1. Układ A

Rysunek 1: Układ różniczkujący 1.

Układ a składa się z jednego wejścia i jednego wyjścia oraz trzech szeregowo ustawionych bramek NOT i na końcu jednej bramki AND. Bramki powodują pewne opóźnienie. Teoria mówi, że zmiana stanu z 0 na 1 nie musi trwać tyle samo co zmiana z 1 na 0, oraz mogą występować różnice między pozornie takimi samymi bramkami. Im mniejszy czas propagacji, tym szybciej może pracować bramka. Czas propagacji dla sieci logicznej jest sumą czasów propagacji bramek, poprzez które przechodzi kolejno sygnał logiczny.

Czas trwania impulsu Y w badanym układzie zależy od opóźnień na poszczególnych elementach. Można to zmienić poprzez wymianę rodzaju bramki. Na podstawie otrzymanego wykresu czasowego możemy odczytać informacje zawarte w tablicy 1.

Tablica 1: Czasy propagacji sygnałów na poszczególnych elementach układu a.

X	z X do U1.Y1	z U1.Y1 do U1.Y2	z U1.Y2 do U1.Y3	Całkowity czas propagacji
Ze stanu wysokiego do niskiego	4ns	4ns	4ns	12ns
Ze stanu niskiego do wysokiego	4ns	4ns	4ns	12ns

2. Układ B

Rysunek 2: Układ różniczkujący 2.

Kolejny układ składał się z jednego wejścia, jednego wyjścia, trzech szeregowo ustawionych bramek NOT i na końcu jednej bramki EXOR połączonych tak, jak widać to na rysunku 2. Na podstawie otrzymanego wykresu czasowego możemy odczytać informacje zawarte w tablicy 2.

Tablica 2: Czasy propagacji sygnałów na poszczególnych elementach układu b.

X	z X do U1.Y1	z U1.Y1 do U1.Y2	z U1.Y2 do U1.Y3	Całkowity czas propagacji
Ze stanu wysokiego do niskiego	4ns	4ns	4ns	12ns
Ze stanu niskiego do wysokiego	4ns	4ns	4ns	12ns

3. Układ C

Rysunek 3: Układ różniczkujący 3.

Ostatni układ składał się z dwóch wejść, jednego wyjścia, dwóch bramek NOT oraz dwóch bramek EXOR połączonych jak na rysunku 3. Czasy propagacji otrzymane w wyniku symulacji czasowej zawarte są w tablicy 3 i 4.

Tablica 3: Czasy propagacji sygnałów na poszczególnych elementach układu c dla wejścia Z w stanie niskim.

X	z X do U1.Y1	z U1.Y1 do U1.Y2	z U1.Y2 do U2.Y1	Całkowity czas propagacji
Ze stanu niskiego do wysokiego	4ns	4ns	2ns	10ns
Ze stanu wysokiego do niskiego	4ns	4ns	2ns	10ns

Tablica 4: Czasy propagacji sygnałów na poszczególnych elementach układu c dla wejścia Z w stanie wysokim.

X	z X do U1.Y1	z U1.Y1 do U1.Y2	z U1.Y2 do U2.Y1	Całkowity czas propagacji
Ze stanu niskiego do wysokiego	-	4ns	2ns	6ns
Ze stanu wysokiego do niskiego	-	4ns	2ns	6ns

4.Wnioski

Ćwiczenie pozwoliło zapoznać się z programem ActiveCAD który znacznie ułatwia budowanie układów cyfrowych ale przede wszystkim pozwala zrozumieć ich działanie dzięki funkcji symulacji, szczególnie w trybie bardziej nas interesującym – czasowym. Tryb ten pozwolił zrealizować zasadniczą część ćwiczenia czyli analizę uzyskanych przebiegów w czasie z określeniem tzw. czasów propagacji, widocznych dla każdego z elementów tworzących układ.

Program jest narzędziem bardzo pomocnym, interfejs jest dość intuicyjny, niewielkie problemy może początkowo sprawiać na pewno etap ustawiania określonych parametrów bezpośrednio przed symulacją (była wówczas przydatna instrukcja mimo wstępnego zapoznania się już w domu z programem). Wyniki symulacji uzyskuje się szybko i możliwe jest ich wydrukowanie w czytelnej i możliwej do analizy formie. Do wad pracy z programem można zaliczyć niedopracowanie pewnych funkcji uzupełniających, jak ograniczenie przy nadawaniu nazwy plikowi (błąd z tym związany, który pojawił się podczas ćwiczenia, spowodował kilkuminutowe opóźnienie w pracy).

Odczytane z analizy przebiegów czasy propagacji mają określone charakterystyczne cechy. Przede wszystkim czas propagacji bramek NOT jest różny dla zmiany wyjścia ze stanu niskiego na wysoki (t_LH = 4ns) i z wysokiego na niski (t_HL = 4ns) wówczas, gdy sygnał na wejściu X zmienia się z wysokiego na niski; taki sam natomiast wówczas, gdy sygnał na wejściu X zmienia się z niskiego na wysoki (t_LH = t_HL = 4ns). Różnice występują także przy pozostałych bramkach co zostało wcześniej przedstawione. Zależą one nie tylko od kierunku przejścia (z „0” na „1” lub odwrotnie) ale także przejść na poprzednich elementach.

Można wywnioskować również, że przy szeregowym łączeniu bramek czasy propagacji sumują się, np. już dla trzech bramek NOT opóźnienie wyniosło 10-12 ns, co może poważnie zakłócić pracę układu. Im bardziej złożony układ, więcej elementów i dłuższe przewody, tym suma czasów propagacji większa.