Риски, возникающие в процессе работы Цифровых устройств.

Задержка в элементе зависит от большого числа факторов (технологических, напряжения питания, нагрузки, линий связи) и описывается статистическими закономерностями.Обычно задается максимальное время задержки. Отсюда следует, что нельзя сравнивать задержки в двух цепях, т.к. в принципе они могут быть сколь угодно малыми. Если же известны и минимальные задержки, то сравнение возможно при определенных условиях.

Пусть длинная цепь имеет число элементов N_д, а короткая – N_к. Тогда: , а .

В длинной цепи сигнал будет распространяться дольше, т.е. , если , или .

  Задержки не только ограничивают быстродействие цепей, но и создают ложные сигналы в цепи, которые могут быть опасны при нагружении КЦ на элементы памяти. В этом случае ошибки не исчезают со временем.Такие ложные сигналы называют рисками. Различают статические и динамические риски.
Статические риски возникают в случае, если при смене входных сигналов состояние выхода не должно измениться.
Например: цепь реализует операцию И-НЕ (штрих Шеффера) и предусмотрено одновременное изменение сигналов x₁ и x₂ с набора 10 на 01. Сигнал на выходе должен остаться постоянным – 1.

Рис.1.4.1                                             Рис.1.4.2

На рисунках 1.4.1 и 1.4.2 представлены два возможных случая соотношения между моментами переключения сигналов. На рисунке 1.4.2 показан механизм возникновения ложного сигнала. «0» – сигнал не предусмотрен логикой работы схемы и возможен статический риск сбоя.
Динамический риск сбоя возникает в том случае, если в схеме предусмотрено изменение состояния выходного сигнала. При этом в силу неодновременности переключения сигналов возможно многократное переключение выходного сигнала из «0» в «1» и обратно. Первый и последний переходы совпадают с алгоритмическим.

Кардинальный способ борьбы с рисками – применение синхронных устройств (запись информации после окончания переходных процессов).
УСТРАНЕНИЕ РИСКОВ СБОЯ В КОМБИНАЦИОННЫХ СХЕМАХ
Все методы, разработанные для устранения рисков сбоя в комбинационных схемах, можно объединить в три группы: структурные, функциональные и конструктивно-технологические.

Структурные методы направлены на получение необходимых свойств реализации устройства при неизменном алгоритме его работы.
Функциональные методы связаны с изменением алгоритма работы, в частности с изменением кодирования состояний входов.
Конструктивно-технологические методы ориентированы на получение требуемых ограничений на уровне используемых математических моделей.
Наиболее простыми для соответствующей математической модели являются структурные и функциональные методы, а наиболее сложными конструктивно-технологические, так как они часто связаны с разработкой принципиально новых видов производства интегральных цифровых схем.
Структурные методы. При соседней смене входных наборов в комбинационных схемах могут быть устранены статические риски сбоя.

В общем случае одной из основных задач синтеза комбинационных схем, свободных от статических рисков сбоя и представленных в дизъюнктивных нормальных формах (ДНФ), будет отыскание таких минимальных покрытий единичных клеток ФАЛ в карте Карно импликантами (контурами на картах Карно), в которых любые соседние единичные клетки покрыты по меньшей мере одной импликантой (контуром).

Аналогично для функции, представленной в конъюнктивной нормальной форме (КНФ), необходимо найти такое минимальное покрытие нулевых клеток карты Карно, в которым любые две соседние нулевые клетки

покрыты по крайней мере одним контуром.

На рис. 1.4.3 показаны карты Карно для функций, свободных от статических рисков сбоя ^ S1, при переходах между любыми соседними единичными клетками.

Карта Карно.

Рис.1.4.3

2.РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ