7.2. Состязания в кцу

Неодинаковую задержку прохождения сигнала в отдельных частях КЦУ иногда ассоциируют с “состязаниями” в скорости переключения логических элементов. В результате этого явления на выходах некоторых элементов могут появляться импульсные помехи.

Пример. Рассмотреть временные диаграммы в КЦУ, заданном структурной формулой

(7.2.)

Входной сигнал изменяется с кода 001 на код 111. Задержка в каждом логическом элементе t_здр. Структурная схема КЦУ и временные диаграммы для данного примера приведены на рис. 7.2.1.

Р ис. 7.2.1. Структурная схема и временные диаграммы КЦУ

В данном случае на выходе КЦУ при изменении кода входного сигнала 001 на код 111 кратковременно устанавливается нулевое значение (на время 3t_здр), хотя по условиям работы в соответствии с (7.2.) 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 ними можно принимать 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. Можно показать, что в рассмотренном на рис 7.2.1 примере задержка момента перехода в единичное состояние сигнала X₁ по отношению к сигналам X₂ и X₃ приводит к пропорциональному уменьшению длительности помехи на выходе. 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.