Elementy

Generator (ang. generator) w technice cyfrowej jest układem, który tworzy cyklicznie ciąg impulsów:

Na wyjściu generatora pojawiają się naprzemiennie stany niskie i wysokie. Sygnał z generatora może być w różny sposób wykorzystywany: do odliczania czasu przez zliczanie impulsów, do synchronizacji sieci cyfrowych, do synchronizacji transmisji danych, itp.

Generowane impulsy posiadają kilka istotnych parametrów:

Poziomy sygnału (ang. signal levels) muszą odpowiadać poziomom logicznym przyjętym w technice cyfrowej: 0 – 0...0,8V, 1 – 2...5V.

Krawędź narastająca (ang.rising edge lub positive edge) jest chwilowym przebiegiem sygnału, gdy zmienia on swój poziom logiczny z niskiego 0 na wysoki 1.

Krawędź opadająca (ang. falling edge lub negative edge) jest chwilowym przebiegiem sygnału, gdy zmienia on swój poziom logiczny z wysokiego 1 na niski 0.

Stromość krawędzi określa szybkość zmiany sygnału, którą wyraża się w woltach na sekundę (częściej w woltach na mili- lub mikrosekundę). Ideałem byłaby krawędź pionowa, czyli zmiana natychmiastowa. Jednakże w praktyce nie da się tego osiągnąć z powodu różnych opóźnień występujących w rzeczywistych układach generatorów. Również przejście od krawędzi do poziomu nie jest zwykle ostre, lecz przebiega po pewnym łuku. Dodatkowo mogą pojawić się różnego rodzaju zakłócenia, które deformują kształt sygnału:

Zjawiska takie mogą powodować różne niepożądane efekty w układach cyfrowych. Na przykład inwerter (bramka NOT) daje na wyjściu sygnał o odwrotnej wartości logicznej niż sygnał wejściowy:

Jest to prawda w stanie ustalonym, gdy sygnał wejściowy ma poziom odpowiadający poziomowi logicznemu 0 lub 1. Co jednak się dzieje, gdy sygnał wejściowy ma wartość pośrednią? Wtedy stan wyjścia nie jest określony i może dojść do wzbudzenia bramki, czyli wygenerowania serii niepożądanych impulsów:

Z tego powodu w generatorach dąży się do tego, aby zbocza generowanych impulsów były odpowiednio strome. Innym rozwiązaniem jest zastosowanie bramek z tzw. wejściami Schmitta. Cechują się one tym, iż poziomy przełączania różnią się od siebie (to tzw. histereza), dzięki temu nie występuje wzbudzanie się, nawet przy bardzo wolnozmiennych sygnałach wejściowych.

Okres (ang. period) jest czasem, w którym wartość sygnału ulega powtórzeniu. Okres można mierzyć pomiędzy dwoma kolejnymi krawędziami narastającymi lub opadającymi. Oznaczamy go dużą literą T.

Częstotliwość (ang. frequency) jest liczbą okresów sygnału przypadającą na 1 sekundę. Pomiędzy częstotliwością i okresem występuje prosty związek:

Jednostką częstotliwości jest herc o symbolu Hz . Sygnał ma częstotliwość jednego herca, jeśli w ciągu jednej sekundy występuje jeden okres sygnału. Częściej stosowane są większe jednostki:

Wypełnienie (ang. duty cycle) jest to stosunek czasu trwania stanu 1 sygnału do czasu jego okresu. Wypełnienie podaje się w procentach:

Sygnał o wypełnieniu 0% to sygnał stały (nie zmienia się w czasie) o poziomie logicznym 0. Sygnał o wypełnieniu 50% to sygnał, w którym czas trwania stanu wysokiego 1 wynosi połowę okresu. Sygnał o wypełnieniu 100% to sygnał stały o poziomie logicznym 1.

Istotnym parametrem sygnału jest również kształt impulsów, np: