Борис Цирлин и Александр Кушнеров 30.10.2019 Опытному схемотехнику не составит труда узнать знакомую схему, в какой бы форме она ни была нарисована.
В этой статье мы покажем, что две транзисторные схемы из патентов являются вариантом асинхронного счетчика-триггера (АСТ).
По сравнению со стандартной схемой в патентованных схемах отсутствуют некоторые транзисторы.
Это можно считать неисправностью.
Покажем, что если такая же неисправность возникает в стандартной схеме, она продолжает работать корректно.
AST, реализованный только на вентилях ИЛИ [1] или только на вентилях И-НЕ, известен как гарвардский триггер.
Оба варианта схемы показаны на рис.
1, где g7 – индикатор завершения переходных процессов.
Мы не будем рассматривать его далее.
На рис.
1 также показаны графы перехода сигналов (СТГ) [2], построенные в Workcraft [3].
Рис.
1. Триггер асинхронного счета (АСТ) и его СТГ.
Обратите внимание, что в обеих версиях ANT имеется три пары элементов (g1, g2), (g4, g5) и (g3, g6), имеющих общий вход. Транзисторные схемы элементов 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ показаны на рис.
2. Трехвходовые элементы устроены аналогично и содержат 6 транзисторов.
Рис.
2. Транзисторные схемы элементов 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ.
Возьмем два элемента 2ИЛИ-НЕ и выберем у каждого вход, на котором к Upit подключен p-МОП-транзистор.
Давайте соединим эти входы вместе и подключим их к земле (логический 0).
Оба транзистора откроются и напряжение на их стоках будет равно Uпит. Достаточно ли этого, чтобы безопасно соединить стоки и заменить два транзистора на один, как показано на рис.
3? Нет. Вам нужно проверить, что произойдет, если подать лог на общий вход. 1. Выходы обоих элементов будут соединены с землей, и у нас получится мостовая схема из четырех p-МОП-транзисторов.
Для оставшихся двух входов имеем четыре комбинации 0 и 1. Легко показать, что ни в одном из них не происходит короткого замыкания между Upit и землей.
Рис.
3. Два элемента 2ИЛИ-НЕ, имеющие общий вход. Рассмотрим теперь схему распределителя импульсов [4] на рис.
4. Используя рис.
3, можно перерисовать эту схему так, как показано на рис.
5. В ней уже можно узнать АСТ, представленную на рис.
1, однако имеются элементы g3 и g6 имеют 3 входа.
Рис.
4. Схема распределителя импульсов из [4].
Рис.
5. Вариант схемы на рис.
4. Затворы транзисторов 11 и 12 можно рассматривать как входы элементов 3ИЛИ-НЕ, в которых третий p-МОП-транзистор закорочен.
Влияет ли это на корректную работу схемы? Рассмотрим порядок появления сигналов in, g2 и g6 на входе элемента g3. Для этого удалим все остальные сигналы в соответствующем СТГ на рис.
1, как показано на рис.
6. 
Рис.
6. СТГ для НОР.
Сигналы входные, g2, g6 и g3. Поскольку третий p-МОП-транзистор закорочен, переключение g3+ может происходить после включения in- и g6- (в любом порядке) без включения переключения g2-.
Однако, как видно из рис.
6, на участке от g2+ до g2- присутствуют только in- и g6+, поэтому запрещенного переключения g3+ не происходит. Перед переключением g2+ элемент g3 уже находится в состоянии 0, а его вход g6 все еще равен 0, т.е.
первый p-МОП-транзистор открыт. Переключение g2+ открывает транзистор 11 и должно отключить закороченный p-МОП-транзистор.
Этого не происходит, более того, при включении открывается второй p-МОП-транзистор.
Таким образом, через два открытых p-МОП-транзистора и открытый транзистор 11 начинает течь ток от Up к земле.
Это продолжается некоторое время, пока следующий ключ g6+ не выключит первый p-МОП-транзистор.
В это время транзистор 11 выдает 0 на выходе g3. Как именно? Предположим, что сопротивления открытых p-MOS и n-MOS транзисторов одинаковы и равны R, тогда после переключения ин-напряжение на g3 скачет от 0 до (1/3)Uпит, но это в идеале.
случай.
На практике между g3 и землей существует какая-то паразитная емкость, напряжение на которой возрастает плавно и может не достигать (1/3) Uпит. Так или иначе, это напряжение будет меньше (1/2) Up и означает лог.
0. Для транзистора 12 все аналогично; он на короткое время выдает 0 на выходе g6. Таким образом, задержки элементов g6 и g3 определяют два периода времени, когда триггер потребляет большой ток, примерно равный Uпит/(3R).
Рассмотрим теперь схему счетного триггера [5] на рис.
7. Здесь транзисторы 11, 12, 24, 23 образуют элемент 2И-НЕ, который, видимо, является индикатором АСТ на рис.
1. Еще один элемент 2И-НЕ образован транзисторами 7, 13, 25 и 18. Отметим, что транзистор 18 подключен к земле и аналогично примеру на рис.
3 является общим для трех элементов И-НЕ.
Второй элемент 2И-НЕ, в состав которого входит транзистор 18, образован транзисторами 5, 9, 21, а третий - 3И-НЕ на транзисторах 2, 4, 16, 20. Третий p-МОП-транзистор следует включить параллельно.
с транзисторами 2 и 4, но он отсутствует. Схема на рис.
7 симметрична, для лучшего понимания перерисуем ее так, как показано на рис.
8. 
Рис.
7. Схема счетного триггера из [5].
Рис.
8. Вариант схемы на рис.
7. Будут ли правильно переключаться выходы g3 и g6 на рис.
8, если параллельно не будет третьего p-МОП-транзистора? Это станет ясно после анализа СТГ на рис.
9, который, как и в предыдущем случае, получается из соответствующего СТГ на рис.
1 удалением всех сигналов, кроме в, g2, g6 и g3. 
Рис.
9. СТГ для NAND. Сигналы входные, g2, g6 и g3. Элемент g3 — это 3И-НЕ, поэтому после включения+, g6+ и g2+ (в любом порядке) переключится g3-.
Любой из обратных переключателей -, g6- или g2- должен вызывать переключение g3+.
Однако g2- не может включить отсутствующий p-МОП-транзистор, поэтому g3 останется в состоянии 0 и будет ждать переключения in- или g6-.
Как видно из рис.
9, на участке от g3- до g3+ переключения g2- нет и p-МОП-транзистор здесь не нужен.
С другой стороны, этот транзистор должен обеспечивать лог.
от 1 до g3, когда in и g6 переключаются случайным образом.
Давайте посмотрим на участок рис.
9 от g3+ до g2+.
Переключение g2- закрывает транзистор 19. Далее переключение вход+ закрывает транзистор 1 и открывает транзистор 15. Элемент g6 остается в состоянии 1, т.е.
транзистор 17 открыт, а транзистор 3 закрыт. Таким образом, in+ отключает g3 как от земли, так и от Upit. Однако журнал ведется на g3. 1, так как на практике между g3 и землей имеется паразитная емкость, которая заряжена на Uпит. Переключение g6 – открывает транзистор 3 и подключает эту емкость к Uпит. Для второй половины схемы все аналогично.
Таким образом, задержки элементов g6 и g3 определяют время, в течение которого состояние сохраняется на емкости.
На практике важно, чтобы ток утечки транзисторов 19 и 20 был небольшим, иначе за отведенное время емкость может разрядиться ниже (1/2) Up. По сравнению со стандартным АСТ на рис.
1, в схемах на рис.
5 и рис.
8 нарушена функция установки элемента 3И-НЕ в 1 и функция сброса элемента 3И-НЕ в 0. Это значит, что штатный АСТ продолжит работать корректно, даже если в элементах g6 и g3 возникнет соответствующая неисправность.
Для стандартной схемы (без g7) нужно 28 транзисторов.
Для схем рис.
4 и рис.
7 (без транзисторов 11, 12, 24, 23) необходимо 23 и 22 транзистора соответственно.
Если вернуть недостающие p-МОП-транзисторы, эти схемы будут работать надежнее.
Минимальное количество транзисторов в схеме на рис.
7 не обязательно означает, что она лучше схемы на рис.
4 и лучше схемы на рис.
1. Помимо количества транзисторов и тока потребления, есть и другие важные факторы.
параметры, например,
- сложность дополнительной схемы установки начальных состояний
- грузоподъемность (скорость перезарядки грузоподъемности)
- скорость выхода из метастабильного состояния
- количество и значения паразитных емкостей
- количество и значения токов утечки
Сравнительный анализ этих параметров, а также обсуждение схем АСТ, реализованных на других элементах, выходят за рамки данной статьи.
Т.
Осборн, «Асинхронный каскад двоичных счетчиков с триггером и вентилем, использующий множество взаимосвязанных схем ИЛИ-НЕ».
Патент US3139540, 30 июня 1964 г.
[2] Л.
Я.
Розенблюм, А.
В.
Яковлев, "О новой графической форме иллюстрации сущности изобретения", Изобретательские вопросы, № 11, стр.
36-40, 1988. [3] https://workcraft.org [4] В.
И.
Горячев, Б.
М.
Мансуров, Я.
А.
Мартыненко Д.
, Талыбов Р.
Г.
«Четырехфазный импульсный распределитель».
Авторское свидетельство SU342299, 14.06.1972. 5. Варшавский В.
И.
, Кравченко Н.
М.
, Мараховский В.
Б.
, Цирлин Б.
С.
Счетный триггер на КМОП-транзисторах.
Авторское свидетельство SU1398069, 23.05.1988. Теги: #Производство и разработка электроники #Электроника для начинающих #отказоустойчивость #проектирование схем #триггер #неисправность #переключение #асинхронные схемы #асинхронная схема #СТГ #обработка неисправностей
-
Парсек
19 Oct, 24 -
Как Исправить Ошибку Входа В Google
19 Oct, 24 -
Mpls Vpn С Te В Корпоративных Сетях
19 Oct, 24
