM 2

Bộ nhớ đọc/viết - RAMBộ nhớ RAM (Read - Write Memorie) gồm: • STATIC RAM (SRAM)

– Dữ liệu được lưu giữ vĩnh viễn một khi còn có nguồn cung cấp duy trì

– Kích thước lớn (6 transistors/cell)– Tốc độ cao– Cấu trúc vi sai (Differential)

• DYNAMIC RAM (DRAM)– Cần có chu kỳ ‘làm tươi’ nội dung phần tử nhớ– Kích thước nhỏ (1-3 transistors/cell)– Tốc độ thấp– Cấu trúc đơn (Single Ended)

Phần tử nhớ SRAM• Phần tử nhớ SRAM dùng tải điện trở

– Tiêu thụ công suất ở trạng thái tĩnh, cần RL lớn

Phần tử nhớ SRAM• Phần tử nhớ RAM tĩnh dùng 6 transistor:

Quá trình viết SRAM

Quá trình đọc SRAM

Phần tử nhớ DRAM – 3 transistor

• Write: Giá trị bit từ BL1 được nạp lên tụ CS

• Read: Nội dung nhớ từ tụ CS được đưa lên BL2

Phần tử nhớ DRAM – 1 transistor

• Write: CS được nạp bởi WL và BL.

• Read: Phân bố lại điện tích giữa tụ chứa CS và tụ điện đường dây bit CBL

So sánh các bộ nhớ

Kiểu bộ nhớ Số lần viết/xoá Thời gian viết Kích thước

(M)ROM

PROM

EPROM

EEPROM

FLASH

SRAM

DRAM

0

1

1000

10.000 ÷ 1.000.000

≈ 100.000

∞

∞

--

≈ 100 ms

100 μs ÷ 50 ms

3 ÷ 10 ms

≈ 10 μs

≈ 10 ns

≈ 100 ns

100 μm2

--

200 μm2

400 μm2

200 μm2

1000÷1700 μm2

200÷500 μm2

Sử dụng bộ nhớ

ĐIỆN TỬ SỐ

Chương 9

Mạch tạo xung

Xung và các tính chất cơ bản

• Xung điện: tín hiệu điện có thời gian tồn tại xác lập ngắn (cỡ thời gian quá độ của mạch)

• Các đặc trưng cơ bản của tín hiệu xung– Digital:

• Mức (cao, thấp) • Sườn (lên, xuống)

– Analog:• Biên độ • Độ rộng • Chu kỳ• Độ lấp đầy (Duty Cycle)

Mạch tạo xung• Các xung điện được tạo ra từ những mạch điện tử có

hai trạng thái xác lập ứng với hai mức cao (H) và thấp (L) của điện áp ra

• Các mạch điện tử như vậy có thể được chia thành các nhóm như sau:– Mạch tự dao động, cả hai trạng thái đều không ổn định

(Astable). Mạch tự chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác.

– Mạch đợi, có một trạng thái ổn định (Monostable). Khi có kích thích mạch chuyển sang trạng thái không ổn định sau đó tự động trở về trạng thái ổn định ban đầu. Với một xung kích thích ở cửa vào mạch tạo một xung đơn ở cửa ra (One-shot).

– Mạch trigger, cả hai trạng thái đều ổn định (Bistable). Mạch có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác tuỳ thuộc vào tín hiệu kích thích từ bên ngoài. Loại mạch này còn được gọi là mạch Flip-Flop

Tạo xung bằng cổng NOT

• Khởi đầu VC=0V, VOUT=VOH≈5V• Quá trình nạp tụ C: VC(t) = A+B×e-t/R×C

– A = VOH, B = VT- - VOH

– Kết thúc ở t1, với: VOH+(VT- - VOH)×e-t1/R×C = VT+

• Quá trình phóng tụ C: VC(t) = A+B×e-t/R×C – A=VOL, B = VT+ - VOL

– Kết thúc ở t2, với: VOL+(VT+ - VOL)×e-t2/R×C = VT-

Mạch One-shot dùng cổng NOT

• Trạng thái ổn định: VOUT = VOL

• Khi có kích thích vào: VC = VOL, VOUT = VOH

• Sau đó: VC = A + B×e-t/RC

Với A = VCC, B = VOL - VCC

• Kết thúc ở tx, với VCC + (VOL - VCC)×e-tx/RC = VT+

Tạo xung nhờ hiệu ứng trễ

Vi mạch logic tạo xung 74xx123

Vi mạch TIMER 555

• Mạch định thời chính xác:– Thời gian xung, tần số xung được điều chỉnh bằng điện trở/tụ

điện ở mạch ngoài.• Cung cấp từ nguồn DC 5V÷15V, khi nguồn cung cấp là

5V thì mức điện áp ra tương thích TTL• Mạch có thể sink/source dòng điện cỡ 200mA

One-shot dùng 555

• Điện áp chân 2 được duy trì ở mức V2>VCC/3• Mạch ổn định ở trạng thái có VOUT = 0V• Khi có kích thích làm cho V2<VCC/3 thì mạch chuyển

sang trạng thái không ổn định với VOUT = VCC

• Mạch tự trở về trạng thái ổn định sau khoảng thời gian tx=1,1RC

One-shot dùng 555

VC = VCC(1 – e-t/RC)

Tại tx: VCC(1 – e-tx/RC) = VCC×2/3

e-tx/RC = 1/3 → tx = RC×ln3 = 1,1×RC

Mạch tự dao động dùng 555

• Trạng thái VOUT=0V, tụ C được nạp với hằng số thời gian Tn=(RA+RB)C, đến mức VC=VCC×2/3

• Mạch chuyển sang trạng thái VOUT=VCC, tụ C phóng với hằng số thời gian Tp=RBC, đến mức VC=VCC×1/3 thì trở về trạng thái trước

• Tần số dao động: f=1,44/[(RA+2RB)C]

Mạch tự dao động dùng 555

• VOUT = VCC: VC = A + B×e-t/Tn = VCC – e-t/Tn×VCC×2/3Với A = VC(∞) = VCC, B = VCC/3 – VCC = – VCC×2/3

VCC×2/3 = VCC - e-t1/Tn×VCC×2/3 → t1 = Tn×ln2 ≈ 0,695×(RA+RB)C

• VOUT = 0V: VC = A + B×e-t/Tp =e-t/Tp×VCC×2/3Với A = VC(∞) = 0V, B = VCC×2/3

VCC/3 = e-t2/Tp×VCC×2/3 → t2 = Tp×ln2 ≈ 0,695×RBC

Mạch điều chế độ rộng xung PWM – Pulse Width Modulation

• Điện áp điều chế được đưa tới chân 5 của timer• Xung nhịp (carrier) có tần số f đưa tới chân 2 (trigger)• Độ rộng của xung tạo ra phụ thuộc vào điện áp điều chế

Phase Locked Loop - PLL

Sử dụng của PLL

• Tần số của tín hiệu ra:

fO = fS

Tổng hợp tần số