Классификация триггерных устройств. Требования и параметры, характеризующие триггерные устройства (стр. 3 из 4)

Вид переходного состояния триггера.

Триггеры, имеющие парафазные выходы

и , при своем переключении могут кратковременно находиться либо в состоянии , либо . Длительность такого состояния, которое определяется переходными (регенеративнымиционными) процессами в триггере, весьма незначительна и зависит от его элементной базы. Однако учет такого состояния в некоторых случаях оказывается важным, особенно при проектировании схем распределителей и сдвигающих регистров.

Число установочных, информационных, синхронизирующих и разрешающих входов.

Триггер всегда выполняется с определенным числом перечисленных входов, которое определяется конкретным его применением. В общем случае триггер может содержать либо весь перечень входов, приведенный на рис. 1., либо в простейшем случае только один или два информационных входа.

При включении питания на какое-либо устройство часто требуется, чтобы все либо часть его триггеров находились в определенном состоянии. Это достигается подачей импульсных сигналов, вырабатываемых специальными схемами, на установочные виды триггера, называемые входами непосредственной установки Sd, Rd. Кроме установочных триггер может иметь разрешающие входы (см. рис. 1.), которые позволяют заносить информацию в триггер только при наличии на нём разрешающего сигнала. При отсутствии такого сигнала триггер не воспринимает входную информацию. Отсюда следует, что по логике работы разрешающие входы аналогичны тактовым входом С и, как правило, могут их заменить. (Назначение синхронизирующих и информационных входов рассмотрено раньше)

Эквивалент нагрузки триггера по тактовому входу

.

Этот параметр показывает, какое число триггеров со стороны тактового входа С может быть подключено к типовому элементу без нарушения его работоспособности. Учет этого параметра особенно важен при проектировании сдвигающих регистров и пересчетных устройств. Для триггеров, выполненных на типовых ЛЭ, параметр

определяется числом связей Sc тактового входа С с остальными элементами триггера.

Нагрузочная способность триггера по выходу

.

В реальных устройствах выходы триггера нагружены, т.е. подключены к входам других ЛЭ. Число таких элементов (нагрузок) всегда известно и не может превышать определенного числа

, называемого нагрузочной способностью триггера. Параметр показывает какое число элементов можно подключить к выходу триггера, не вызывая отклонения выходных напряжений от установленных логических уровней. Этот параметр зависит от нагрузочной способности элементов , числа связей выхода триггера Qс остальными элементами триггера и при выполнении его на типовых ЛЭ определяется из выражения

, где — число связей выходного плеча триггера.

Быстродействие триггера оценивается максимальной частотой следования входных сигналов

, при которой триггер полностью выполняет свои функции. Максимальная частота зависит от задержек выполнения логических операций элементами триггера. В общем случае любого триггера можно рассчитать по формуле:

,

где

— минимальная длительность сигнала (информационного или тактирующего), при которой не нарушается работа триггера;

— минимальная длительность паузы между сигналами записи информации, обеспечивающая нормальную работу триггера.

Иногда параметр

оценивается через параметр — минимальный временной интервал между двумя переключающими импульсами или разрешающее время триггера.

Требование функциональной надежности.

Это требование предполагает схемную реализацию триггера, в котором отсутствуют опасные состязания. В логических элементах с памятью, т.е. в схемах с обратными связями, под воздействием входных сигналов могут изменить состояния сразу несколько элементов памяти. В этих случаях говорят, что в схеме существуют состязания сигналов обратных связей или просто – состязания сигналов. Если под воздействием входного сигнала схема из одного состояния может перейти в различные состояния в зависимости от задержек в элементах схемы, то в этом случае состязания называются критическими или опасными. Считается, что схема функционально надежна, если она свободна от опасных состязаний. При их наличии функциональную надежность оценивают с помощью параметра

, именуемого относительной длинной состязающихся цепей. Доказано, что для некоторых видов состязаний триггер функционально надежен, если выполняется условие

,

Где

, — число элементов в состязающихся цепях;

и — временной разброс задержек выполнения логической операции элементами.

Аппаратурные затраты Азт.

Этот параметр позволяет оценить суммарные затраты по числу корпусов ИМС, пользуясь формулой

,

Где

— число корпусов ИМС i-го типа.

При определении потребляемой мощности триггера следует иметь ввиду:

а) Число логических элементов в триггере

.

Этот параметр, который определяется суммарным числом ЛЭ в триггере, относится к разряду важнейших, так как позволяет оценить мощностные затраты триггера.

Учитывая, что в двоичных триггерах, как правило, число элементов, находящихся в состоянии 0, примерно равно числу элементов, находящихся в состоянии 1, и само число элементов сравнительно невелико, мощность потребляемую триггером в статическом состоянии (

) , можно достаточно точно подсчитать по формуле

,

где

— средняя мощность, потребляемая элементом;

мощность, потребляемая элементом в состоянии 0;

мощность, потребляемая элементом в состоянии 1.

б) Число переключаемых за период элементов

.

Учет параметра

при выборе оптимального варианта триггера необходим в том случае, когда триггер проектируется на элементах, потребляющих в момент переключения заметно большую мощность, чем в статическом состоянии. К последим можно отнести ТТЛ- и особенно КМОП- элементы.

Повышенный расход мощности в момент переключения является причиной не только увеличения средней мощности, потребляемой триггером, но и возникновения значительных импульсных помех в цепи питания. Поэтому уменьшение числа переключаемых элементов имеет важное значение для снижения как потребляемой мощности, так и уровня генерируемых помех. У традиционных, т.е. двоичных триггеров, особенно триггеров типов D, T, JK, и RS, в стадии переключения участвуют практически все элементы. Поэтому для таких триггеров параметр

можно считать примерно равным числу его элементов, т.е. . По числу переключаемых за период элементов можно определить дополнительную мощность , потребляемую триггером в динамическом режиме:

,