Зависимость мощности, рассеиваемой на логическом элементе, от частоты переключения. Объяснить, почему наблюдается такая зависимость

ПРО ЄСЛ

для систем с большим быстродействием наиболее перспективен ряд ЭСЛ (логические схемы с эмиттерной связью).

В схемах ЭСЛ транзисторы работают вне области насыщения, поэтому автоматически исключается задержка, вызванная избыточными зарядами. Основным свойством и достоинством схем ЭСЛ является небольшая задержка, величина которой у самых последних типов составляет около 0.01 нс. Принцип действия схем ЭСЛ – логических схем с эмиттерной связью – заключается в переключении точно определённого тока малыми изменениями управляющего напряжения, порядка десятых вольт

6.Триггеры. Определение. Триггеры R-S типа. Определение, описание работы, примеры реализации и применения. Синхронные и асинхронные R-S триггеры. Т-триггеры. Определение, описание работы, примеры реализации и применения. D-триггеры. Определение, описание работы, примеры применения. Триггеры J-K типа. Определение, описание работы, примеры реализации и применения. Применение как T, D и R-S триггера.

Общая характеристика и классификация триггеров

Подавляющее большинство цифровых устройств совмещают функции по переработке и

хранению информации. В арифметических и логических устройствах для хранения информации чаще всего используют триггеры – устройства с двумя (или более) устойчивыми состояниями выхода, содержащие элементарную запоминающую ячейку (триггер) и схему управления, преобразующую поступающую информацию в комбинацию сигналов, действующих непосредственно на входы элементарной запоминающей ячейки. Триггеры способны под действием внешних (управляющих, переключающих) сигналов переключаться в любое из этих состояний и находиться в них сколь угодно долго после прекращения их действия. Обобщенную схему триггерного устройства (в дальнейшем просто триггера) можно представить в виде, показанном на рис. 4.1, где 1,..., n x x – информационные входы; 1 m C,...,C –входы синхронизации, или тактовые входы; 1 k V,...,V – управляющие входы; y y R,S – установочные входы; S, R – информационные входы элементарной запоминающей ячейки; Q,Q –выходы. Коммутационные входы используются для внешних соединений в программируемых универсальных триггерах. В реальных схемах триггеров некоторые входные сигналы и связи, пока-

занные на рис. 4.1, могут отсутствовать, а в простейших триггерах может не быть схемы управления. Для информационных входов приняты следующие обозначения: S (Set – установка) –вход для раздельной установки триггера в состояние "1" (Q=1,Q=0); R (Reset – сброс) – вход для раздельной установки триггера в состояние "0" (Q=0, Q=1); T (Toggle – релаксатор) – счетный вход триггера; J (Jerk – внезапное включение) – вход для раздельной установки триггера в состояние "1" в универсальном JK-триггере; К (K i l l – внезапное отключение) – вход для раздельной установки триггера в состояние "0" в универсальном JK-триггере; D (Data –данные, Delay – задержка, Drive – передача) – информационный вход для установки триггера в состояние "0" пли "1"; V (Valve – клапан, вентиль) – управляющий вход для разрешения приема либо информационных, либо тактовых сигналов; тактовый вход С (Clock – первичный источник сигна-

лов синхронизации) разрешает схеме управления запись информации в триггер.

Если у триггера только два устойчивых состояния, то они называются бистабильными.

При этом каждое состояние легко различимо по уровням напряжений на его выходах. Бистабильные триггеры, как правило, имеют два выхода (плеча), хотя о состоянии триггера можно судить по одному из них, который является прямым выходом и обозначается Q; второй выход называется инверсным и обозначается Q. О состоянии триггера достаточно судить по уровню сигнала на одном из его выходов. Последнее обстоятельство привело к разработке ряда триггеров с одним выходом, которые в отличие от парафазных, т. е. триггеров с двумя выходами, называются однофазными. Приняв одно из состояний триггера за 1 (т. е. Q = 1), второе за 0 (т. е.

Q = 0), можно считать, что триггер хранит (помнит) один бит информации, записанной в двоичном коде. При этом в зависимости от того, какая форма сигнала принимается за 1 и 0, т. е. в зависимости от способа кодирования (представления) состояний, все триггеры подразделяются на триггеры с потенциальным и импульсным кодированием. Отличительной особенностью первых является то, что каждому состоянию триггера ставится в соответствие наличие сигнала постоянной амплитуды высокого (близкого к напряжению питания) и низкого (близкого к нулю) логических уровней. При этом если сигнал на выходе триггера Q соответствует высокому уровню напряжения, говорят, что триггер находится в состоянии 1 (Q = 1), а если низкого, то в состоянии 0 (Q = 0).

Классификация триггеров может проводиться по различным определяющим признакам.

По способу организации логических связей различают:

-триггеры с раздельной установкой состояний "0" и "1" (RS-триггеры);

- со счетным входом (T-триггеры); универсальные с раздельной установкой состояний

"0" и "1" (JK-триггеры);

- с приемом информации по одному входу (D-триггеры);

- универсальные с управляемым приемом информации по одному входу (D-триггеры);

-комбинированные (например, RST-, RSJK-, RSD-триггеры и т.п.);

-со сложной входной логикой.

По способу записи информации триггеры подразделяются на несинхронизируемые (асин-

хронные, нетактируемые); синхронизируемые (синхронные, тактируемые).

По способу синхронизации различают триггеры синхронные со статическим управлением

записью и синхронные с динамическим управлением записью.

В синхронных триггерах со статическим управлением записью тактовый импульс начинает оказывать влияние только тогда, когда его уровень возрастает или до уровня "1", или уменьшается до уровня "0" в зависимости от элементной базы, на которой выполняется триггер. Триггеры, состояние которых изменяется в интервале действия уровней "1" или "0" тактового импульса, называются триггерами, срабатывающими по уровню, а триггеры, состояние которых изменяется по окончании действия уровней "1" или "0" тактового импульса, называются триггерами с внутренней задержкой. Информационные сигналы оказывают влияние на триггер лишь в течение действия тактового импульса. В синхронных триггерах с динамическим управлением записью информация регистрируется триггером в момент изменения амплитуды тактового импульса в определенном направлении, т. е. во время нарастания или спада его фронта.

По количеству информационных входов триггеры могут быть одновходовые, двухвходовые и многовходовые. Наибольшее распространение получили одно- и двухвходовые триггеры. Не следует путать количество информационных входов с количеством фактических входов, на которые поступают информационные сигналы, так как реально действующий информационный вход в структуре триггера может быть конъюнкцией дизъюнкцией или какой-либо функцией нескольких логических переменных, действующих на информационных входах, например, J=J₁ J₂ J₃;

K=K₁ K₂ K₃; J=J₁ J₂ J₃ и т. п.

По количеству тактовых входов различают триггеры однотактные, двухтактные и много-

тактные. Иногда к двухтактным относят двухступенчатые триггеры (MS-схемы), однако надо помнить, что основное назначение последних – получение эффекта временной задержки информационных сигналов в структуре триггера, если такой эффект нельзя реализовать с использованием каких-либо физических методов, например с помощью накопления зарядов и т. п.

По виду выходных сигналов триггеры разделяются на статические и динамические. Статические триггеры – триггеры, у которых выходные сигналы в устойчивых состояниях остаются

неизменными во времени.

Динамические триггеры – триггеры, у которых выходные сигналы вустойчивых состояниях изменяются во времени.

По способу запоминания информации могут быть триггеры с логической и физической организацией памяти. Первые выполняются на логических элементах И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ и т. д., а вторые являются элементами запоминающих устройств, в которых используются нелинейные свойства материалов (ферриты) или нелинейные вольтамперные характеристики компонентов (динисторы).

По способу хранения информации различают триггеры с активным хранением информации (выходной информационный сигнал действует постоянно); с пассивным хранением информации (выходной информационный сигнал может быть получен только с помощью специального опросного сигнала).

Поскольку триггеры в цифровых устройствах взаимодействуют с другими элементами

схемы, кроме их функционального назначения необходимо знать их схемотехнические параметры. Прежде всего, к этим параметрам необходимо отнести параметры логических элементов, накоторых выполнен триггер: об K – коэффициент объединения по входу; раз K – коэффициент разветвления по выходу, уровни "0" и "1", входные и выходные токи и т. д.

Специфическими параметрами триггера, в отличие от логических элементов, являются:

1. Разрешающая способность триггера раз t – наименьший интервал времени между входными сигналами минимальной длительности, вызывающими бесперебойное переключение триггера. Очевидно, что раз t зависит от того, какой смысл вкладывается в слова "бесперебойное переключение триггера". Принято считать, что триггер переключается бесперебойно, если любое значение выходного сигнала, определяемое правилами работы, имеет длительность, не меньшую среднего времени задержки распространения зд.р.ср t одного логического элемента схемы;

2. М аксимальная частота переключения триггера

Поскольку, как отмечено выше, выходные сигналы триггера при воздействии входных

сигналов с частотой макс. f имеют длительность зд.р.ср t, то, учитывая длительность фронтов

нарастания и спада, можно сделать вывод, что эти выходные сигналы являются недостаточным для надежной передачи информации в логические цепи, так как уровни "1" и "0" в этом случае не будут фиксироваться. Для обеспечения их фиксирования принято уменьшать частоту макс. f в 1,5 раза и считать ее рабочей, т. е.

где l – количество элементов в цепочке от входа информационного или тактового сигнала до выхода элемента, на котором подтверждается состояние триггера.

Из определения и t и зд.пер t следует, что l = k+ 1. Единица в этом выражении характери-

зует задержку распространения одного из логических элементов, на которых выполняется элементарная запоминающая ячейка триггера.

Совокупность параметров раб t, и t и зд.пер t определяет быстродействие триггеров и, в ко-

нечном счете, быстродействие цифровых устройств, построенных на их основе.

Дата добавления: 2015-03-29