Особенности проектирования комбинационных схем с учетом задержек

Функциональная надежность логической схемы характеризует точное выполнение схемой алгоритма ее функционирования. Однако в реальной схеме, вследствие задержек сигналов на логических элементах, при переключении значений входов на выходах могут возникать сигналы, не соответствующие алгоритму функционирования. Задержки порождают "состязания" сигналов, распространяющихся по параллельным цепям, и вызывают неустойчивую работу цифровых схем (ЦС); последний термин служит для обозначения как комбинационных схем, так и схем с памятью.

Реальный логический элемент (РЛЭ) можно представить как последовательное соединение идеального ЛЭ с элементом задержки (ЭЗ) (рис. 10).

Рис. 10. Модель представления реального логического элемента

Задержки бывают двух видов:

1. Безинерциальная – сдвигает сигнал на время т, не искажая его.

2. Инерциальная – сдвигает сигнал на время т, если длительность сигнала больше, чем т, и не пропускает сигналы меньшей длительности (рис. 11).

Рис. 11. Виды задержки сигнала: а – безинерциальная; б - инерциальная

Различают статические и динамические состязания в КС.

Статические состязания могут возникать тогда, когда для двух последовательных состояний входов схемы значение выхода должно оставаться неизменным.

Пример. Входной и выходной сигналы для схемы, изображенной на рис. 12, приведены на рис.).t13 (задержки сигналов на всех ЛЭ одинаковы и равны

Рис.12. Комбинационная схема, построенная на реальных ЛЭ

Рис.13. Временные диаграммы, иллюстрирующие статические состязания

Динамические состязания могут возникать в ситуации, когда на выходе схемы алгоритмический переход должен иметь вид 0 – 1 или 1 – 0. Правильный алгоритмический переход может предваряться ложным импульсом. Однако при этом передний фронт ложного импульса имеет то же направление перехода, что и передний фронт последующего алгоритмического сигнала (рис. 14).

Рис. 14. Временные диаграммы, иллюстрирующие динамические состязания

Из двух видов состязаний более опасны статические, так как возникающий при статических состязаниях неалгоритмический импульс может быть зафиксирован элементом памяти, что может вызвать неправильную работу схемы в целом. При динамических состязаниях алгоритмический переход подтверждает предварительно возникший переход из-за ложного импульса, что является положительным фактором.

Дата добавления: 2014-12-07