Состязания логических элементов

Неодинаковую задержку прохождения сигнала в отдельных частях КЦУ (комбинационное цифровое или логическое устройство) иногда ассоциируют с "состязаниями" в скорости переключения логических элементов. В результате этого явления на выходах некоторых элементов могут появляться импульсные помехи. В некоторых случаях неодинаковая задержка прохождения сигнала в отдельных цепочках логических элементов может привести к импульсной помехе и на выходе КЦУ. Покажем это на примере.

Рассмотрим КЦУ представленную на рис. 30, а. Входной сигнал изменяется с кода 1000 на код 1111. Задержка в каждом логическом элементе tзад. Структурная схема КЦУ и временные диаграммы для данного примера приведены на рис. 30, б. В данном случае на выходе КЦУ при изменении кода входного сигнала 1000 на код 1111 кратковременно устанавливается нулевое значение (на время 3 * tзад), хотя по условиям работы выходное значение должно было сохраниться на единичном уровне

Это непосредственно вытекает из временных диаграмм, если пренебречь задержками переключения логических элементов Когда длительность помехи превысит определенную величину, возможно нарушение работоспособности подключенных к выходу КЦУ устройств (триггеров, счетчиков и т. д.). В подобных случаях "состязания" называют "опасными". Для борьбы с "опасными состязаниями" можно принять различные меры. Во-первых, иногда можно предусмотреть такой порядок смены входных кодов, при котором либо импульсные помехи не будут появляться на выходе вообще, либо их длительность уменьшится до безопасной величины. В необходимых случаях такую задержку можно ввести искусственно включением цепочки из четного числа инверторов. Во-вторых, при синтезе соответствующего КЦУ можно иногда найти такой вариант структурной формулы (а следовательно, и структурной схемы), при котором удается уменьшить величину импульсной помехи.

В подобных случаях "состязания" называют "опасными". Для борьбы с "опасными состязаниями" можно принять различные меры. Во-первых, иногда можно предусмотреть такой порядок смены входных кодов, при котором либо импульсные помехи не будут появляться на выходе вообще, либо их длительность уменьшится до безопасной величины. В необходимых случаях такую задержку можно ввести искусственно включением цепочки из четного числа инверторов. Во-вторых, при синтезе соответствующего КЦУ можно иногда найти такой вариант структурной формулы (а следовательно, и структурной схемы), при котором удается уменьшить величину импульсной помехи.

В-третьих, можно организовать синхронную передачу сигналов от одного устройства к другому. Для этого вводятся специальные импульсы синхронизации, которые задают моменты передачи информации между отдельными устройствами. Пауза между импульсами синхронизации может быть выбрана такой, чтобы за ее время закончились переходные процессы и на выходах устройств установились стационарные значения.

Синхронная передача информации в современных цифровых устройствах применяется очень широко. Этот вопрос уже обсуждался ранее, например при рассмотрении типовых КЦУ, в том числе мультиплексоров. Отметим, что наличие "состязаний" и возникающие при этом импульсные помехи влияют на надежность цифровых устройств.