ГОСТ РМЭК 821-2000
ПРИЛОЖ ЕНИЕD
(справочное)
Мстаелабильноезъи ресинхронизация
D.1 Введение
Правильная работа логических устройств базируется на определенных временнйх соотношениях между
входным и тактовым сигналами (например, требованиях ко времени установления и удержания для D-
триггеров). Во многих случаях знание таких соотношений не может быть гарантировано. Так сигналы подси стем.
вырабатываемые по независимым синхросигналам, и сигналы, поступающие извне, служат примером
асинхронного взаимодействия, где могут возникнуть всевозможные временные соотношения.
Когда не соблюдаются ограничения временных соотношений входных сигналов последовательной схе
мы (в простейшем случае триггер), то ее поведение может стать непредсказуемым или предсказуемым только
статистически, вследствие явления, называемого мстастабихыюстыо. которая может стать причиной трудно
выявляемых или случайных ошибок. Мегастабильность неизбежна, поскольку она связана с основной неопре
деленностью времени принятия решения: для двух фронтов отстоящих друг от друга на I мкс легко
решить, который будет первых), немного труднее это сделать, если их отделяет I нс, и. практически,
невозможно, если время сдвига составляет 1 не (любая физическая система имеет конечное временное
разрешение). Одна ко правильная методика конструирования и выбор надлежащей технологии могут
наложить известные огра ничения на вероятность опасности метастабильности.
С возрастанием быстродействия цифровых систем обработка метастабильности потребует от разработ
чика аппаратной части определенных знаний. В данном приложении представлена основная информация и
специфические советы о том, как обращаться с некоторыми наиболее важными элементами
интерфейса магистрали VME. В последующих разделах приложения описана возможность появлении
метастабильности внутри устройств. Затем представляется модель количественного анализа и. наконец,
предлагаются разработчикам пути контроля проблехзы. Для знакомства с мегастабильностью первым
используется RS-триттср. Подробный анализ и хгодсли приводятся для D-триггеров, которые обычно
используются для ресинхронизации. После дняя часть посвящена магистрали VME и описывает
возникновение метастабильности в подсистемах арбитра жа и прерывания и методы контроля ее влияния.
D.2 Основы метастабильности
Передаточные функции двух инвертирующих логических элементов (ИДИ—НЕ или И —НЕ), которые
образуют RS-триггер (см. рисунок D.la), изображены графически на рисунке D.lb. На этом рисунке показано,
как наличие двух стабильных состояний (А.В) подразумевает также наличие третьего состояния нестабильно го
равновесия, называемого метастабилызым состоянием (С). Другая точка зрения представлена на рисунке D.lc
— состояниям установки и установки и сброса триггера соответствуют состояния минимума энергии. Между
этими двумя минимумами всегда существует максимум, плоская вершина которого представляет точ ку
X)стастабильного равновесия.
Если система устанавливается в мстастабильное состояние (т.с. точно на максимум) и не подвергается
возмущениям, то она будет оставаться в этом состоянии неограниченное врехзя. Если система устанавливает ся
вблизи максимума, то она будет переходить в направлении одного из стабильных состояний в течение
времени, называемого разрешающим временем. Разрешающее время зависит от характеристик триггера (на
сколько острых) является максимум) и хшжет быть предсказано статистически.
В RS-триггере метастабильность может возникнуть под влиянием входного импульсного сигнала крити
ческой длительности или критической амплитуды (в области между V(l и \’п|) или при принудительной уста
новке входов $ и R в «запрещенное» состояние (оба активны), а затсх| при установке обоих входов в неактив ное
состояние с критическим временным сдвигом (см. рисунок D.2a). В D-триггерах мстасгабилычость происхо дит в
тот момент, когда и зменение сигнала на входе D и тактирующий перепад тактового сигнала слишком близки
(время установления или удержания не соблюдается) или когда импульс тактового сигнала стишком узок (эти
входные условия вызывают импульсы критической длительности для внутренних бистабильных схем), или если
импульсы тактового сигнала находятся в диапазоне критической амплитуды (см. рисунок D.2b). Все эти
условия, которые могут вызвать Х1стастабилыюсть. называются критическими соотношениями входных
сигналов.
При критических условиях входных сигналов могут произойти два явления:
- а н а л о г о в а я м с т а с т а б и л ь н о е гь.
где оба выходных сигнала имеют уровни напряжения, яатяюшисся про
межуточными xiexav точно высоким и точно низким уровнями VOHхчн (триггер работает в точке С рисунка
D.lb):
- колебательная метастабильность, которая заставляет оба выхолных сигнала колебаться в фазе (при
Q = у ) в течение некоторого времени. Эти лва нарушения работоспособности показаны на рисунке D.3. Ана
логовое или колебательное поведение зависит от структуры триггера и семейства логики, а более всею or
соотношения между задержкой распространения сигнала логическим элементом и временем нарастания и
У-2—IM4
185