4.3.6. Быстродействие счетчиков
Под быстродействием счетчика понимают максимальное количество импульсов, которое может подсчитать счетчик в единицу времени. Оно определяется минимальным временем между двумя надежно фиксируемыми сигналами, поступающими на вход счетчика.
В рассмотренных схемах
счетчиков каждый поступивший на его
вход импульс заставляет последовательно
переключаться триггеры тех разрядов,
в которых до поступления импульса была
записана единица. Таким образом, для
изменения состояния триггера самого
старшего разряда должны переключиться
триггеры всех разрядов счетчика. От
момента поступления импульса до
переключения любого триггера должно
пройти время, достаточное для переключения
всех предшествующих ему триггеров
счетчика. Если время переключения одного
триггера
,
то для переключения всех N триггеров
счетчика необходимо время
что и определяет быстродействие счетчика.
Уменьшить это время можно уменьшением времени переключения каждого триггера счетчика, которое однозначно определяется параметрами триггеров и не может быть изменено при построении счетчика из заданных триггеров. Другой путь повышения быстродействия – построение схем, где сигнал переключения между разрядами проходит по более коротким цепям (минуя часть триггеров).
Например, можно сигнал переключения на вход следующего триггера подавать одновременно (или с минимальной задержкой) с его подачей на вход предыдущего триггера. Естественно, при этом необходимо учитывать и то, что проходить на вход следующего триггера он должен только при единичном выходном сигнале предыдущего триггера, что можно обеспечить, если его подавать через элемент И (единица с выхода предыдущего триггера готовит элемент И для прохождения сигнала на переключение, сам же сигнал на переключение проходит только при поступлении импульса, который надо подсчитать, на вход счетчика и одновременно на вход схемы И). При уровне логического нуля на выходе триггера схема И закрыта и через нее входные импульсы не передаются (рис. 4.32). Такой счетчик называется счетчиком со сквозными переносами (сигнал управления как бы проходит сквозь триггер).
О
дновременно
для переноса сигнала переключения
готовы только те схемы И, на входы которых
поступает уровень единицы с выходов
триггеров. Если переключаются все
триггеры счетчика, то сигнал переноса
проходит через все элементы И, и задержка
сигнала переключения на триггер старшего
разряда счетчика определяется его
задержкой всеми схемами И (количество
элементов И на 1 меньше числа разрядов
N счетчика):
где
- время переключения одного элемента
И. Это время меньше, чем задержка в
триггерах счетчика, так как триггер
работает медленнее, чем один логический
элемент.
М
аксимальное
время переключения счетчика определится
временем переключения одного (последнего)
триггера старшего разряда и временем
задержки импульса элементами И:
Рис. 4.33. Счетчик с параллельными
переносами
Это время можно еще уменьшить, если использовать параллельные переносы сигнала переключения (рис. 4.33). В этом случае сигнал управления на вход каждого триггера подается в зависимости от состояния выходов триггеров всех предыдущих разрядов счетчика, и если все они находятся в единичном состоянии, то на его вход подается сигнал переключения. Задержка этого сигнала равна задержке его на одном элементе И, но сами элементы И более сложные (если в первом случае все они были двухвходовые, то сейчас количество их входов последовательно нарастает от входа счетчика к его выходу). Элементы И обеспечивают прохождение управляющих импульсов параллельно триггерам разрядов счетчика (счетчик с параллельными переносами).
Время переключения всего
счетчика определится временем переключения
одного триггера (последнего) и задержкой
импульса одним элементом И:
В случае большого числа разрядов счетчика, когда их число превышает количество входов логических элементов И, триггеры счетчика разбивают на группы, по N триггеров в каждой, связанные цепями межгруппового переноса. Внутри групп образуются свои переносы, а между группами – свои, называемые групповыми. Перенос в следующую группу зависит от состояния выходов всех триггеров предыдущей группы, которые, как и входной перенос группы, поступают на межгрупповой конъюнктор. Если во всех разрядах предыдущей группы окажется уровень единицы, то перенос разрешен, и на вход триггера счетчика следующей группы поступает сигнал переключения с выхода межгруппового конъюнктора (подобно третьему элементу «И» на рис.4.33). Здесь задержка сигнала переключения равна задержке в элементах И всех отдельных групп счетчика и растет с ростом их числа. Такой счетчик называют счетчиком с групповыми переносами (рис. 4.34).
Групповой
перенос
Рис.4.34. Счетчик с групповыми переносами