ГОСТ Р М Э К 821-2000
ресинхронизации сопряжений могут встретиться любые фазовые соотношения между входными сигналами
и тактовым сигналом выборки.
Сигналы с различных процессоров взаимодействуют в арбитре шины, а сигналы модуль/шина — в ин
терфейсе шины. Также некоторые контроллеры входа/выхода. такие как последовательные интерфейсы, ис
пользуют несколько источников тактовых сигналов, но они менее чувствительны к проблеме мстастнбнльно-сти.
поскольку пониженная скорость уменьшает вероятность ошибки и позволяет получить более длительное
разрешающее время.
Мсгастабилвпасть может возникнуть в любой момент, когда взаимодействуют сигналы, синхронизиро
ванные различными тактовыми сигналами и совсем нс синхронизированные. Поэтому она проистекает не из
протокола шин, а из наличия нескольких генераторов тактовых сигналов. Ресинхронизация сопряжений, воз
можно скрытая в каком-либо функциональном узле структурной схемы, должна существовать всегда. Техни
ческие требования протокола шины могут предупредить разработчика, посоветовать, где поместить ресинхро
низации сопряжений, и снабдить данными для оценки вероятности ошибки.
Значительные усилия и изобретательность были проявлены при разработке трилеров, имеющих на
сколько возможно малые времена установления и удержания, а достижения в области технологии ИС в дей
ствительности сделали эти времена вес меньше и меньше. Сейчас возможно разработать триггеры, у которых
одно из этих времен равно нулю или даже отрицательное, но ни одна схема нс сможет устранить оба этих
времени — их сумма (называемая в дальнейшем окиом установления-удержания) всегда больше нуля. Един
ственной проблемой улучшения триггера являются технологические усовершенствования, которые делают
возможным достижение меньшего окна установления-удержания, дающего возможность поднять системные
характеристики на более высокий уровень посредством использовании более быстрых тактовых сигналов,
бесконечно уменьшая частоту возможной ошибки мстасгабильности.
Помимо уменьшения времени установления и удержания, повышенная степень интеграции сделала
последствия неудовлетворения их менее жесткими. В то время, как триггер-защелка с внешней обратной свя зью
легко может возбудиться и вести себя как генератор в течение нескольких циклов (колебательная мета-
стабильность), современная ИС триггера с уверенностью может обеспечивать нс более одного дополнитель
ного изменения полярности напряжения, если критическое окно будет пропущено, и/илн его выходной сиг нал
остается в области неопределенного напряжения только в течение относительно короткого времени.
Более того, эффективное критическое окно (согласно формуле D.3), где триггер фактически работает
неправильно, обычно на два-три порядка меньше, чем окно установления-удержания, которое может гаран
тировать изготовитель ИС. Быстродействующий триггер может иметь окно устаноатсгшя-удсржания в несколь
ко наносекунд. Где-то в пределах этого окна существует промежуток времени намного короче (критическое
окно), во время которого триггер можег вести себя непредсказуемо, если данные имеют промежуточное
значение напряжения. Хотя этот факт представляет интерес, он нс имеет ценности для разработчика, по
скольку нельзя сказать, где действительное критическое окно будет находиться внутри окна усганоаления-
удержания.
D.4 Синхронная схема в сравнении с асинхронной
При решении проблемы устройств с запоминанием состояний возникли две школы методологии конст
руирования. Каждая из методологий имеет свои преимущества и недостатки и каждая из них занимает свое
собственное место в области конструирования электронных систем. Фактически, большинство электронных
конструкций, несмотря на преобладание той in и иной, используют смесь этих двух методологий.
В синхронных конструкциях применяется основной тактовый сигнал, который используется для строби
рования всех их триггеров. Изменения состояния системы могут прои зойти только в соответствии с активным
перепадом тактового сигнала. Внешние сигнаты синхронизируются путем подачи каждого из них на D -вход
трштера. Сигналы с выходов этих триггеров поступают на внутреннюю комбинационную логическую схему,
которая должна установиться до следующего активного перепада тактового сигнала. Частота тактового сигнала
этих триггеров ограничена желаемой вероятностью ошибки метастабилыгости — период тактового сигнала
должен быть больше суммы разрешающего времени и задержки на распространение сигнала в логике.
В асинхронных конструкциях изменения состояний синхронизируются входными сигналами, которые
могут поступать непосредственно на входы синхронизации D-триггеров, или на входы установки/сброса RS-
трнгтеров. Правильная последовательность состояний может быть гарантирована приемами конструирования,
использующими один триггер на каждое состояние. Метастабилыгыс состояния могут возникать только
тогда, когда два или более входных сигнала переключаются в пределах критического окна, и могут быть
замаскиро ваны фильтрацией выходных сигналов триггеров, пропусканием их через схему и совместно с
задержанным тактовым Сигналом.
В обоих случаях ошибки мстасгабильности удается избежать за счет затраты времени — уменьшенной
частоты тактового сигнала для синхронных конструкций или дополнительно задержанных входных сигналов в
асинхронных конструкциях.
В то время как относительные достоинства синхронных и асинхронных конструкций могут подвергаться
длительному обсуждению их сторонниками, объективное рассмотрение конкретной задачи указывает, какой
тип схемы для нее является наилучшим. Когда цель разработки хорошо и четко определена, предпочтение
отдается асинхронной конструкции, поскольку она исключает издержки времени по синхронизации входных
Ч-З-IM4
IS9