Тригери, тригерні схеми (RS-тригери. Загальна характеристика тригерних схем. D-тригери. JK-тригери. Т- та ТV-тригери), страница 11

В процесі проектування часто виникає необхідність в заведенні зворотніх зв’язків в синхронних схемах. В таких випадках необхідно дотримуватись наступних правил:

·  В усіх схемах з двофазною синхронізацією петля зворотнього зв’язку як з логічними елементами, так і без них повинна починатись з виходу тригерів, що синхронізуються одною фазою і закінчуватись на вході тригерів, що синхронізуються другою фазою;

·  Недопустимі зв’язки, які передають сигнали з виходу однієї групи тригерів на вхід другої, що синхронізується однією і тією ж фазою.

З вказаних правил витікає, що відсутність в схемах з двофазною синхронізацією замкнутих кіл забезпечується тим, що в будь-який момент часу хоча б один з запам’ятовуючих пристроїв є виключеним і не передає інформацію з входу на вихід. Ці умови можуть бути забезпечені і при використанні однофазної синхронізації, якщо використовувати тригери, які не є “прозорими” для інформаційного сигналу, – наприклад, динамічні тригери. Особливості використання динамічних тригерів в схемах однофазної синхронізації пояснюються на рис. 4.41. Для розподілення комбінаційних схем KCI, KCII використовуються динамічні тригери, запис інформації в які проходить за фронтом синхроімпульсу. До моменту часу t₀ всі перехідні процеси в комбінаційній схемі КС повинні завершитись, залишивши невеликий резерв часу підготовки t_П до появи фронту синхроімпульсу. Поява його в момент t₁, як відомо з роботи динамічних тригерів, не призводить до миттєвої зміни його станів, а початок цього процесу затримується на інтервал часу витримки t_В. Через інтервал затримки t_ЗТ в зміні станів виходів тригерів нові дані з’являються на вході комбінаційної схеми (наприклад, схеми KC I), і в ній починається описаний процес гонок, який супроводжується протягом часу затримки комбінаційної схеми t_ЗКС до моменту часу t₄. З аналізу розглянутих динамічних процесів витікає, що фактично тактова частота  визначається часом t_ЗКС .

При однофазній синхронізації допускається  використання тригерів, які в різних модулях мають різні моменти зміни станів. Наприклад, тригери пристрою RGI спрацьовують за фронтом, а RGII – за спадом. Завдяки такій комбінації з’являється можливість використовувати КС з різними інтервалами затримок.

Особливістю однофазної синхронізації є складність її використання при розгалуженій системі синхронізації. Пояснюється це тим, що на окремих ділянках схеми синхронізації можуть виникати суттєві затримки. Інформаційні сигнали для ланки схеми, що розглядається, можуть не мати затримок. Як результат цього явища, неспівпадіння інформаційних тактів з фронтами синхросигналу – наприклад, N-го такту синхросигналу з (N+1) тактом інформаційного сигналу. Проконтролювати подібну ситуацію не завжди можливо, тому однофазна синхронізація находить обмежене використання.

Двофазна і багатофазна синхронізація не має вказаного недоліку через те, що вона має можливість попередньо врахувати будь-які затримки як в передачі синхросигналів, так і інформаційних сигналів.

Важливо звернути увагу і на інші переваги багатофазної синхронізації. Перш за все, модулі пам’яті в багатофазних схемах синхронізації можуть бути побудовані на найпростіших синхронних тригерах, а принципових обмежень на типи тригерів практично немає. Практично немає обмежень на часові співвідношення в імпульсних послідовностях синхросигналу, або крутизну фронтів, що є обов’язковими для динамічних тригерів. Вказані переваги багатофазних схем синхронізації, незважаючи на складність побудови розгалуженого дерева синхронізуючих сигналів, приводять до того, що в складних цифрових схемах використовуються переважно вони. Однофазні схеми знаходять використання лише в окремих вузлах або нескладних схемах – регістрах, лічильниках і т. п. Часто однофазна синхронізація використовується в мікроконтролерах, в яких немає необхідності багатоступінчатого розмноження сигналів.

   4.7.2. Узгодження вхідних сигналів

Сигнали, що подаються на цифрові схеми з зовнішніх пристроїв, мають характеристики, які можуть суттєво відрізнятись від стандартів цифрових сигналів. Невідповідність між ними може суттєво вплинути на роботу цифрових схем.

Найпростіше вирішуються задачі узгодження полярності та амплітуд сигналів, адже в різних серіях цифрових мікросхем випускається достатня кількість перетворювачів рівнів сигналів.

Більш суттєвими задачами є такі, як тривалість фронтів та прив’язування вхідних сигналів до синхросигналів цифрових пристроїв.

Скорочення фронтів. Ця задача пов’язана з тим, що ряд джерел інформаційних сигналів має велику тривалість фронтів, яке значно перевищує тривалість фронтів логічних елементів. Як результат, навіть незначна неідентичність порогових рівнів логічних елементів буде призводити до значного часового розкиду моментів їх спрацьовування. В інтервалі напруг, близьких до порогових рівнів транзистори логічних елементів можуть знаходитись в активному режимі, що приводить до значних витрат потужності, перегріву, появи автогенерації, крізних струмів великих величин.

Для попередження подібних ситуацій необхідно перетворити пологі фронти в круті, які співпадали б з тривалістю фронтів використовуваних логічних елементів. Такі задачі вирішуються за допомогою тригерів Шмідта, які мають підвищені пороги спрацьовування. Ці елементи описані раніше.

Тремтіння контактів. Цей недолік будь-яких систем пов’язаний з вібрацією, що має місце при ударі. Це явище спостерігається в будь-яких контактних системах – реле, кнопках, клавіатурі комп’ютерів.

Частота вібраційних коливань контактів при їх замиканні знаходиться в межах від сотень герц до одиниць кілогерц, тому при зміні стану реле або при замиканні кнопкового контакту на вхід цифрової схеми поступає не сигнал, як зображено на рис. 4.32, а, а імпульсна послідовність (рис. 4.32, б), яка має місце в інтервалі часу t₁ – t₂.  Для ліквідації вказаного недоліку електромеханічних схем використовуються шунтуючі електронні пристрої.