Entendendo Flip-Flops Acionados por Borda Negativa: Insight Essencial de Eletrônica

Flip-flops ou circuitos latch ajudam majoritariamente a projetar registradores e contadores que armazenam dados na forma de número multi-bit. No entanto, os dispositivos de registrador frequentemente precisam de muitos circuitos flip-flop conectados sequencialmente entre si. Os circuitos sequenciais devem então passar por processos de acionamento para operação eficaz.

Acionar um flip-flop envolve mudar o sinal de entrada usando um pulso de gatilho ou pulso de clock. Em troca, a saída do flip-flop também mudará.

Existem várias maneiras de acionar um flip-flop, como alto nível, baixo nível e outras. Explicaremos o acionamento por borda negativa, então tocaremos nos outros métodos.

1. Flip-Flops Acionados por Borda (Edge-Triggered)

Antes de prosseguir, vamos passar por alguns termos cruciais:

• Flip-flop: Usamos flip-flops em vez de circuitos latch após ativar um circuito multivibrador na borda transicional de sua onda quadrada.
• Sinal de clock: É o sinal de habilitação.
• Circuito S-R acionado por borda: Preferencialmente denominado flip-flop S-R.
• Circuito D acionado por borda: preferencialmente flip-flops D.

Entradas D, J-K e S-R são coletivamente entradas síncronas. Adicionalmente, todos aparecem em flip-flops acionados por borda positiva e flip-flops acionados por borda negativa. A sincronicidade é porque você pode transferir entradas de dados para a saída do flip-flop na borda de acionamento de um pulso de clock.

Entradas assíncronas (que são clear (CLR) e set direto (SET)) mudam o estado do flip-flop sem pulsos de clock.

Acionamento por Borda Positiva (Rising Edge)

Entradas S-R, J-K e D aqui significam sem bolha na entrada de clock.

Flip-Flop de Atraso (Delay Flip-Flop)

Tem três latches SR NAND, e mantém a saída até que o pulso de clock termine de mudar o sinal digital de baixo para alto. Além disso, o estágio de entrada compreende dois latches, enquanto o estágio de saída tem apenas um latch. Também, o estágio de entrada tem a entrada de dados conectada a um único latch NAND.

Flip-Flop S-R

Aqui, a saída muda em relação à entrada na borda +ve do pulso de clock. As entradas S e R não afetarão a saída se você não tiver uma vantagem final no pulso de clock. Mas, na borda positiva/inicial do clock, o circuito flip-flop está ativo e segue mudanças nas entradas R e S.

Mudanças em um ciclo de clock incluem:

• S alto e R baixo = saída alta na borda inicial / SET flip-flop.
• S baixo e R alto = saída baixa na borda inicial / RESET flip-flop.
• S baixo e R = Nenhuma mudança no pulso de clock positivo
• S alto e R = Estado inaceitável.

Flip-Flop J-K

Um flip-flop J-K acionado por borda funciona similarmente a um flip-flop S-R. No entanto, se ambos os estados S e K forem altos, há uma alternância de saída. A criação adota uma forma oposta na borda inicial do pulso de clock.

Acionamento por Borda Negativa (Falling Edge)

As três entradas em circuitos flip-flop acionados por borda negativa implicam que há uma bolha na entrada de clock.

Flip-Flop S-R Acionado por Borda

A tabela-verdade e operação de um dispositivo acionado por borda negativa são similares ao acionamento positivo. A única diferença é, para acionamento negativo, a borda de queda do pulso de gatilho é a borda final.

Você pode mudar entradas S e R a qualquer momento se tiver uma entrada de clock ALTA ou BAIXA sem perturbar a saída. Uma exceção à regra é quando há um curto período em torno da transição de acionamento do clock.

Flip-Flop J-K Acionado por Borda

Um flip-flop J-K funciona da mesma forma que um flip-flop S-R. No entanto, o circuito flip-flop J-K não tem estado inválido. Então, quando você tem ambas as entradas K e J em estado alto, as saídas comutam para um estado oposto (toggle).

Flip-Flop D (Atraso/Dados) Acionado por Borda

Um flip-flop D tem uma operação simples, e isso porque tem apenas uma adição de entrada única ao seu pulso de clock negativo. É frequentemente recomendável quando você precisa armazenar um único bit de dados (ou seja, 0 ou 1).

Quando há uma entrada D ALTA após aplicar um pulso de clock, o flip-flop automaticamente SETa, então armazena um 1. Inversamente, quando há uma entrada D BAIXA após aplicar pulso de clock, o circuito flip-flop RESETa então mantém um 0.

2. Por que usamos acionamento por borda negativa?

Acionamento por borda negativa é preferível porque apenas descarrega operações, contribuindo para maior economia de energia. Contrariamente, um acionamento por borda positiva apenas carrega a capacitância.

Além disso, você pode evitar falhas (glitches) ocorrendo por condições de corrida ao usar um flip-flop acionado por borda negativa. O exemplo mais comum de redução de falhas é na aplicação digital de flip-flops em circuitos Field-Programmable Gate Array (FPGA). Você pode adicionalmente usar um flip-flop master-slave para evitar corrida durante o período de clock.

3. Princípio de Transição do Pulso de Clock

Uma borda de pulso de clock sempre se move de 0 para 1, então 1 para 0 quando você tem um sinal. Portanto, uma única chamada resultará em duas transições.

Movimento de 0 para 1 é a transição positiva enquanto, 1 para 0 denota uma mudança negativa. Uma operação de lógica positiva com crescimento de baixo para alto é a borda inicial do sinal de clock. Por outro lado, crescimento de alto para baixo é a borda final do clock.

Às vezes, você pode experimentar desafios de multi-transição nos flip-flops que desestabilizam os circuitos digitais. Erradicar o problema envolve fazer os flip-flops responderem a transições de borda negativa e positiva apenas, não uma duração de pulso inteira.

4. Flip-Flop – Outros Métodos de Acionamento

Acionamento por Alto Nível (High-Level Triggering)

Geralmente, aplique o método de acionamento por alto nível quando você requer que o flip-flop responda em seu estado alto. Você pode identificar o estado em uma ligação reta da entrada do clock.

Acionamento por Baixo Nível (Low-Level Triggering)

Contrariamente, acionamento por baixo nível é aplicável em flip-flops de baixo estado. Também, além de verificar a ligação de entrada do clock, você pode examinar um indicador de bolha de estado baixo.

Acionamento por Borda Positiva (Positive Edge Triggering)

Um gatilho de borda positiva garante que o flip-flop responda a um estado de transição de baixo para alto. Você pode usar um triângulo junto a uma entrada de clock para identificar o acionamento positivo.

Resumo

Resumindo, o acionamento por borda minimiza efeitos transientes e de ruído em circuitos eletrônicos enquanto aciona a entrada. Além disso, o acionamento permite que dispositivos produzam um gatilho suave que é muito mais rápido que loops de realimentação externos. Os dispositivos assim aceitarão entradas rapidamente, então fecharão com precisão a entrada antes de mudar os valores de saída e entrada.

O texto acima dá detalhes sobre os tipos de flip-flops com clock que você pode encontrar. Todos funcionam diferentemente para mudar a saída através da entrada. E então, entre em contato conosco. Estamos abertos para consultas sobre acionamento por borda.