Конструктивно-технологический метод анализа рисков сбоя в комбинационных схемах

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 22:36, 6 июня 2016.

Конструктивно-технологические методы анализа - ориентированы на получение требуемых ограничений на уровне используемых математических моделей. Являются наиболее сложными методами по сравнению с функциональными и структурными, так как они часто связаны с разработкой принципиально новых видов производства интегральных цифровых схем.

Понятие риска сбоя

TemplateDifinitionIcon.svg Определение «Определение - Риск сбоя»
Риск сбоя - возможность появления на выходе цифрового устройства сигнала, не предусмотренного алгоритмом его работы и могущего привести к ложному срабатыванию.

Следует отметить, что риск сбоя представляет собой только возможность ложного срабатывания. Конкретная цепь может давать риск сбоя, а может и не давать, причем даже при наличии риска сбоя может отсутствовать ложное срабатывание.

Появление рисков сбоя связано с инерционностью логических элементов (ЛЭ), благодаря которой при изменении входных сигналов комбинационной схемы (КС) в ней начинается переходный процесс. Максимальная длительность переходного процесса определяется порядком КС, причем входные сигналы в момент их изменения имеют неопределенное значение (обозначается ´ или 1/2), поэтому при переходном процессе выходные сигналы КС могут вырабатывать ложные сигналы (не соответствующие заданным переключательным функциям), длительность которых определяется разбросом временных задержек последовательно включенных ЛЭ. Явление неодновременного изменения выходных сигналов КС при одновременном изменении входных называется «состязанием» или «гонкой» сигналов в схеме, которое является причиной появления рисков сбоя.

Причины сбоев

Причиной риска сбоя может быть неправильно спроектированная схема. Примером такой схемы является генератор двухфазной системы синхронизации (рис. 1). Задержка переключения триггера в данном случае приводит к появлению статических рисков сбоя на выходе при переходе с набора на набор. Устранить эти сбои можно схемотехническими (структурными) методами.

TemplateExampleIcon.svg Пример Генератор двухфазной системы синхронизации
Рис.1.Схема, порождающая риски сбоя

На рис. 2, б комбинационная схема выполнена на вентилях ИЛИ. Из соответствующих временных диаграмм видно, что в этом случае риски сбоя не появляются. Выходные сигналы и при необходимости можно инвертировать. На рис. 2, в оставлены вентили И, а D-триггер заменен на JK-триггер, срабатывающий по переходу 10 на его тактовом входе. Временные диаграммы показывают на отсутствие в данной схеме рисков сбоя.

TemplateExampleIcon.svg Пример Пример правильной схемы
Рис.2.Схема, устраняющая риски сбоя


Анализ КС на риски сбоя

Широкое распространение получили следующие методы:

  • использование временных диаграмм, в том числе асинхронное моделирование на их основе
  • графический метод Хаффмена
  • использование многозначной логики, для которой, как и для булевой алгебры, справедливы принципы ассоциативности и коммутативности
  • использование двоичной алгебры
  • в последнее время получают развитие методы, основанные на аппарате дифференциальных булевых уравнений

Метод устранения

К конструктивно-технологическому методу можно отнести метод борьбы с влиянием входных гонок на уровне одного логического элемента, основанный исключительно на совершенствовании технологии изготовления логических элементов и их конструктивного исполнения, которые в совокупности должны обеспечить минимальные разбросы задержки распространения сигналов в элементе по логически одинаковым цепям. В частности, использование интегральной технологии производства ИС, позволяющей получать весьма малые относительные вариации различных параметров, дает возможность считать, что гонки по входу практически не влияют на устойчивость цифровых устройств, проектируемых на любой серии логических ИС.

Рекомендации

  • соблюдайте требования технических условий (ТУ) на ИС
  • тщательно проектируйте аппаратуру, уделяя особое внимание рациональной разводке печатных плат
  • обеспечивайте режимы эксплуатации, не изменяющие задержки распространения сигналов (стабилизация источников питания, термостатирование, буферизация нагрузок и др.).

См. также