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Diagramas de tempo


Os bits representados pelos circuitos digitais variam bastante ao longo do tempo. Por exemplo, em um moderno chip de memória, os bits podem variar mais de 100 milhões de vezes a cada segundo, ora representando 0, ora representando 1. Um diagrama de tempo é um gráfico simplificado que mostra os valores dos bits ao longo do tempo, como o vemos na figura abaixo:

diagrama de tempo Diagrama de tempo.

Um diagrama de tempo pode representar um ou vários sinais digitais simultaneamente. Neste caso usado um nico eixo Y, representando o tempo, e vários eixos X independentes, cada um deles representando um sinal digital diferente. Cada sinal digital por sua vez assume valores 0 e 1 ao longo do tempo.

O diagrama da figura acima representa dois sinais digitais. Neste diagrama podemos observar, além dos trechos nos quais o circuito gera bits 0 e 1, um pequeno intervalo de tempo em cada transição de 1 para 0 ou de 0 para 1, representados por trechos inclinados do gráfico. Esta transição deveria ser instantânea, do ponto de vista matemático, mas na prática leva um certo tempo, bastante pequeno, Por exemplo, um chip que gera bits diferentes a cada 10 ns (10 bilionésimos de segundo) pode demorar entre 1 e 2 ns para mudar seu estado de 0 para 1 ou de 1 para 0.

Observe ainda que um diagrama de tempo não é a mesma coisa que um gráfico de tensão ao longo do tempo. Um gráfico de tensão ao longo do tempo mostra os valores de tensão existentes em um ponto de um circuito, e não os bits que representam. A figura abaixo mostra um exemplo de gráfico de tensão ao longo do tempo, com todas as suas imperfeições. Este tipo de gráfico pode ser visualizado através de um aparelho chamado osciloscópio, usado em laboratórios de eletrônica.

Gráfico de voltagem ao longo do tempo em um ponto de um circuito Gráfico de voltagem ao longo do tempo

No gráfico acima, a tensão começa com um valor baixo, representando um bit 0. No instante T1 começa a transição para representar um bit 1. O gráfico assume um trecho crescente e rápido, mas não se estabiliza imediatamente no seu valor máximo. A tensão atinge momentaneamente um valor máximo, em T2. A seguir reduz oscilando até se estabilizar em um valor definitivo, ou então limitada em uma faixa pequena. Este fenômeno é chamado de overshoot. No instante T3 o overshoot terminou ou foi reduzido a um valor que não afeta os circuitos e a tensão considerada é estabilizada. No instante T4 começa a transição de 1 para 0, que termina em T5. Segue-se um trecho em que a tensão já tem o valor 0, mas ainda não estabilizou no seu valor definitivo. Este trecho é o undershoot, e dura até o instante T6.

Existem outras imperfeições mesmo nos trechos em que a tensão está estabilizada há "bastante tempo" em valores Low e High (0 e 1). Essas imperfeições são chamadas de ripple (em português, ruído). São espécies de interferência vindas da fonte de alimentação e de circuitos adjacentes. Quando dois circuitos estão próximos, transições binárias em um deles podem irradiar ondas eletromagnéticas que produzem interferências captadas pelo outro. Essas interferências também podem chegar da própria fonte de alimentação. Quando um chip faz transições rápidas entre bits 0 e 1, seu consumo de corrente pode variar na mesma velocidade, e a fonte de alimentação, ao tentar suprir esta variação de corrente, pode sofrer uma pequena variação nas suas saídas. É o ripple da fonte de alimentação, que é propagado para todos os demais circuitos. O ripple não pode ser muito acentuado, caso contrário irá comprometer os valores dos bits.

Em um circuito digital bem projetado, o overshoot e o undershoot devem assumir proporções não muito exageradas para que não impeçam o correto funcionamento dos chips. Isto é conseguido com o uso de uma fonte de alimentação bem projetada, com capacitores de desacoplamento ao lado de cada chip e utilizando técnicas apropriadas para o traçado das trilhas do circuito impresso da placa. Respeitadas essas condições, o projetista não precisa se preocupar com o overshoot, com o undershoot nem com o ripple da fonte de alimentação, mas precisa se preocupar com o tempo gasto nas transições binárias, ou seja, nas mudanças de 0 para 1 e de 1 para 0. Por isso são usados os diagramas de tempo, onde são indicados os trechos inclinados que representam as transições, mas não são mostrados os detalhes como overshoot, undershoot e ripple.

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