Un circuito digital o circuito lógico es una rama de la electrónica que utiliza señales digitales para realizar diversas tareas y cumplir con los diversos requisitos. Las señales digitales se representan mediante el lenguaje binario, es decir, 0 y 1.
Los circuitos digitales se implementan mediante compuertas lógicas como AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR y XNOR, que pueden realizar operaciones lógicas. Esta representación ayuda al circuito a cambiar de un estado a otro para proporcionar una salida precisa.
Los sistemas de circuitos digitales están diseñados principalmente para superar la desventaja de los sistemas analógicos que son más lentos y los datos de salida que se obtienen pueden contener un error.
¿Qué es un Circuito Digital?
Definición: Un circuito digital se diseña mediante el uso de varias compuertas lógicas en un solo Circuito Integrado. La entrada a cualquier circuito digital está en forma binaria de «0» y «1». La salida obtenida al procesar datos digitales brutos es de un valor preciso. Estos circuitos se pueden representar de 2 formas, ya sea de forma combinacional o secuencial.
Conceptos Básicos de Circuitos Digitales
El diseño de circuitos digitales se inició primero con un diseño de relés, luego tubos de vacío, lógica transistor a transistor TTL, lógica de acoplamiento por emisor y lógica CMOS. Estos diseños utilizan una gran cantidad de puertas lógicas como AND, OR, NOT, etc. integradas en un solo CI. La entrada y salida de datos digitales se representan en la tabla de verdad lógica y el diagrama de tiempo.
Nivel lógico
Los datos digitales se representan en un formato lógico, es decir, en formato «0» y «1». Donde el 0 lógico representa que la señal es baja o «GND» y el 1 lógico representa que la señal es alta o está conectada al suministro «VCC» como se muestra a continuación
Tabla de Verdad Lógica
Una tabla de verdad lógica es una representación matemática del rendimiento de una señal digital cuando pasa a través de un circuito digital. La tabla consta de 3 columnas: la columna del reloj, la columna de entrada y la columna de salida. Por ejemplo, la tabla de la compuerta lógica NOT se representa de la siguiente manera
| Señal de Reloj | Lógica de Entrada | Lógica de Salida |
| Alta | 0 | 1 |
| Alta | 1 | 0 |
Diagrama de Tiempo
El comportamiento de la señal digital se representa en formato de dominio del tiempo, por ejemplo, si consideramos la tabla de verdad de la compuerta lógica NOT, el diagrama de tiempo se representa de la siguiente manera: cuando el reloj está alto, la entrada es baja y la salida es alta. Del mismo modo, cuando la entrada es alta, la salida baja.
Compuertas
Una compuerta lógica es un componente electrónico que se implementa mediante una función booleana. Las compuertas se implementan generalmente usando diodos, transistores y relés. Hay diferentes tipos de puertas lógicas: AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR. Entre los cuales AND, OR, NOT son compuertas básicas y NAND y NOR son la compuerta universal. Consideremos la representación de la compuerta AND como se muestra a continuación, que tiene 2 entradas y una salida.
| Señal de Reloj | Lógica de Entrada 1 | Lógica de Entrada 2 | Lógica de Salida |
| Alta | 0 | 0 | 0 |
| Alta | 0 | 1 | 0 |
| Alta | 1 | 0 | 0 |
| Alta | 1 | 1 | 1 |
La tabla de verdad de la compuerta AND:
Hay muchas formas de construir un circuito digital que usa puertas lógicas creando lógica combinacional, un circuito lógico secuencial o un dispositivo lógico programable que usa tablas de búsqueda, o usando una combinación de muchos CI, etc. Por lo general se diseñan utilizando un formato de circuito combinacional y secuencial como se muestra a continuación.
Circuito Lógico Combinacional
Es una combinación de varias compuertas lógicas como AND, OR, NOT. El diseño de la lógica combinacional se realiza de tal manera que la salida depende de la entrada actual y la lógica es independiente del tiempo. Los circuitos lógicos combinacionales se clasifican en 3 tipos:
- Funciones Aritméticas y Lógicas: Sumadores, Sustractores, Comparadores, PLD’s
- Transmisiones de datos: Multiplexores y Demultiplexores, Codificadores y Decodificadores
- Convertidores de Código: Binario, BCD, 7 segmentos.
Circuito Lógico Secuencial
El diseño del circuito secuencial es diferente del circuito combinacional. En un circuito secuencial, la lógica de salida depende de los valores de entrada presentes y pasados. También consta de un elemento de memoria que almacena el procesamiento y los datos procesados. Los circuitos secuenciales se clasifican en 2 tipos:
- Circuito sincrónico
- Circuito asincrónico
Algunos de los ejemplos de circuitos secuenciales son flip flops, relojes, contadores, etc.
Importancia de los Circuitos Digitales
- Los sistemas binarios y el software de automatización del diseño electrónico (EDA) permiten a los ingenieros eléctricos utilizar los circuitos digitales para diseñar tecnología y electrónica de manera eficiente.
- Los circuitos digitales permiten transmitir, almacenar y recuperar datos sin el ruido asociado a los circuitos analógicos. Esto reduce la degradación de los datos.
- Los cambios, correcciones o funcionalidades añadidas no requieren costosas actualizaciones de hardware, gracias al software que puede proporcionar manipulación remota de los circuitos.
- Los circuitos digitales constan de álgebra booleana y puertas lógicas, que son baratas. Además, la configuración de las señales digitales es más sencilla que las analógicas.
Diseño de Circuitos Digitales
Los circuitos digitales se pueden diseñar de las siguientes formas:
- Uso de la representación del sistema secuencial y la representación del sistema combinacional
- Usar los métodos matemáticos mediante la reducción de algoritmos de redundancia lógica como K-Map, Álgebra booleana, algoritmo QM, diagramas de decisión binaria, etc.
- Utilizando máquinas de flujo de datos que constan de registros y buses o cables. Los datos se comunican entre varios componentes mediante buses y registros. Estas máquinas están diseñadas utilizando lenguajes de descripción de hardware como VHDL o Verilog.
- Una computadora es una máquina lógica de transferencia de registro de propósito general diseñada mediante un microprograma y un procesador de microsecuenciador.
Problemas de Diseño de Circuitos Digitales
Dado que los circuitos digitales están construidos con componentes analógicos como resistencias, relés, transistores, diodos, flip flops, etc. Es necesario tener en cuenta que estos componentes no afectan el comportamiento de la señal o los datos durante la operación del circuito digital. Los siguientes son problemas de diseño que generalmente se observan:
- Pueden ocurrir problemas como fallas debido a un diseño inadecuado del sistema
- La sincronización incorrecta de una señal de reloj diferente conduce a la metaestabilidad en el circuito
- Los circuitos digitales calculan más repetidamente debido a la alta inmunidad al ruido.
Ejemplos de Circuitos Digitales
Los siguientes son ejemplos de circuitos digitales:
- Teléfonos móviles
- Radios
- Calculadoras, etc.
Ventajas de los Circuitos Digitales
- Alta precisión y programabilidad
- Fácil almacenamiento de datos digitales
- Inmune al ruido
- Puede implementarse en forma de circuitos integrados (CI)
- Mayor fiabilidad y flexibilidad
- Una alta velocidad de transmisión
- Altamente segura.
Desventajas de los Circuitos Digitales
- Caro
- Funcionan sólo con señales digitales
- Circuitos complejos
- Consume más energía que los circuitos analógicos
- La disipación de calor es mayor
Aplicaciones de Circuitos Digitales
- Teléfonos móviles, calculadoras y ordenadores digitales
- Radios y dispositivos de comunicación
- Generadores de señales
- Tarjeta inteligente
- Osciloscopio de rayos catódicos (CRO)
- Convertidores de analógico a digital (ADC)
- Convertidores de digital a analógico (DAC), etc.
Preguntas Frecuentes:
Los circuitos digitales se utilizan para realizar operaciones lógicas booleanas.
El circuito digital funciona con señales discretas, que se representan en forma binaria de ceros y unos.
Los componentes básicos de los circuitos digitales son flip flops, diodos, transistores, compuertas, etc.
Un circuito electrónico está formado por una serie de componentes pasivos y activos, que se conectan mediante cables conductores.
Ejemplos de componentes activos son: Diodos, CI, tubos de vacío de triodo, etc.
Ejemplos de componentes pasivos son: Resistor, Condensador, Inductor, Transformador, etc.
Usamos un resistor en el circuito para controlar el flujo de corriente.
Un circuito electrónico está formado por una serie de componentes pasivos y activos, que se conectan mediante cables conductores. Son dos tipos de circuitos: circuito analógico y circuito digital. La entrada a un circuito analógico es una señal variable continua, que proporciona información de la señal como corriente, voltaje, etc. La señal de entrada del circuito digital está en un formato de dominio de tiempo discreto, que se representa en «0» y «1». Proporciona la intensidad de la señal, la relación de ruido, la atenuación, propiedades de una señal digital, etc. La principal ventaja de utilizar circuitos digitales es que son fáciles de implementar y comprender.