Temas de electrónica

Analógico e Digital

É surpreendente verificar como a técnica electrónica evoluiu, mais concretamente a concepção de circuitos digitais. É impressionante como a digitalização se expandiu. Mesmo o áudio, campo até há bem pouco tempo intocado (pelo menos virtualmente),está a ser digitalizado a uma velocidade incrível.
Quais as consequências destas mudanças para os engenheiros, técnicos ou simples amadores?
Vamos então observa-las.
Desde que um circuito seja totalmente analógico ou totalmente digital, tudo vai bem até aí. Os problemas aparecem quando se misturam essas duas tecnologias, ou seja quando se tem circuitos mistos. Os casos são muitos e proliferam bem como os exemplos, de entre os quais os mais conhecidos são os conversores analógico/digital, os quais não permitem uma leitura estável; os últimos dígitos não estabilizam e isso nota-se na medida em que parecem surgir desvios com uma certa regularidade. Outro exemplo é o de um bom amplificador que gera silvos num ritmo perfeito com as oscilações do relógio digital, etc.
Frequentemente estes ruídos podem ser atribuídos a incorrectas ligações de massa, ou seja, ao zero da linha de alimentação, ou massa comum. Tendo em conta esse problema, podem sugerir-se algumas regras básicas que possibilitam a sua erradicação:
    - evitar loops de massa;
    - manter os circuitos analógicos e digitais separados;
    - interligar num só ponto as massas das partes analógica e digital, por exemplo no conversor analógico/digital, mas nunca na fonte de alimentação;
    - se houver mais massas, ligá-las a um ponto comum;
    - a altas frequências, a impedância das linhas de massa não é negligenciável: por isso, devem ser usados fios de massa tão curtos quanto possível;
    - um exemplo que apresenta bons resultados é mostrado na figura. Todas as partes sensíveis do circuito foram isoladas daquelas que se constituem como grandes transportadoras de correntes de massa. A maioria dos conversores tem, portanto, duas ligações de massa e uma entrada diferencial (o que é o mesmo).
Nos amplificadores operacionais de áudio a maioria dos projectistas não sonham sequer em ligar a fonte de alimentação à saída do amplificador, através do pré-amplificador. Em circuitos mistos, analógico/digitais, este tipo de comparações não é tão evidente, embora o princípio seja o mesmo.
No esquema apresentado, as ligações do sistema necessitam de várias fontes de alimentação isoladas: este é o preço que infelizmente temos normalmente de pagar quando se utilizam novas técnicas.

Combinação de circuitos digitais

Muitos projectistas de electrónica combinam todo o género de circuitos digitais, daí tem-se o resultado de surgir esquemas admiráveis. Contudo, mesmo os projectistas sentem-se inseguros quanto à questão da alimentação dos circuitos, por outras palavras: deverão os circuitos ser todos alimentados a partir de uma única fonte ou deve ou pode haver mais do que uma? E em que sequência devem elas ser ligadas? Primeiro a impressora ou o computador?
Em Engenharia Electrónica e mais concretamente no campo da electrónica digital, a qual inclui os computadores, as entradas são excitadas por saídas: existe transferência de informação. Quando o CI que excita possui uma fonte de alimentação, mas o receptor não, fluirá uma corrente, sejam os circuitos do tipo TTL ou CMOS. Esta é uma situação indesejável, embora geralmente não conduza a danos. No entanto, a corrente pode ser tão elevada que o CI, ao assegurar essa corrente, deixe de funcionar de uma maneira eficiente, devido ao facto de a sua tensão de saída, por causa dessa elevada corrente, ser demasiado pequena. Em particular, os biestáveis são afectados por esta situação. É pois possível que um determinado equipamento não funcione devidamente devido ao facto de outro circuito a ele ligado não estar alimentado.
Esta situação pode tornar-se crítica quando várias saídas de um CI se encontram nessas circunstâncias. Geralmente, um CI pode suportar um curto-circuito numa das suas saídas, mas se isto acontece em várias, ele provavelmente deixará de existir. isto pode ter lugar, por exemplo, no caso de uma interface Centronics, na qual as 8 linhas de informação são geralmente excitadas por um único CI.
E o que acontece ao CI que recebe a corrente? Os circuitos CMOS encontram-se regra geral bem protegidos contra esta situação, o mesmo se passa com os dispositivos TTL. No entanto podem existir outros tipos que não aceitem essas correntes.
Os fabricantes de semicondutores têm em conta estes problemas e conseguiram arranjar solução para eles. Para quem concebe e implementa os seus próprios circuitos, aqui fica o resultado dessas experiências e as regras ditadas pela prática:
- os CIs excitadores, sejam TTL ou CMOS, devem apresentar uma saída open-collector (colector aberto);
- todas as entradas devem apresentar uma resistência adicional (resistências de pull-up) para a linha de alimentação positiva.
Se se tiver em consideração estas regras, a corrente apenas poderá fluir da entrada para a saída (fig2). Isto não apresenta desvantagem, pois o colector do transístor T1 pode suportar uma tensão bastante grande e nada correrá mal. Deve-se certificar-se que a resistência de pull-up está ligada no lado da entrada, pois caso contrário não tem efeito.
Quanto à questão inicial, ela deixa de ter validade, pois não importa qual a unidade a ser ligada em primeiro lugar, já que os fabricantes dos CIs certificam-se no respeitante à protecção dos circuitos de entrada bem como os circuitos de saída.