Ошибки при проектировании схем с ЛЭ

Таблица истинности хорошо описывает работу схем с ЛЭ, пока сигналы не изменяются во времени (статический режим), или когда их фронты разнесены во времени существенно больше, чем время задержки элементов. При одновременном изменении входных сигналов сигнал на фронтах становится неопределенным, нестабильным и непредсказуемым. Поэтому при неправильном проектировании сложная схема может не работать, или работать неустойчиво (рис 5.6).

Рис 5.6. Появление короткого импульса на выходе логического элемента 2И-НЕ из-за задержек сигналов

На вход логического элемента 2И-НЕ приходят сигналы в противофазе, изменяющиеся почти одновременно с разницей на время задержки ЛЭ. В течение короткого времени на обоих входах может существовать две 1. В результате выход начнет переключаться из единицы в нуль. Но этот выходной импульс нестабильный, зависит от задержки, может успеть сформироваться, а может и не успеть. Это может вызвать нестабильную неисправность, выявить которую крайне сложно.

Чтобы бороться с такими паразитными импульсами, используется временное стробирование или тактирование, при котором вся схема не реагировала бы на эти импульсы, например, отключалась на некоторое время после изменения входных сигналов. Примером такого схемотехнического решения можно иллюстрировать на одном из распространенных применений комбинационных схем – селектировании кодов (рис 5.7).

Рис 5.7. Схема селектирования кодов со стробированием

Входной код подается на входы ЛЭ И-НЕ. При этом сигналы, соответствующие разрядам кода, в которых должны быть единицы, подаются на входы элементов И-НЕ непосредственно. А сигналы, соответствующие разрядам кода, в которых должны нули, подаются на вход элементов И-НЕ через инверторы. Выходные сигналы элементов И-НЕ объединяются с помощью элемента ИЛИ-НЕ. В результате на выходе элемента ИЛИ-НЕ формируется сигнал Y1, в тот момент, когда на входе присутствует нужный код. Однако в момент установления нужного кода и в момент его снятия возникает момент неопределенности, когда в выходном сигнале могут быть короткие паразитные импульсы, связаные как с неодновременным приходом различных разрядов, так и с внутренними задержками схемы. Более того, короткие паразитные импульсы могут возникать на выходе и в том случае, даже если оба этих кода не селектируются нашей схемой. Чтобы избежать появления паразитных импульсов используют стробирование или тактирование передаваемого кода. То есть помимо кода параллельно с ним передается стробирующий или тактирующий сигнал STR, задержанный относительно кода. Активным этот сигнал становится тогда, когда все предыдущие переходные процессы уже завершены, все разряды кода установились в нужные уровни и схема, обрабатывающая код уже закончила свою работу. А пассивным этот сигнал становится до начала новых переходных процессов. В результате, если будем разрешать выходной сигнал нашей схемы Y1 таким сигналом STR с помощью ЛЭ 2И-НЕ, то мы получим сигнал Y2 свободный от паразитных импульсов и периодов неопределенности.