Hazárdjelenségek a kombinációs hálózatokban

Átírás

1 Hazárdjelenségek a kombinációs hálózatokban enesóczky Zoltán 2004 jegyzetet a szerzői jog védi. zt a ME hallgatói használhatják, nyomtathatják tanulás céljából. Minden egyéb elhasználáshoz a szerző belegyezése szükséges. 1

2 valóságos logikai kapuk viselkedése nem ideális. Például, a bemeneti jelváltozásra nem azonnal reagálnak, késleltetésük van. késleltetési időt t pd vel jelöljük (propagation delay). X1 1 X1 d X1 X1 d t pd késleltetés modellezése késleltetés hatását koncentrált késleltetéssel modellezhetjük. Ha igyelembe akarjuk venni, hogy egy kapu különböző bemenetein a késleltetés kicsit eltérő lehet, akkor a késleltető tagot a bemenetekre helyezzük. Ha a ettől eltekintünk, akkor a kimenetre helyezhetjük a késleltetőt. Itt az utóbbi modellt használjuk. X1 1 dt X1 d késleltetés miatt a kombinációs hálózatban nem kívánt, un. hazárdjelenségek léphetnek el. 2

3 Egy Hamming távolságú bemeneti változásra ellépő hazárdok izonyos áramköröknél (pl. az aszinkron sorrendi hálózatoknál) ontos, hogy az áramkör kombinációs hálózat része hogyan viselkedik az olyan gerjesztéskre, amelyeknél egyszerre csak egy bemeneti jel változik. statikus hazárd Először nézzük meg egy kapu viselkedését ha bemeneteire egy jelet és késleltetettjét azonos vagy különböző polaritással kötjük be. (Most eltekintünk a kapu késleltetésétől.) d dt d dt d d z és esetben az impulzus rövidebb, vagy hosszabb lesz egy kicsivel, ami általában nem zavaró. 3

4 dt d / d / dt /d /d és esetben, ha nem lenne késleltetés, a üggvény a bemenettől üggtelenül X./X = 0 értéket adna. esetben a késleltetés miatt a bemeneti jel hátsó élénél a kimeneten egy magas impulzus jelenik meg. esetben a késleltetés miatt a bemeneti jel első élénél a kimeneten egy magas impulzus jelenik meg. 4

5 5. dt d / d / 6. dt /d /d z 5. és 6 esetben késleltetés nélkül a kimenet X + /X = 1 lenne. 5. esetben a késleltetés miatt a bemeneti jel első élénél a kimeneten egy alacsony impulzus jelenik meg. 6. esetben a késleltetés miatt a bemeneti jel hátsó élénél a kimeneten egy alacsony impulzus jelenik meg. enti impulzusok létrejöttét nyilván nem beolyásolja, ha ND helyett NND vagy OR helyett NOR kaput alkalmazunk, csak az impulzus előjele változik. enti jelenségek akkor hasznosak, ha kimondottan ez volt a célunk, vagyis egy jel első vagy hátsó élénél egy impulzust szeretnénk előállítani. 5

6 Vizsgáljuk meg, hogyan viselkedik az alábbi logikai hálózat, ha az bemeneti változójára 1-0 átmenetet adunk, miközben a másik két bementén == /1 /2 3 ' =1 dt1 =1 /1 dt2 dt3 /2 3 ' dt4 Ha nem lenne késleltetés, a kimeneten =/. +., ==1 esetén 1-et adna -tól üggetlenül. ==1 biztosítja, hogy az jel átjusson mindkét kapun. -on ponálva, a -on negálva. Ez a két jel egymáshoz képest kis késéssel a VGY kapu bemeneteire jutva, a kimeneten egy alacsony impulzust hoz létre. Mivel most / késik -hoz képest, az impulzus az leutó élénél jelentkezik. 6

7 Statikus hazárd z olyan tipusú hazárdot, mely a kombinációs hálózat egy bemenetének változásakor jön létre: 1, 2... i.. n 1, 2.../ i.. n és amelynél a üggvény értéke a tranziens előtt és után ugyanaz: ( 1, 2... i.. n ) = ( 1, 2.../ i.. n ) de közben ( 1, 2... i.. n ) /( 1, 2... i.. n ) ( 1, 2... i.. n ) tranziens zajlik le: vagy statikus hazárdnak nevezzük. 7

8 Hasonló de ellenkező előjelű hazárd jön létre konjunktív megvalósítású hálózatban is. (Mivel a legutolsó kapu késleltetése nem beolyásolja a hazárd keletkezését, csak megkéslelteti, annak késleltetését akár el is hagyhatjuk): =0 dt1 /1 dt2 /2 =0 dt3 3 Ha a hazárd zavaró, (a kombinációs hálózatot tartalmazó logika helytelen működését okozza), akkor védekezni kell ellene. 8

9 =1 dt1 = /1 dt2 dt3 / Karnaugh tábla diszjunktív alakú megvalósításhoz tartozó leedését megnézve látható, hogy a hazárd annál az átmenetnél következik be, amelyet nem ed le prímimplikáns. =0 esetén a kapu, =1 esetén a kapu állítja elő az 1-eseket, melyeket a kimeneti VGY kapu juttat a kimenetre. késleltetés miatt előordul, hogy rövid időre az egyik kapu már nem állítja elő, a másik pedig még nem. Ha az eddig leedetlen. prímimplikánst is leedjük, akkor az ehhez tartozó kapu -tól üggetlenül előállítja az 1-et, s az előbbi hazárd nem jön létre. ponált és negált jel ugyan találkozik a VGY kapunál, de az nem engedi át a tranzienst, mivel az hazádmentesítő kapu kimenete letiltja a kijutását. 3 ' dt4 9

10 =1 /1 dt1 dt2 /2 =1 5. dt3 3 1 =1 1 Hasonló a helyzet a konjunktív megvalósításnál is. Leedve a hazárdos átmenethez tartozó prímimplikánst, nem jön létre a hazárd. =0 dt1 /1 dt2 /2 0 =0 0 dt3 3 =

11 Statikus hazárd legalább 2 szintű hálózatban jön létre. statikus hazárd eltétele, hogy a hazárdot okozó jel legalább 2 úton terjedjen a kimenetre. Kivédése: a 2 szintű megvalósításnál az összes szomszédos mintermet (matermet) le kell edni egy közös hurokkal. Karnaugh tábla alapján megállapítható, hogy mely szomszédos mintermek (matermek) nincsennek leedve közös hurokkal, s ezek lesznek a hazárdos átmenetek. dinamikus hazárd Elemezzük hazárd szempontjából az alábbi (3 szintű) kapcsolást. =1 /1 dt1 dt2 /2 dt4 =1 dt3 3 kapcsolás csak a kimeneti ÉS kapuban különbözik az előbbiekben ismertetett diszjunktív alakú kapcsolástól. kapu kimenetén ugyanúgy megjelenik egy statikus hazárd. zonban a kimeneti kapura közvetlenül eljut /. Ez az jel 0-1 változása előtt 0-át biztosít a kimeneten. Viszont még 4-es kapu kimenetén megjelenő st. hazárd előtt engedélyezni 11

12 ogja a hazárdos tranziens kijutását, majd a tranziensek lezajlása után 1 lesz a kimenet. Tehát a kimeneten a tranziens jelenik meg. z olyan tipusú hazárdot, mely a kombinációs hálózat egy bemenetének változásakor jön létre: 1, 2... i.. n 1, 2.../ i.. n és amelynél a üggvény értéke a tranziens előtt és után ellentétes: ( 1, 2... i.. n ) = /( 1, 2.../ i.. n ) de közben ( 1, 2... i.. n ) /( 1, 2... i.. n ) ( 1, 2... i.. n ) /( 1, 2... i.. n ) tranziens zajlik le: vagy dinamikus hazárdnak nevezzük. Dinamikus hazárd csak 2-nél többszintű hálózatban jöhet létre. Feltétele, hogy egy jel legalább 3 úton terjedjen a kimenetre. 12

13 Kivédése: z alacsonyabb szinten keletkező statikus hazárd megszüntetésével, vagy 2 szintű hazárdmentes megvalósítással. 13

14 Hazárd analízis kapcsolási rajz alapján Ez a módszer minden esetben használható. / / / / / 5. / / / / / Először derítsük ki, hogy az egyes kapuk kimenetein a mely jelek és milyen polaritással jelenhetnek meg. Ezt mutatja a enti ábra. Ebből már látható, hogy a kimeneten a jel nem okozhat hazárdot, mivel csak ponáltan képes kijutni. z és jel hazárdot okozhat, így csak ezekkel kell oglakozni. z jel változása akkor okoz statikus hazárdot, ha: - a 7. kapu első bemenetére jel eljut de / nem, (csak =1, =0-nál teljesül) miközben az alsóra az / (csak =1 esetén teljesül és más eltétele nincs). Tehát =1, =0-nál statikus hazárd van. 14

15 / / / / 5. / / 7. / - a 7. kapu első bemenetére jel és / eljut (csak ==1 esetén), miközben az alsó bemenete 1 (sak =1 és =0 esetén). Ezek nem teljesülnek egyszerre, tehát nincs hazárd. z jel változása akkor okoz dinamikus hazárdot, ha - 7. kapu első bemenetére és / jel eljut (csak ==1 esetén) és az alsóra / is (=1 és =0 vagy =1 esetén). eltételek csak ==1 esetén teljesülnek, így ekkor dinamikus hazárd van. 15

16 5. / / 7. / z jel változása akkor okoz statikus hazárdot, ha: - a 7. kapu első bemenetére jel eljut, (csak =1-nél teljesül) miközben az alsóra csak / (csak =1 és =1 esetén teljesül). Tehát ==1 esetén statikus hazárd van kapu első bemenete 1 (=0, =1 esetén teljesül), míg az alsóra (csak =0 esetén teljesül) és / eljut (=0, =1 esetén teljesül). Tehát =0, =1 esetén statikus hazárd van. z jel változása akkor okoz dinamikus hazárdot, ha: - a 7. kapu első bemenetére (csak =1-nél teljesül) és az alsóra (csak =0 esetén teljesül) és / (=1 esetén teljesül) eljut. eltételek egyszerre nem teljesülnek, így nincs dinamikus hazárd. 16

17 Hazárd keresés Karnaugh-tábla segítségével bban az esetben, ha a üggvény 2 két szintű hálózat ÉS vagy VGY kapcsolata, a dinamikus és statikus hazárdos átmenetek a Karnaugh tábla alapján is megtalálhatók statikus hazárd =1*2-ben statikus hazárd =1*2-ben 1 2 dinamikus hazárd =1*2-ben

18 Funkcionális hazárd (1-nél több Hamming távolságú bemeneti változás hatása) Ha egy kombinációs hálózat bemenetén egyszerre több jel változik, akkor ezt a változást a hálózat nem biztos, hogy egyidejűnek érzi. (Pl. z egyes bemenetekre kapcsolódó kapuk késleltetése nem egyorma, de maga bemeneti változás sem történik pontosan egyszerre.) enti hálózat az = változást változásként érzékelheti és ekkor a kimenetén a konstans 1 helyett unkcionális hazárd jelenik meg, mivel (110)=1 (111)=0 (011)= 18