Синхронизатор для двухфазной системы синхронизации

Схема синхронизатора на базе прозрачных защелок представлена на рис. 34.

Рис. 34. Схема синхронизатора на базе прозрачных защелок

и временные диаграммы ее работы

Пусть входной сигнал асинхронный и может прийти в любое время. Если фронт входного сигнала поступит не позже граничного момента времени t ₃, например, в моменты времени t ₁, t ₂, ( примыкает слева к t ₃), то он вызовет последовательность срабатываний элементов, показанных штриховыми линиями. В результате на выходе синхронизатора сформируется одиночный импульс А, совпадающий по времени с синхроимпульсом 2 последовательности С 2.

Если фронт входного сигнала поступит позже граничного момента времени t ₄, например, в моменты времени , t ₅ ( примыкает справа к t ₄), то триггер DD 1 не успеет переключиться по синхроимпульсу 1 последовательности С 1 и переключится по фронту синхроимпульса 3, что вызовет последующие срабатывания элементов. Выходной сигнал синхронизатора (импульс В) сдвинется во времени, но будет сформирован также только один. Сдвиг импульса В во времени относительно импульса А равен такту (периоду) синхронизации, но это не принципиально, так как входной сигнал асинхронный.

Триггер DD 1, как принято говорить, выполняет роль арбитра, решающего, к какому из двух соседних синхроимпульсов отнести момент появления асинхронного входного сигнала.

Интервал времени между моментами t ₃ и t ₄ является интервалом неопределенности. Во время этого интервала энергия той части входного сигнала, которую пропустил синхроимпульс 1 последовательности С 1, может быть достаточна для перевода триггера DD 1 в некоторое промежуточное состояние, но не достаточна для его переключения. Однако это промежуточное состояние неустойчиво и триггер сам переключится или в 0 или в 1. В то же время, чем ближе это промежуточное состояние к напряжению порога квантования (точка равновесия), тем длительнее будет этот переход. Такое аномальное состояние триггера DD 1 принято называть метастабильной аномалией.

Фронты выходного сигнала триггера DD 1 в процессе его выхода из аномального состояния будут затянуты, поэтому его выход не может быть выходом синхронизатора. Таким выходом может быть триггер DD 2, фиксирующий строго по срезу синхроимпульса последовательности С 2 то состояние, в котором к этому моменту оказался триггер DD 1. С вероятностью, близкой к 1, это будет одно из его устойчивых состояний (0 или 1), в которое триггер успеет перейти от среза импульса 1 последовательности С 1 до среза импульса 2 последовательности С 2.

Однако не исключена возможность «зависания» триггера DD 1 в состоянии неустойчивого равновесия и на большее время, чем интервал времени между указанными срезами. По расчетам, подтвержденным экспериментальными данными, доля случаев зависания триггера DD 1 на время, более чем в 10 раз превышающее задержку переключения его элементов, равна 10^-5-10^-6.

Для гарантии отсутствия сбоев из-за аномалий можно искусственно «раскачивать» триггер DD 1, лишая его возможности находиться в точке неустойчивого равновесия. Для этого достаточно подмешивать к входному сигналу «меандр» или синусоиду с амплитудой ниже уровня переключения триггера и с периодом, в несколько раз превышающим время его переключения.

Минимальная длительность входного сигнала ограничена, так как при любом моменте времени его поступления должно быть обеспечено его взаимодействие со срезом хотя бы одного синхроимпульса последовательности С 1. Тогда минимальная длительность входного сигнала должна быть равна периоду синхроимпульсов плюс сумма времен подготовки и выдержки данных, необходимых для триггера DD 1. Максимальная длительность входного сигнала ограничений не имеет, так как по срезу входного сигнала триггеры синхронизатора будут переключаться в том же порядке (DD 1- DD 2- DD 3), но элемент DD 4 выходного импульса не сформирует.

Если входной сигнал должен быть преобразован не в одиночный импульс, а в уровень, например, в сигнал переключения режима работы, то выходной сигнал синхронизатора нужно снимать с выхода триггера DD 2.

На практике встречается простое решение построения синхронизатора, когда входной сигнал и синхроимпульсы подаются на конъюнктор (рис. 35).

Если в этой схеме фронт входного сигнала поступит уже во время действия синхроимпульса, то сигнал на выходе конъюнктора будет укороченным. Тогда часть последующих ЦФУ схемы на этот сигнал среагирует, а часть – может не среагировать.

Рис. 35. «Простая»схема синхронизатора

Беда подобных решений в том, что в основном они работают без сбоев, поскольку их вероятность мала. Однако причину возникающих при этом отдельных сбоев в ЭС установить невозможно, так как они именно отдельны и случайны.