Características de Operações dos Flip-Flops

Flip-flops são elementos de armazenamento de um bit usados em circuitos digitais, especialmente em sistemas sequenciais, como registradores, contadores e memórias. Eles são capazes de armazenar um valor binário (0 ou 1) e mantê-lo até que um novo valor seja fornecido. Existem vários tipos de flip-flops, como o flip-flop RS, D, JK e T (vamos ver durante nossas videoaulas). As características de operação dos flip-flops variam de acordo com o tipo, mas existem algumas propriedades gerais que se aplicam a todos os flip-flops:

1. Armazenamento de um bit: Flip-flops armazenam apenas um bit de informação (0 ou 1). Eles mantêm esse valor até que um novo valor seja fornecido ou um sinal de reset seja recebido.
2. Bistabilidade: Flip-flops são circuitos bistáveis, o que significa que eles têm dois estados estáveis e podem alternar entre esses dois estados. Esses estados estáveis correspondem aos valores binários 0 e 1.
3. Sincronismo: Muitos flip-flops são dispositivos síncronos, o que significa que a mudança de estado ocorre apenas em resposta a um sinal de clock. Isso permite que os flip-flops sejam usados em sistemas digitais síncronos, onde o tempo de operação é crucial. No entanto, alguns flip-flops, como o flip-flop RS, são assíncronos.

Para garantir o funcionamento correto desses dispositivos, é necessário considerar alguns parâmetros temporais fundamentais: tempo de atraso de propagação, tempo de setup e tempo hold.

• Tempo de atraso de propagação (propagation delay): É o tempo que leva para uma mudança na entrada de um flip-flop produzir uma mudança correspondente na saída. O atraso de propagação é importante, pois determina a velocidade máxima com que um circuito pode operar. O atraso de propagação pode ser subdividido em dois tipos:
  • tPHL (propagation delay high-to-low): o tempo necessário para a saída mudar de um estado alto (1) para um estado baixo (0) após uma mudança na entrada.
  • tPLH (propagation delay low-to-high): o tempo necessário para a saída mudar de um estado baixo (0) para um estado alto (1) após uma mudança na entrada.

Figura 1 - Lado esquerdo tPLH e lado direito tPHL

• Tempo de setup (setup time): É o tempo mínimo necessário para manter a entrada de dados estável antes da borda ativa do sinal de clock (geralmente, a borda de subida). Se a entrada de dados não for mantida estável durante esse tempo, o flip-flop pode entrar em um estado indeterminado e produzir uma saída não confiável. O tempo de setup é denotado como tSU.

Figura 2 - Tempo de Setup

• Tempo hold (hold time): É o tempo mínimo necessário para manter a entrada de dados estável após a borda ativa do sinal de clock. Isso garante que o flip-flop registre corretamente o valor da entrada antes de mudar de estado. O tempo hold é denotado como tH.

Figura 3 - Tempo de Hold

Fonte: Autoral

Latch

Antes de iniciarmos o conceito de flip-flop é importante compreendermos o que significa Latch: se trata basicamente de um dispositivo eletrônico, que muda de saída imediatamente com base na entrada aplicada. É usado para armazenar 1 ou 0 a qualquer momento especificado. É constituído por duas entradas, nomeadamente “SET” e “RESET” que se complementam (Figura 1, Representação Simbólica e Figura 2, Circuito Latch ).

Figura 4 - Representação gráfica do Latch SR.

Figura 5 - Circuito de Porta Lógicas do Latch SR.