Регистр

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских СоциалистическихРеспублик АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 61) лнительно авт. с Кл.8 11 С 1 "/О 2) За(21) 2646979/18-24 ено 18077 мнением за присое ии Мо осуцарственныи комитет 23) П ритетликовано 15.10.80. Бюллетень М 9 СССР по целам изобретений и открытий(54) РЕГИС тение льной ано в для х ассив на- .м 11, 21, содержаовательно совыход каждон с информациом последуоды синхродинены междуисточнику такегистры з после риггеросоедин ом) вхо а, а вы оды) со ючены к ов. тны чки торых -вход иггер(С-в подк пуль При практической реализации таких схем, в частности на микросхемах, возникает проблема, связанная с ограниченной нагрузочной способностью элементов (например микросхем), используемых в качестве источников тактовых импульсов. Например, широко используемые в практических разработках микросхемы серий 130, 133, 136 обеспечивают максимальную нагрузочную способность не более 20 входов микросхем соответствующей серии. Это приводит к ИзобрВычислитиспользоначенныхбольшихции.Извесщие цепоединенныго из коонным (Оющего трнизациисобой итовых им тносится к областиехники и может бытьстройствах, предназнения, и обработкицифровой информатому, что число триггеров в регистре ограничено и невелико.Например, для указанных серий микросхем (учитывая, что С-вход 0-триггера представляет собой грузку, эквивалентную 2 входа микросхемы) число триггеров в указанном регистре не превышает 10. Однако часто возникает потребность составления регистров из значительно большего числа триггеров.Известна схема регистра 31, которая позволяет соединять большее число триггеров в регистр. Эта схема содержит О-триггера, объединенные в группы, В каждой группе С-входы триггеров соединены между собой и подключены к выходу соответствующего логического элемента, входы которых подключены к выходу источника тактовых импульсов.Количество триггеров в каждой группе определяется нагрузочной способностью логических элементов, подключенных к С-входам этих триггеров. Например, для указанных серий микросхем количество триггеров в группе не более 10, Однако эта схема накладывает на логическиеэлементы жесткие требования в части разброса их характеристик (а имен-,но,.временн задержки сигнала припрохождении данного элемента).Величина задержки сигнала в логическом элемента задается, как правило, своей максимальной величинойи может принимать любые значения,не превышающие максимальное. Особенно велики разбросы величин задержкисигнала в микросхемах, взятых изразных партий (что имеет место при 10серийном производстве), и в предельных климатических условиях (что имеет место при эксплуатации аппаратуры)Поэтому может иметь место ситуация, когда задержка сигнала в триггере не превышает задержки в одномиз логических элементовЕсли такое"состязание" имеет место для триггера, последнего в своей группе и длялогического элемента, соединенного щс С-выходами последующей группы триггеров, то будет наблюдаться сбой инФормации,Информация ("единица") совершаетперемещение по .регистру только в томслучае, если "единица", поступающаяна О-вход триггера опережает фронттактового импульса, поступающего наС-вход того же триггера.В рассматриваемом случае с (Г,где с - задержка сигнала в трйгге- ЗОре, С - задержка сигнала в логическом элементе (вероятность этого тембольше, чем больше число триггеровв регистре). Поэтому к моменту, когда на С-входе последнего триггера 35появится фронт тактовых импульсов,на его О-входе уже присутствует нулевой потенциал. Следовательно, триггер не изменит своего нулевого состояния. Будет наблюдаться сбой информации.Таким образом, недостатком известной схемы является ее низкая помехоустойчивость (возможность сбоя информации в регистре за счет разброса величин временной задержки сигнала в элементах схема в сложныхусловиях).Наиболее близким из известных потехнической сущности является схема регистра 41, которая некритич- Она к разбросу параметров составляющих ее элементов. Этот регистр также состоит из последовательно соединенных О-триггеров, объединенныхв группы.В .каждой группе С-выходы 55триггеров соединены между собой иподключены к выходу источника тактовых импульсов и соответствующегологического элемента. Эти логическиеэлементы включены последовательночерез инверторы,В этом регистре подача тактовых,импульсов на соответствующие группы.триггеров осуществляется таким образом, что на группы триггеров, находящиеся в начале цепочки -триггероврегистра, поступают тактовые импульсы с логических элементов, имеющихнаибольшую задержку относительно тактовых импульсов на источнике. Таккак логические элементы и ннверторывключены последовательно один задругим, то выходной сигнал каждогопредыдущего элемента опережает выходной сйгнал каждого последующего,Явление фсостязание" задержек среди логических элементов такой цепочки отсутствует принципиально, Поэтому (учитывая, что еще имеетсязадержка в самом триггере) при любых соотношениях задержек любыхэлементов схемы регистра фронт тактового импульса на С-вход любого триггера приходит уже после того, какна О-входе того же триггера имеется "единица",Однако при прохождении по цепочке элементов тактовые импульсы получают постоянно возрастающую задержку, относительно сигналов на источнике, При этом необходимым условиемработоспособности схемы являетсяусловие: задержка сигнала в вышеуказанной цепочке не должна превышать периода тактового сигнала. Впротивном случае будет наблюдатьсясбой (" перескок единицы"),Следовательно число элементов, а,следовательно, и число групп триггеров в известной схеме регистраограничено, особенно, при сравнительно высоких частотах тактовыхимпульсов, а именно, число групптриггеровв известном регистреопределится как 1+ - ,где Т - период следования тактовыхимпульсов;средняя суммарная задержка одного инвертяра и одного логического элемента.Для одной из самых быстродействующих серий микросхем 130 при частоте тактовых импульсов 10 мГц числогрупп в регистре не превышает 3,т.е. регистр может содержать не более 30 триггеров.Однако на практике иногда возникает иеобходимость соединения в регистр нескольких сот триггеров.Целью изобретения является повышение помехоустойчивости регистраза счет устранения опасных "состязаний" триггеров, входящих в группы.Поставленная цель. достигаетсятем, что в регистр, содержащий последовательно соединенные группы щ Отриггеров, (где е - число разрядов),источник тактовых сигналов, выходыкоторого соединены со входами первых инверторов, введены вторые инверторы, входы которых соединены свыходами первых инверторов, выходыпервых инверторов подключены к Свходам О-триггеров нечетных групп, 771725а выходы вторых инверторов соединены с С-входами О-триггеров четныхгрупп,На чертеже показана функциональная схема предложенного регистра.Он содержит О-триггеры 1-1 - 1-ав группах 2-1 - 2-й, источник тактовых сигналов 3, первые инверторы4-6, вторые инверторы 7-9Регистр работает следующим образом."Единица" поступает на О-входпервого триггера 1-1 регистра и припоступлении на С-вход тактовых импульсов информация начинает перемещаться по триггерам первой группы2-1 регистраЗАД 4где- временной интервал (задержка в элементах схемы) между сигналом источника тактовых импульсов 3 и сигналом элемента 7 (тактовымсигналомтриггеров второйгруппы 2-2),Е - временной интервал междусигналом источника тактовыхимпульсов 3 и окончаниемсигнала на выходе триггера 1-1 первой группы 2-1(моментом присутствия "единицы" на О-входе триггера1-1 второй группы 2-2);,- + ф 1 +СТг. 4 ТГгде Т - период следования тактовыхимпульсов.Перемещение .информации по О-триггерам первой группы 2-1 осуществляется при помощи тактовых импульсов,которые задержаны относительно сигнала источника тактовых импульсов3 на величину С . "Единица" с выхода последнего О-триггера 1-к первойгруппы 2-1 будет приложена к О-входу первого триггера 1-1 второй груп-.пы 2-2, Но в качестве тактовых импульсов этого триггера используютсяимпульсы с выхода элемента 7, которые поступают с инвертора 4.Эти импульсы являются протифазными по отношению к тактовым сигналам. Поэтому при выполнении условия:к моменту поступления Фронта тактового импульса на С-вход триггерана его О-входе должна быть "единица" или1, (С,где с= - С +Ст2, 4 тггде Т - период тактовых импульсов,Г - задержка сигнала на элемен 4те 4,.задержка сигнала в триггетгре 1-щ.Информация переходит на первый триггер 1-1 второй группы 2-2 и далееначинает перемещаться. Далее прив 5 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 переходе к следующей группе переходинформации осуществляется аналогичным образом.Условие (1) является легко выполнимым практически при любых частотахследования тактовых импульсов (в пределах быстродействия триггеров)Рассмотрим пример реализации условия (1) для микросхем .одной из самыхбыстродействующих серий 130 при частоте-тактовых импульсов 10 мгц:Т 002 2С , . - задержка сигнала в одномиз логических элементов привсех условиях не может превышать 18 нс,30 нс нри тех же условиях.Будем считать с запасом в сторонубольшей устойчивости схемы регистра, что задержка инвертора и триггера в пределах указанных значенийможет принимать любые значения вплотьдо 0 нс. Тогдас =(О)нсфС = 50 нс + 3-18)нс + (О)нс=(50-98)нс. Отсюда видно, что условие (1) выполняется при любых условиях.Если число инверторов 4-9 превышает нагрузочную способность источника тактовых сигналов 3, что, например, для рассматриваемой сериимикросхем 130 соответствует подключению 20 первых инверторов и 20 вторых инверторов и соответственно400 триггеров в цепи регистра, товся цепочка источника тактовых сигналов и инверторов может быть повторена еще необходимое число раз. Таким образом, предлагаемая схема регистра позволяет соединять в цепочкурегистра сколь угодно большое числотриггеров. При этом необходимо отметить, что суммарная полезная задержка информации в регистре ужене будет равнагде Т - период следования тактовыхимпульсов, М - число триггеров врегистре, и будет меньше этой величины на - ч, где 1 - число групптриггеров регистра. Однако, этоуменьшение задержки может быть легко скомпенсировано .увеличением числа триггеров в регистре.Технико-экономическая эффективность данного изобретения заключается в том, что оно позволяет реализовать схемы регистров со.скольугодно большим числом триггеровв них на типичной элементной базе,например на микросхемах. При этомк элементной базе не предъявляетсяособых требований и она может использоваться без предварительногоотбора элементов.Использование регистров с большим числом триггеров позволяет в771725 15 Формула изобретения 20 Т 2Т я2-2 Составитель А, ВоронинРедактор Н,Каменская Техред М,Петко Корректор М.Вигула Заказ 6706/64 Тираж 662 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 11 3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ряде необходимых случаев одновременно обрабатывать большие массивы информации, вместо последовательной обработки этой информации по усложненным программам, например при декодировании многоимпульсных кодовых посылок с большой временной базой и с разрешающей способностью, не превышающей длительность импульса кодовой посылки.Таким образом, использование "длинных" регистров позволяет при решении определенных технических задач за счет одновременной обработки информации и отсутствия отбора элементов снизить стоимость аппаратуры. Регистр, содержащий последовательно соединенные группы в,О-триггеров (где о - число разрядов регистра), источник тактовых сигналов, выходы которого соединены со входами первых инверторов, о т л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости регистра эа счет устранения опасных состязаний триггеров,входящих в группы, в него введенывторые инверторы, входы которых соединены с выходами первых инверторов, выходы первых инверторов подключены к С-входам О-триггеров неченых групп, а выходы вторых инверторов соединены с С-входами О-триггеров четных групп.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Лебедев О.Т. Конструированиеи расчет электронной аппаратуры наоснове интегральных микросхем