197109. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés kis helyigényű, nagy sebességű hazárdmentes számlánc és állapotdekóder kombináció mikroelektronikai áramkörbe történő realizálásához
1 197109 2 | A találmány tárgya kapcsolási elrendezés kis i helyigényű és nagy sebességű hazárdmentes számlánc és állapotdekdder kombináció megvalósítására, különösen CMOS integrált áramkörökben történő felhasználásra. A digitális technikában gyakori feladat, hogy egy számlánc előírt állapotainak hazárdmentes dekódolására van szükség. A feladat hagyományos módon ügy oldható meg, hogy számláncként szinkron számlálót, dekóderként PROM vagy PLA áramköröket vagy a nagyobb helyet igénylő, de olcsóbb kapuáramköröket alkalmazzuk. Berendezésorientált CMOS integrált áramkörökben könnyen előfordulhat, hogy a szinkron számláló kimenetei hazárdosak. Igaz ugyan, hogy az összes tároló egyszerre kap órajelet, de az átbillenés sebessége különböző lehet, mert a tárolók terhelő kapacitásai nem egyformák, a tárolóelemek billenési sebessége pedig a terhelő kapacitással közelítőleg arányos. Mivel a terhelő kapacitások igen erősen függenek a belső vezetékezéstől, ez rendkívül megnehezíti a belső áramköri struktúra megtervezését. A kész áramkör hazárdmentessége csak az integrált áramkör legyártása után ellenőrizhető, ezért ilyen feladatokra a szinkron számláló felhasználása nagy tervezési-költség kockázatot jelent. Hazárdmentes számlálásra ismert megoldás a csavart gyűrűs számláló alkalmazása. Mivel ez a számláld kapuzás nélkül, közvetlenül láncba kapcsolt D tárolókból áll, sebessége maximális, az aszinkron számlálóéval egyenlő. Működéséhez szükséges, hogy kezdeti állapotban a számláló tárolóiba ne kerülhessen olyan kód kombináció, amely üzemszerű működés közben nem fordul elő, ugyanis a számlánc nem öntisztuló. A megfelelő kezdeti állapot beállítását célszerűen a tárolók egyidejű törlésével lehet megoldani. A hazárdmcntesség azért garantált, mert minden órajelre csak egyegy tároló vált állapotot. A csavart gyűrűs számláló bármelyik állapota dekódolható egy kétbemenetű ÉS (NEM-ÉS) vagy VAGY (NEM-VAGY) kapu segítségével. Ezen számláló nagy hátránya, hogy túl sok tároló elem kell a megvalósításához. Ugyanis egy n tagú csavart gyűrűs számlálóval k —2n állapotú számláló építhető fel, míg bináris számláló esetén k-=2" állapot érhető el. így például egy 8 bites szinkron számlánc, mely 8 tároló elemből áll és így 256 állapotot vehet fel, már gazdaságosan nem helyettesíthető, hiszen ekkora számláncot csavart gyűrűs számlálónál 128 db tárolóból lehet csak felépíteni. A találmány azon felismerésen alapul, hogy a dekódolandó állapotot jellemző k szám felírható, mint k=ck<2>+k<‘> ahol k0) egy SZ, számlánc dekódolt állapota, k(Z) egy SZ, számlánc dekódolt állapota, c egy tetszőleges pozitív egész szám. A k állapot hazárdmentes lesz, ha kd)-et és k(Jl-t egy-egy hazárdmentes, — előnyösen csavart gyűrűs — számlálóval és dekódcrrcl állítjuk elő és biztosítani tudjuk, hogy a két számláló szinkronban működjön oly módon, hogy SZ2 számláló SZ, számláló minden c-edik állapotánál lép egyet. SZ, számláló maximális kihasználása érdekében c=k<n‘L+l választással élünk, ahol k(n'j,, az SZ, számláló legmagasabb dekódolható állapota. Ezen legmagasabb dekódolható állapot mindkét számlálónál az elemi cellák számából (n) számítható. Mivel a digitális technikában egy p állapotú számlánc első állapota nulla számértékű, a legmagasabb állapot számértéke p—1. Ezt figyelembe véve: k(b =2n,-l kSx=2n,~l c-“2n, A maximális dekódolható állapot: *m.x“2nik£)«+kSJ, Ebből: km»“4n1n2+2(n2-n,)-l Abban az esetben, ha SZ, és SZ, számlálók azonos számú tároló elemből állnak (n=n, = n2): kmíX=4n2—1 ^„=255 állapot dekódolásához tehát 2 darab, 8—8 tároló elemből álló számláló szükséges, míg a hagyományos csavart gyűrűs számlálóhoz 128 db kellett. A találmány szerinti berendezés kiviteli alakja az 1. ábrán látható, amelyben órajel bemenettel és kezdő helyzetbe állító bemenettel rendelkező csavart gyűrűs számlánc kimenetei, kapukból álló állapotdekóder bemenetelre vannak kötve oly módon, hogy W egy kapuhálózat bemenetelre A„ A2 állapotdekóderek kimenetei vannak kötve, melyek bemenetéire SZ,, SZ, gyűrűs számlálók kimenetei vannak kötve, az SZ, csavart gyűrűs számláló CP, órajel bemenetére közvetlenül vagy közvetve célszerűen S késleltetőn keresztül CP az elrendezés órajel bemenete van kötve, továbbá SZ, a csavart gyűrűs számláló CP2 órajel bemenetére G kapu kimenete van kötve, és a G kapu egyik bemenetére CP az elrendezés órajel bemenete, másik bemenetére az egyik A, állapotdekóder kjü, maximális dekódolt állapot kimenete van kötve, a G kapu rendelkezik egy harmadik TEST bemenettel is, továbbá SZ,, SZ, csavart gyűrűs számlálók kezdő helyzetbe állító bemenetére MR reset bemenet van kötve. Az elrendezés CP órajel bemenetéről érkező órajel vezérli CP, órajel bemenetén az SZ, csavart gyűrűs számlálót, mely n, darab tároló elemből áll. Az SZ, csavart gyűrűs számláló QJö...Qn<,^ kimenő jelei, valamint negáltjaik a szükséges k(|ü...kW, állapotok kiválasztására az A, állapotdckóderbe kerülnek. Az A, állapotdekóder bármely 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5C 55 60 65 2
