estudiante

DISEÑO SÍNCRONO DE CIRCUITOS DIGITALES

Miguel Angel Freire Rubio
Septiembre de 2008

Presentación
Este texto ha sido realizado para los alumnos que cursan la asignatura de
Electrónica Digital en la especialidad de Sistemas Electrónicos de la titulación de
Ingeniería Técnica de Telecomunicación, impartida en la EUIT de Telecomunicación de
la Universidad Politécnica de Madrid. Suobjetivo es abarcar los contenidos del tema 3
de teoría de la asignatura, Diseño Síncrono, que trata la problemática relacionada con la
aplicación de las técnicas de diseño síncrono para la realización de sistemas digitales
complejos.
En el capítulo 1 se estudia el régimen transitorio de los circuitos
combinacionales para explicar los mecanismos de generación de glitches y deducir los
problemas defuncionamiento que pueden ocasionar.
En el capítulo 2 se enuncian y justifican las reglas que constituyen las técnicas
de diseño síncrono, se presenta el aspecto de la arquitectura genérica de un circuito
síncrono y se caracteriza el modo en que se ejecutan las operaciones en estos circuitos.
Al final del capítulo se explica cómo puede calcularse la frecuencia máxima de reloj a la
que puedefuncionar un sistema síncrono.
La primera parte del capítulo 3, con la que se completa la cobertura a los
contenidos de teoría del tema 3 de Electrónica Digital, se dedica a las prácticas de
diseño que permiten conseguir soluciones funcionales compatibles con las reglas de
diseño síncrono; también se tratan aquí los problemas asociados a la sincronización de
las entradas. La segunda parte delcapítulo 3 presenta las soluciones que pueden
adoptarse para aumentar la frecuencia de funcionamiento y la capacidad de
procesamiento de un circuito síncrono (paralelismo, segmentación y creación de rutas
multiciclo). Aunque estos asuntos no forman parte del temario de la asignatura, la
lectura de estos apartados resulta aconsejable para aquellos alumnos que quieran tener
unas nocionesbásicas de técnicas de diseño de uso frecuente en la práctica profesional
del diseño de sistemas digitales.
Por último, hay que señalar que en el texto se incluye un buen número de
ejemplos cuyo propósito es ilustrar los conceptos presentados; han sido realizados
utilizando la tecnología de referencia de la asignatura de Electrónica Digital (Lógica
Programable) y la herramienta de CAD empleada porlos alumnos de la misma
(Max+plus II de Altera).

1.- Modelos de funcionamiento de los circuitos combinacionales
En los primeros apartados (1,2 y 3) de este capítulo, y a modo de introducción,
se recuerdan las propiedades básicas del funcionamiento de los circuitos
combinacionales, así como las características de los modelos de funcionamiento ideal y
con retardos que se utilizan en lasoperaciones de análisis y síntesis de
combinacionales. A continuación (apartado 1.4) se analiza el comportamiento en
conmutación de los circuitos combinacionales complejos utilizando modelos con
retardos, con el objetivo de introducir al lector en la problemática derivada de la
aparición de pulsos espurios (glitches) y se presentan los criterios de clasificación de
éstos (apartado 1.5). Elcapítulo finaliza (apartado 1.6) exponiendo los problemas de
funcionamiento típicos que pueden ocasionar los glitches y las restricciones que
imponen al diseño de sistemas digitales.

1.1 Características del funcionamiento de los Circuitos Combinacionales
La propiedad que caracteriza el funcionamiento de cualquier circuito
combinacional es que la combinación de bits que entrega en sus salidas sólodepende de
la que simultáneamente esté presente en sus entradas, es decir, el valor que se establece
en la salida del circuito no viene determinado en forma alguna por las combinaciones de
entrada que hayan podido existir en instantes de tiempo anteriores. Esta propiedad
fundamental suele enunciarse diciendo que los circuitos combinacionales no tienen
memoria. En esta fórmula se resume el...