Разброс задержек тактового сигнала

Синхронная система на переключающихся по фронту триггерах работает правиль­но только в том случае, когда переключающий фронт тактового сигнала поступа­ет на все триггеры в один и тот же момент времени. В противном случае, два триггера теоретичес­ки управляются одним и тем же тактовым сигналом. При этом один триггер «видит» так­товый сигнал, который заметно задержан по отношению к тактовому сигналу, который «видит» другой триггер. Это различие между моментами прихода тактово­го сигнала на различные устройства носит название разброса задержек такто­вого сигнала.

Если за­держка распространения в триггере FF1 от входа CLOCK до выхода Q1 мала и при этом физическое соединение выхода с триггером FF2 является коротким, то изменение значения выхода Q1 по фронту сигнала CLOCK может и достичь триггера FF2 до того, как на этот триггер поступит фронт сигнала CLOCKD. В этом случае триггер FF2 может перейти в неправильное следующее состояние, определяемое следующим состоянием триггера FF1, а не текущим его состоянием. Если изменение значения выхода Q1 приходит на триггер FF2 лишь немного раньше относительно сигнала CLOCKD, то может оказаться нарушенным требование, касающееся времени удержания триггера FF2, и в этом случае триггер FF2 может стать метастабильным и выработать непредсказуемое значение сигнала на своем выходе.

В большой системе коэффициент разветвления по выходу у источника такто­вого сигнала может быть недостаточным для подачи одного и того же сигнала на тактовые входы всех устройств. Поэтому могут понадобиться две или большее число копий тактового сигнала. Метод буферизации, указанный на рис. (a), вносит дополнительный разброс задержек тактового сигнала, поскольку сигналы CLOCK1 и CLOCK2 оказываются задержанными по отношению к сигна­лу CLOCK на время прохождения через буферы.

Рекомендуемый способ размножения сигналов приведен на рис. 8.86(b). Все тактовые сигналы проходят через идентичные буферы с примерно равными за­держками. В идеальном случае все буферы должны быть элементами, находя­щимися в одной и той же интегральной схеме; тогда все они обладают близки­ми временными характеристиками.

Однако способ буферизации также может вносить до­полнительный разброс задержек тактового сигнала, если нагрузка для одного из сиг­налов оказывается значительно большей, чем для других: переходы в тактовом сиг­нале с большей нагрузкой будут происходить позднее из-за увеличения задержки переключения выходных транзисторов, а также из-за того, что становятся большими время нарастания и время спада сигнала. Поэтому необходимо сбалансировать нагрузку различных тактовых сигналов, принимая во внимание как нагрузку по постоянному току, так и на­грузку по переменному току.

Хотя методология синхронного проектирования позволяет упростить алго­ритм работы большой системы, все же, в случае, когда в качестве запоминающих элементов используются переключающиеся по фронту тригге­ры, главной проблемой может оказаться разброс задержек тактового сигнала. Чтобы преодолеть это затруднение, во многих высокоскоростных системах и в СБИС применяется проектирование по принципу двухфазных защелок. При таком проектировании каждый переключающийся по фронту D-триггер разбивается на две составляющие его защелки, которыми управляют тактовые сигналы с непе­рекрывающимися рабочими фазами. Зазор между рабочими фазами поглощает разброс задержек тактового сигнала.

Различие в длине проводников и разная нагрузка являются очевидными при­чинами разброса задержек тактового сигнала. Также разброс задержек такто­вого сигнала может быть вызван перекрестным помехами, то есть наводка­ми с одной сигнальной линии на другую. Перекрестные помехи неизбежны, если проводники проходят на печатной плате или внутри микросхемы парал­лельно на малом расстоянии друг от друга, при этом наводки возникают в моменты переходов сигналов с одного уровня на другой. Сигнал, соседний с тактовым, может изменяться в том же направлении или в противоположном. В зависимости от этого переход в тактовом сигнале может ускоряться или замедляться, в результате чего будет казаться, что переход происходит рань­ше или позже.

В большом устройстве на печатной плате или внутри специализированной ИС, как правило, нереально отследить и устранить все возможные источники разброса задержек тактового сигнала. Поэтому большинство производите­лей специализированных ИС требуют от проектировщиков, чтобы те предус­мотрели дополнительный запас по времени установления и времени удержа­ния, эквивалентный задержке нескольких вентилей, в дополнение к тому минимуму, который следует из временных диаграмм, полученных путем мо­делирования. Только в этом случае все неизвестные факторы оказываются преодоленными.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: