Laufzeitverzögerung bei synchronen Zählern

Betrachten Sie den 4-Bit-Zähler wie unten gezeigt: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Angenommen, wir betrachten die Ausbreitungsverzögerung jedes Flip-Flops = 2 ns und die Ausbreitungsverzögerung jedes UND-Gatters beträgt 3 ns. Wie groß ist dann die gesamte Ausbreitungsverzögerung?

Da alle Flip-Flops denselben Takt erhalten, fügen wir die Laufzeitverzögerung des Flip-Flops nur einmal hinzu, aber mein Zweifel ist, ob die Laufzeitverzögerung des UND-Gatters nur einmal oder zweimal hinzugefügt werden soll?

Wird die Ausbreitungsverzögerung also 2 + 3 = 5 ns oder 2 + 3 + 3 = 8 ns betragen?

Guter Start. Was denkst du, und warum?
Verstehen Sie die Einrichtungszeit und die Haltezeit?
Dies ist eine synchrone Schaltung, daher gibt es keinen Versatz zwischen den Berechnungsstufen. die Ausbreitungsverzögerung ist die Takt-zu-Ausgabe-Zeit des FF. Es gibt keine kombinatorische Schaltung zwischen den FFs Qund den Ausgängen des Zählers Q. Ganz anders wäre es, wenn jeder Qdie nächste Etappe fahren würde C. Dies würde als asynchroner Zähler bezeichnet werden.
Der Eingang zum letzten Flip-Flop hängt vom Ausgang des vorherigen UND-Gatters ab. Warum sollten wir also keine UND-Gatter-Verzögerungen hinzufügen?
@Brian Drummond, bitte erläutern Sie die Antwort, wenn möglich. Ich denke, dass es 2 + 3 + 3 sein sollte, da der letzte Flip-Flop-Eingang vom Ausgang von 2 UND-Gattern abhängt, also müssen wir die Ausbreitungsverzögerung beider UND-Gatter hinzufügen.

Antworten (1)

Die Ausbreitungsverzögerung beträgt 2 ns, da dies die Zeit zwischen dem sich ändernden Eingang (Takt) und den Ausgängen (Q0-Q3) ist. Laufzeitverzögerung der UND-Gatter nicht relevant, da ihre Ausgänge stabil sein sollten, wenn die Flip-Flips getaktet werden. Sie können jedoch die maximale Frequenz begrenzen, mit der der Zähler getaktet werden kann, da ihre Ausgänge korrekt sein müssen , wenn der Takt auftritt.

Der JK-Eingang zum vierten Flip-Flop (FF3) wird durch die Zustände von Q0-Q2 bestimmt. Diese Ausgänge sind 2 ns nach dem Takt stabil, passieren dann aber bis zu zwei UND-Gatter. Wenn der nächste Takt zu früh auftritt, hatte der JK-Eingang von FF3 nicht genug Zeit, um sich zu stabilisieren, und der Zähler wird gestört.

Die Gesamtverzögerung zwischen Takteingang und FF3-JK-Eingang beträgt bis zu 2+3+3 = 8 ns. Daher beträgt die minimal akzeptable Zeit zwischen Takten 8 ns + JK-Setup-Zeit. Solange dieses Timing eingehalten wird, sollte der Zähler korrekt funktionieren, und die Ausbreitungsverzögerung beträgt 2 ns, da sich Q-Ausgänge nur als Reaktion auf Takteingänge ändern.

Danke für die Antwort. Ja, ich verstehe, dass die Laufzeitverzögerung von Flip-Flops nur 2 ns beträgt, und wir fügen sie nicht hinzu, da dies ein synchroner Zähler ist. Angenommen, wir wollen die Frequenz des Taktsignals für das korrekte Arbeiten des Zählers finden. Dann wäre es 1/8ns und nicht 1/2ns richtig? Die Gesamtlaufzeit würde 8 ns betragen, da dies ein serieller synchroner Zähler ist.
Die Ausbreitungsverzögerung ist die Zeit zwischen einer Eingangsänderung und der Reaktion des Ausgangs/der Ausgänge, in diesem Fall 2 ns. Jedoch (unter der Annahme einer Einrichtungszeit von 0 ns) muss die Zeitperiode zwischen den Takten mindestens 8 ns betragen, sonst wird der Zähler versagen. Daher beträgt die maximale Taktfrequenz 1/8ns = 125MHz. Praktisches Beispiel:- 74F160 Tpd CP->Q = 3,5 ns, maximale Taktfrequenz 80 MHz = 12,5 ns
Laut Ihnen ist "Laufzeitverzögerung die Zeit zwischen einer Eingangsänderung und der Reaktion des Ausgangs". Sollte es also nicht max(2,3) = 3ns sein. Da es 3 ns dauert, bis das UND-Gatter nach einer Änderung des Eingangs eine Ausgabe erzeugt.
Bei jedem Takt ändern sich zuerst die Q-Ausgänge , dann ändern sich die UND-Gatter. Die UND-Gatter stellen nur die Bedingungen für die nächste Zählung ein und sind nicht direkt an der Verzögerung von Takt (Eingang) zu Q (Ausgang) beteiligt.
Okay, die Ausbreitungsverzögerung ist also die Verzögerung in Bezug auf Eingänge, bei denen Eingänge nur Takte im Falle von Zählern sind, richtig?
Ja. In einem einfachen Zähler ist die Uhr der einzige Eingang, daher müssen Laufzeitverzögerungen relativ dazu sein. Ein komplexeres Gerät könnte andere Eingänge haben, die ihre eigenen Ausbreitungsverzögerungen haben.
Laufzeitverzögerung bei synchronen Zählern
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