183763. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés szinkron számlálóláncok sebességének növelésére
1 183 763 2 A találmány tárgya olyan eljárás és berendezés, amely lehetővé teszi a szinkron számláló integrált áramkörök felhasználását szinkron számlálóláncokban azokon a frekvenciákon is, amelyeken a terjedési idők által szabott határok miatt a működés már nem volna biztosítható. A digitális tervezés során gyakran előfordulnak olyan feladatok, hogy egy órajelet számlálóval kell számolni. A szinkron számláló integrált áramkörök, mint ismeretes elemi tárolókból és kombinációs hálózatokból épülnek fel olymódon, hogy az elemi tárolók működése egyidejűleg történik a közös órajelre. Ilyen számlálók egy integrált áramkörbe ingetrálva készülnek négybites dekadikus vagy bináris kivitelben. A szinkron számlálókat a digitális tervezés során akkor használjuk előnyösen, ha a számlálás során a számláló tartalmát ki kell olvasni. Mivel a szinkron számlálók elemi tárolóelemeinek állapotváltozásai a működtető órajelre egyidejűleg történnek, az óraciklusok között a számláló bitjeit egyszerre egy adott jellel kiolvashatjuk. A szinkron számlálók összekapcsolásával az egyes számláló integrált áramkörökből a feladathoz szükséges hosszú számlálóláncok felépíthetőek. Ilyenkor az egyes számláló integrált áramkörök számlálást engedélyező bemenetére engedélyező jelet juttatunk, ha a kisebb helyiértékű számláló integrált áramkörök bitjeinek állapota lehetővé teszi a számlálást. Az engedélyező jelet az előző összes bit vizsgálata helyett az egyes áramkörök egy olyan jelzőbitjéből állították elő, amely jelzi, hogy a számláló integrált áramkör megtelt, ha felfelé számolunk — vagy nulla, ha lefelé számolunk —. A számlálóláncban valamelyik számláló integrált áramkör számára engedélyező jelet akkor állították elő, ha a kisebb helyiértékű számláló integrált áramkörök jelzőbitjei az engedélyezéshez szükséges logikai szinten vannak . Az egyes jelzőbitekből egy kombinációs hálózat állítja elő az engedélyező jelet. Amennyiben a számlálólánc csak két integrált áramkörből áll, akkor a kisebb helyiértékű számláló integrált áramkör jelzőbitje egyben az engedélyezőjel is. Az egyes számláló integrált áramkörök TI jelzőbit előállítási idő alatt állítják elő a jelzőbitet. Ha a számlálólánc több számláló integrált áramkörből áll, akkor a jelzőbit nem azonos az engedélyező jellel, ezért az engedélyező jelet a számláló integrált áramkörök jelzőbitjeiből kombinációs hálózattal kell előállítani. Abban az esetben, ha egy számlálóláncon belül több engedélyező jelet kell előállítani és ezek előállítási ideje különböző, akkor a leghosszabb előállítási időt igénylő engedélyező jel előállítása T2 kombinációs hálózat működési időt igényel. Az is szükséges, hogy az engedélyező jel meghatározott T3 előkészítési idővel az órajel működését kiváltó éle előtt már az engedélyezendő számláló integrált áramkör engedélyező bemenetén legyen. Ahhoz, hogy a számláló integrált áramkörökből felépített számlálclánc helyesen számláljon, az órajelek működést kiváltó élei egymástól (T1+T2+T3) időnél hamarabb nem következhetnek be. Ha a számlálólánc csak két számláló integrált áramkörből áll, és a kisebb helyiérték küszöbszámláló integrált jelzőbitje egyben az engedélyező jel is, akkor az órajel működést kiváltó élei (T1+T3) időtartamánál hamarabb nem követhetik egymást. A jelenleg gyártott számláló integrált áramkörök, a katalógus adatok alapján, a jelzőbit előállításához szükséges idő és az előkészítési idő által meghatározott frekvenciánál, l/Tl+T3-nál nagyobb határfrekvenciával rendelkeznek. A probléma akkor jelentkezik, ha egy számláló integrált áramkör kevés a számlálási feladathoz és több számláló integrált áramkörből kell a számlálóláncot felépíteni. Ekkor az így felépített számlálólánc maximális működési frekvenciája az egyedi számláló integrált áramkörök maximális működési frekvenciájához képest lecsökken, különösen jelentős a csökkenés az ECL és CMOS áramköröknél. Példaként megemlítjük a Motorola MC 10136-os négybites hexadecimális számláló integrált áramkörét. A katalógus 25 °C környezeti hőmérsékletre erre az áramkörre a következő adatokat adja: minimális tipikus maximális felső számlálási határfrekvencia 125 MHz 150 MHz — carry out megjelenése az órajel működést kiváltó éléhez képest (TI) 2,5 ns 7 ns 10,5 ns carry in bemenet előkészítési ideje (T3) 3,1 ns — -Ha kettő darab MC 10136 típusú szinkron számláló integrált áramkörből építenek fel szinkron számlálóláncot, akkor a kisebb helyiértékű szinkron számláló integrált áramkör jelzőbítje a carry out, amit közvetlenül a következő, nagyobb helyiértékű számláló integrált áramkör engedélyező bemenetére, a carry out bemenetére kapcsolták. Ekkor a carry out jelzőbit egyben az engedélyező jel is, és így a T2 idő elhanyagolható. A minimális felső számlálási határfrekvencia periódusideje 8 ns. Ha ilyen periódusidejű órajellel működtették a számlálóláncot, akkor a legrosszabb esetre való tervezés elvét alkalmazva a T1+T3 idő összege 13,6 ns, vagyis nem lehet garantálni a működést. Ha a tipikus értékként megadott Tl-et vesszük, akkor T1+T3 összegére 10 ns adódik, és ez több az órajel periódusidejénél. A megbízható működést a katalógusban megadott minimális adatokkal lehet biztosítani ugyan, de ehhez az MC 10136 típusú szinkron számláló integrált áramköröket határadataik alapján kell válogatni és csak azok használhatóak, amelyek megfelelően kedvező határadatokkal rendelkeznek. Ez a fajta válogatás viszont rendkívül megdrágítaná alkalmazásukat, mivel döntő többségük a tipikus adatokkal jellemezhető. Továbbá a válogatás rendkívül költséges műszereket kíván. Amennyiben nyolcbitesnél hosszabb szinkron számlálólánc felépítése a feladat, azaz legalább három MC 10136-ból kell a szinkron számlálóláncot felépíteni és azt a felső határfrekvencia közelében kívánják működtetni, akkor a legkedvezőbb adatokat feltételezve sem biztosítható a működés. Ekkor ugyanis a T2, a kombinációs hálózat működési ideje nem lesz elhanyagolható. Az ismer megoldásoka több szinkron számláló integrált áramkör összekapcsolása esetén jelentkező felső határfrekvencia csökkenést úgy kerülik el. hogy felépítenek egy szinkron számlálóláncot és elé egy aszinkron osztóáram5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
