3.7.4. Синтез многовыходных схем

Выше были рассмотрены примеры синтеза одновыходных схем, выходные реакции которых описываются отдельными логическими выражениями – ПФ. Для описания выходных реакций многовыходных схем можно поступить следующим образом: для каждого выхода схемы составить ПФ, определяющую зависимость значений формируемых выходных сигналов от значений сигналов, поступающих на входы, и синтезировать КС по этим ПФ, пользуясь вышеописанными подходами. В этом случае, очевидно, КС будет состоять из нескольких обособленных подсхем, имеющих общие входы (общие шины входных сигналов).

Рассмотренный выше прием не является рациональным, поскольку не учитывает структурные особенности синтезируемой КС. Другим способом описания и синтеза многовыходной КС является объединение отдельных ПФ в систему и дальнейшее преобразование этой системы ПФ таким образом, чтобы с учетом структурных особенностей цена синтезируемой схемы уменьшалась. Примеры синтеза многовыходных КС можно найти в разделе 4.7.

Для уменьшения стоимости разрабатываемого цифрового устройства синтез КС следует осуществлять, пользуясь минимальными или близкими к минимальным формами представления ПФ и систем ПФ.

3.8. Риски сбоя в комбинационных схемах

Рассмотрим работу КС, изображенной на рис. 3.7, реализующей функцию .

Пусть на входах схемы последовательно формируются следующие сигналы: , , т.е. сигналы на входах и остаются неизменными, а сигнал на входе изменяется из 1 в 0. Логические элементы схемы вносят различные задержки в процесс распространения сигналов. На рис. 3.8 приведены временные диаграммы для возможного изменения сигналов в рассматриваемой схеме.

Несмотря на то, что для рассматриваемой функции и реализующей ее схемы , в течение некоторого времени на выходе схемы может быть сформирован уровень логического нуля, являющийся в данном случае ложным сигналом. Появление ложных сигналов на выходах схемы называется риском сбоя. Риски сбоя являются следствием конечной скорости распространения сигналов и ненулевых задержек логических элементов.

Различают статические и динамические риски сбоя. При статических рисках сбоя во время переходного процесса значение на выходе схемы изменяется четное число раз. При динамических рисках сбоя, являющихся следствием статических, – нечетное число раз.

Риски сбоя в схемах могут вызывать ложные срабатывания управляемых устройств, для которых сигналы КС являются входными.

С целью исключения рисков сбоя в схемах, для которых в любой момент времени может изменяться значение только одного входного сигнала, необходимо выполнять их синтез таким образом, чтобы любые пары единиц функции, которым соответствуют конституенты 1, отличающиеся по одной переменной, были представлены произведением в ДНФ. Для этих целей удобно использовать таблично-графическое представление ПФ, называемое картой Карно (диаграммой Вейча). Карты Карно подробно рассмотрены в разделе 4.1 учебного пособия.

Приведем карту Карно для рассматриваемой функции (табл. 3.12).

Таблица 3.12

	x2
x 1	1	1	0	0
	0	1	1	0
		x 3

Таким образом, действуя по приведенному выше правилу, для исключения рисков сбоя в схеме, реализующей данную функцию, необходимо ввести в ДНФ функции конъюнкцию , а в КС – соответствующий этому произведению дополнительный логический элемент.

Рассмотрим еще один способ устранения рисков сбоя для ситуации, когда изменяются более одного входного сигнала. В этом случае ячейки карты Карно, соответствующие реализуемым единичным сигналам функции, не будут являться соседними.

Пусть реализуемая функция имеет вид . Соответствующая карта Карно представлена на рис. 3.9. Предположим, что в процессе работы схемы на ее входах последовательно появляются наборы (1,1,1) и (0,0,1).

Поскольку абсолютно одновременное изменение сигналов на входе КС невозможно, переход от единицы функции, реализуемой на первом из рассматриваемых наборов входных сигналов, к единице, соответствующей второму набору, может быть выполнен одним из двух способов.

	x2
x1	0	1	0	0
	0	1	1	0
		x 3

Рис. 3.9

В первом случае, если входной сигнал изменится быстрее , произойдет переход и на выходе схемы единичный сигнал не изменится. В другом случае сигнал изменится быстрее и произойдет переход . Поскольку , в данной ситуации может возникнуть изменение выходного сигнала вида , указывающее наличие в схеме риска сбоя. Рассмотренное явление носит название функционального риска сбоя.

В некоторых случаях подобные риски сбоя могут быть устранены. Если, например, в рассматриваемом примере работа схемы организована таким образом, что после входного набора (1, 1, 1) следует набор (0, 0, 1) и отсутствует обратная последовательность, то введение достаточной задержки в процесс изменения сигнала относительно изменения может обеспечить требуемый безопасный вариант переключения схемы.