डिजिटल सर्किट की पहचान। सामान्यीकृत सी-तत्व

अलेक्जेंडर कुश्नरोव
2019/12/18

यहां तक ​​कि एक अनुभवी इंजीनियर को कभी-कभी सर्किट को रूट करना मुश्किल हो सकता है ताकि पटरियों (या तारों) को इसके उचित संचालन में हस्तक्षेप न करें। पहले सन्निकटन में, लेआउट और नोड्स की संख्या, जो तारों को प्रत्येक नोड से जुड़ी होती है और शाखाओं में बंटी होने के बाद तारों की लंबाई, तारों की गुणवत्ता को प्रभावित करती है। यदि हम तार की लंबाई को देरी मानते हैं, तो अतुल्यकालिक डिजिटल सर्किट का सही संचालन कुछ तारों में देरी पर निर्भर नहीं हो सकता है। भविष्य में, हम ऐसे तारों को सुरक्षित कहेंगे, और ऐसे तारों की शाखाएं - पूरी तरह से सुरक्षित (एफजीपी)। इस लेख में, हम दिखाएंगे कि कैसे बारह ट्रांजिस्टर का एक सार्वभौमिक सर्किट कुछ शाखाओं को पूरी तरह से सुरक्षित बना सकता है।

अंजीर में दिखाए गए तथाकथित "तितली" योजना [1], [2] पर विचार करें। 1. यह सर्किट असंतुष्ट दालों पी और क्ष उत्पन्न करता है, जिसका उपयोग बिजली ट्रांजिस्टर को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है। अंजीर में बफर। 1 सुरक्षित तारों को इंगित करें। अन्य सभी तारों के विलंब को शून्य माना जाता है। दालों के बीच ठहराव बफ़र्स wy और wz की देरी से निर्धारित होता है। भविष्य में, हम किसी तत्व की देरी को इंगित करने के लिए बफर का उपयोग नहीं करेंगे। इस लेख के सभी सर्किटों में तारों और शाखाओं का परीक्षण कार्य केंद्र [3] में सुरक्षा (आउटपुट दृढ़ता) के लिए किया गया था। सीएससी संघर्षों को हल करके सिग्नल ट्रांज़िशन ग्राफ़ (एसटीजी) सर्किट से प्राप्त किए गए थे। चित्र सरल एसटीजी दिखाते हैं जहां बफर सिग्नल हटा दिए जाते हैं। अंजीर में समय आरेख (टीडी)। 1 का निर्माण संबंधित एसटीजी के अनुसार किया जाता है।


अंजीर। 1. "तितली" सर्किट, इसकी एसटीजी और टीडी इस धारणा के तहत कि तारों में देरी शून्य है।

सिद्धांत [1], [2] से यह ज्ञात है कि आरएस-ट्रिगर का सर्किट क्रॉस-कपलिंग में तारों में देरी के प्रति संवेदनशील है। यही कारण है कि अंजीर में क्रॉस-लिंक में बफ़र्स। 1 लापता। इस प्रकार, दो ट्रिगर तत्व एक दूसरे से न्यूनतम दूरी पर होने चाहिए। यदि यह करना मुश्किल है, तो दो तत्वों को प्रतिक्रिया के साथ एक जटिल तत्व से बदला जा सकता है। उदाहरण के लिए, तितली सर्किट में तत्व x और xb को अंजीर में दिखाया गया है। 2. इसके अलावा, हम एक जटिल तत्व के आउटपुट पर एफजीपी प्राप्त करते हैं।


अंजीर। 2. अंजीर में सर्किट का एक प्रकार। 1 और इसकी एसटीजी इस धारणा के तहत कि तारों में देरी शून्य है।

अंजीर में योजनाओं का कार्यान्वयन। 1 और अंजीर। 2 को क्रमशः 16 और 20 ट्रांजिस्टर की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, अंजीर में आरेख। 2 धीमा है, क्योंकि इनवर्टर wb1, wb2 और तत्व 2 के भीतर इन्वर्टर 2-और प्रति चक्र दो बार स्विच करना चाहिए। धीमा प्रदर्शन आमतौर पर एफजीपी की कीमत है। हालाँकि, इस नियम के अपवाद हैं। उदाहरण के लिए, अंजीर में। 3 एक एसिंक्रोनस काउंटिंग ट्रिगर (एएसटी) [4] की एक योजना को दर्शाता है जिसमें दो एफजीपी हैं।


अंजीर। 3. एएसटी और उसके एसटीजी इस धारणा के तहत कि तारों में देरी शून्य है।

अंजीर में सर्किट के नुकसान। 3 तारों की एक बड़ी संख्या है और तथ्य यह है कि उनमें से अधिकांश प्रतिच्छेद करते हैं। यह लेआउट को जटिल कर सकता है, खासकर अगर पटरियों के साथ परतों की संख्या सीमित है या वे अन्य यौगिकों के कब्जे में हैं। इस प्रकार, आपको तारों की संख्या, ट्रांजिस्टर की संख्या और FGP की संख्या के बीच कुछ समझौता करने की आवश्यकता है। एक एफजीपी के साथ इस तरह की समझौता योजना का एक उदाहरण अंजीर में दिखाया गया है। 4. यह [5] से सर्किट का एक छोटा संशोधन है। यहाँ ध्यान दें कि चित्र में चित्र के रूप में। 2, एक मिश्रित आधार का उपयोग किया जाता है। एक संकेतक के बिना इस एएसटी को लागू करने के लिए (wi2, wi4 और g5 पर XOR), 26 ट्रांजिस्टर की आवश्यकता है। यह अंजीर में एएसटी से केवल दो ट्रांजिस्टर अधिक है। 3।


अंजीर। 4. तारों में देरी होने पर एएसटी और उसके एसटीजी से समझौता करें।

ध्यान दें कि अंजीर में प्रतिक्रिया के साथ सभी तत्व। 2 और अंजीर। 4 एक सामान्यीकृत सी-तत्व (जीसी) के विशेष मामले हैं। इसे [6] के रूप में दिया गया है: $$$y = S (x) + y \ overline {R} (x)$ जहाँ $$$S (x)$ और $$$R (x)$ क्या स्थापना और रीसेट फ़ंक्शन स्थिति को संतुष्ट करते हैं $$$S (x) R (x) = 0$ । जीसी तत्व के विशेष मामले एनसीएल तत्व भी हैं, जिनका उपयोग डेटा प्रोसेसिंग के लिए योजनाओं में किया जाता है। ध्यान दें कि सबसे बड़े NCL तत्व में चार इनपुट होते हैं और 28 ट्रांजिस्टर [7] पर लागू होते हैं। यह इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि बड़ी संख्या में ट्रांजिस्टर के साथ, तार अपेक्षाकृत लंबे हो जाते हैं और उनमें देरी से तत्व के संचालन को प्रभावित करना शुरू हो जाता है।

अंजीर में दिखाए गए ट्रांजिस्टर सर्किट पर विचार करें। 5. यह पाँच चर के कार्य को कार्यान्वित करता है [8], [९] $$$f (x) = x_1 x_3 + x_2 x_4 + x_5 (x_1 x_4 + x_2 x_3)$ । तालिका 1 SDNF और SKNF फ़ंक्शन को दर्शाता है $$$च (x)$ और इसके दोहरे कार्य $$$$ (x) = \ overline {f (\ overline x)}$ । इस तालिका से यह स्पष्ट है कि इंटरचेंजिंग द्वारा $$$x_2$ और $$$x_3$ में $$$च (x)$ हमें मिलता है $$$$ (x)$ और इसके विपरीत। मामले में $$$x_2 = x_3 = y$ , हम एक आत्म-दोहरी फ़ंक्शन प्राप्त करते हैं $$$f (x, y) = \ overline {f (\ overline x, \ overline y)} = x_1 x_4 x_5 + y (x_1 + x_4 + x_5)$ ।


अंजीर। 5. एक योजना जो पांच चर के कार्य को लागू करती है।

तालिका 1. अंजीर में सर्किट के लिए तार्किक कार्यों के रूप। 5।


ध्यान दें $$$x_2 = x_3 = y$ इसका मतलब है कि संबंधित चार ट्रांजिस्टर को एक ही समय में स्विच किया जाना चाहिए। यहां तक ​​कि अगर ब्रांचिंग वाई के बाद के तारों में एक ही देरी है, तो यह पर्याप्त नहीं है, क्योंकि ट्रांजिस्टर के स्विचिंग क्षण को उसके द्वार पर वोल्टेज द्वारा निर्धारित किया जाता है। इस दृष्टिकोण से, अंजीर में सर्किट का विश्लेषण। ५ [१०] में बनाया गया था। हालांकि, यह विश्लेषण पूर्ण नहीं है, क्योंकि केवल एक दो-इनपुट सी-तत्व के कार्यान्वयन पर विचार किया गया था। पूर्ण विश्लेषण करने के लिए, आपको पहले इनपुट्स के संयोजन के लिए सभी विकल्प खोजने होंगे, या अधिक औपचारिक रूप से, चर की एक छोटी संख्या के सभी कार्य जो इससे प्राप्त किए जा सकते हैं। $$$च (x)$ । इस तरह की खोज कुछ सरल रूप में की गई थी, और इसके परिणाम परिशिष्ट में दिखाए गए हैं। अधिकांश विशेषताएं कई रूपों में पाई जाती हैं। उनसे उन लोगों को चुनना आवश्यक है जो योजनाओं को प्रतिस्पर्धा से मुक्त करते हैं [11]। प्राप्त किए गए सभी फ़ंक्शन, उनमें से प्रत्येक के वेरिएंट की संख्या और परिशिष्ट में संबंधित तालिका की संख्या तालिका 2 में दी गई है। तारांकन के साथ संख्या दोहरे कार्यों को दर्शाती है।

तालिका 2. अंजीर में सर्किट द्वारा कार्यान्वित जीसी-तत्व। 5।


फ़ंक्शंस 2 और 2 *, 5 और 5 *, 7 और 7 * स्व-दोहरी हैं, और फ़ंक्शन 4 को ए और सी को इंटरचेंज करके फ़ंक्शन 4 * से प्राप्त किया जा सकता है। ध्यान दें कि फ़ंक्शन 6 * के अलावा, अन्य सभी फ़ंक्शन थ्रेशोल्ड हैं। यह इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि $$$च (x)$ आइसोटोनिक (सकारात्मक समरूप) और चार या उससे कम चरों के लिए आइसोटोनिक कार्य छद्म-दहलीज [12] के साथ मेल खाते हैं। इस लेख में 1 *, 3 * और 6 * कार्यों के लिए कौन से विकल्प हैं, इसका प्रश्न खुला रहता है।

उदाहरण के रूप में कार्यों 2 और 2 * के मामले पर विचार करें। एक विकल्प के अनुसार (परिशिष्ट में तालिका P3) $$$x_1 = x_4 = एक$ और $$$x_2 = x_3 = b$ । रास्ता निकलने दो $$$य$ प्रवेश द्वार से काट दिया गया $$$x_5$ और इन्वर्टर इनपुट से सिग्नल को हटा दिया जाए। इससे आप अंजीर में दिखाए गए सेल कनवेयर वितरक [13] का निर्माण कर सकते हैं। 6. इस सेल में तत्व अलग-अलग हैं, लेकिन इस तथ्य के कारण कि इनपुट संयुक्त हैं, वे दोनों एक ही स्व-दोहरी फ़ंक्शन को लागू करते हैं। ध्यान दें कि अंजीर में सर्किट में क्रॉस-लिंक किए गए तत्व। 1, अंजीर में। 3 और अंजीर में। 6 पूर्ण कार्यान्वयन [2] के लिए बुनियादी निर्माण के विशेष मामले हैं। इस प्रकार, बुनियादी डिजाइन सर्किट को जीसी तत्व सर्किट और इसके विपरीत में बदलने के लिए नियम होना चाहिए।


अंजीर। 6. सेल कन्वेयर वितरक।

प्रौद्योगिकी की दृष्टि से, पॉलीसिलिकॉन बसों पर ट्रांजिस्टर "स्ट्रैंग" होना चाहिए। अंजीर में सर्किट का ऐसा कार्यान्वयन। 5 [14] में दिया गया है। प्रारंभिक राज्यों को सेट करने के लिए, पी-एमओएस और एन-एमओएस ट्रांजिस्टर का उपयोग किया जा सकता है, जो इन्वर्टर में ट्रांजिस्टर के साथ एक वोल्टेज डिवाइडर बनाते हैं। कुछ एसटीजी परिवर्तनों [15] की मदद से सर्किट की शोर प्रतिरोधक क्षमता को बढ़ाया जा सकता है।

धन्यवाद

लेखक लेख [1] को स्कैन करने के लिए स्वेतलाना फ्रेलोवा (ओएमएसयू) और प्रेरणा के लिए सर्गेई बिस्ट्रोव के प्रति भी बहुत आभारी है।

आवेदन

इस खंड में प्रस्तुत परिणाम प्राप्त करने के लिए MuPAD का उपयोग किया गया था। आउटपुट y को केवल एक इनपुट से जोड़ा जाए। तालिका A1 से पता चलता है कि इस मामले में $$$S (x) R (x) (0$ । जिसके लिए कार्य प्राप्त करना $$$S (x) R (x) = 0$ , आप या तो कुछ चर जोड़ सकते हैं या उन्हें स्थिरांक प्रदान कर सकते हैं। दो चर के संयोजन के मामले के कार्य तालिका A2 में दिए गए हैं। अन्य विकल्प नहीं देते हैं $$$S (x) R (x) = 0$ । चूँकि तालिका A1 में पहले चार कार्य चरों की क्रमपरिवर्तन तक मेल खाते हैं, इसलिए हम केवल पहले और पाँचवे भाग पर विचार करेंगे। मामलों $$$य = य (∀)$ और $$$y = (y) + y$ दिलचस्प नहीं है, क्योंकि पहले में हम केवल जीसी-तत्व को रीसेट कर सकते हैं, लेकिन हम इसे स्थापित नहीं कर सकते हैं, और दूसरे में - बहुत अच्छा। चर के साथ जोड़तोड़ ने तालिका पी 1 से चार और तीन चर के कार्यों को प्राप्त करना संभव बना दिया, जो क्रमशः तालिका पी 3 और तालिका पी 4 में दिए गए हैं।

सारणी A1 पाँच चर के कार्य।


तालिका A2। चार चर के कार्य।


तालिका P3। तालिका A1 से प्राप्त चार चरों के कार्य।


सारणी A4 तालिका A1 से प्राप्त तीन चरों के कार्य।

साहित्य

[१] वी। आई। वार्शव्स्की, एम। ए। किस्नेव, ए। आर। टूबिन और बी। एस। ज़र्लिन, "अतुल्यकालिक तर्क सर्किटों का विश्लेषण। द्वितीय। ऑपरेटिंग राज्यों की पुनरावृत्ति और तारों में देरी का प्रभाव, ”इज़्व। USSR विज्ञान अकादमी। तकनीकी साइबरनेटिक्स, नहीं। 4, पीपी। 84-97, 1982।
[२] वार्शवस्की, वी। आई। (सं।), कंप्यूटर और असतत प्रणालियों में अतुल्यकालिक प्रक्रियाओं का स्वचालित नियंत्रण, नौका, १ ९ systems६।
[३] workcraft.org
[४] आरसी टॉड, "लॉजिक सिस्टम"। पेटेंट US3609569, 28 सितंबर। 1971।
[५] ईए विटोज़, "फ्रीक्वेंसी डिवाइडिंग लॉजिक स्ट्रक्चर"। पेटेंट US3829714, 13 अगस्त। 1974।
[६] जे। कॉर्टाडेला, एम। किशिनव्स्की, ए। कोंद्रतयेव, एल। लवगानो और ए। यकोवलेव, अतुल्यकालिक नियंत्रकों और इंटरफेस के लिए तर्क संश्लेषण, स्प्रिंगर, २००२।
[[] ए। कोंडरायेव, "बहु-रेल अतुल्यकालिक प्रवाह के साथ पूर्ण पहचान और प्रणाली और उसी के डिजाइन के लिए विधि।" पेटेंट US6526542, 25 फरवरी। 2003।
[[] जेजे गिब्सन, "तर्क सर्किट क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर को नियोजित करते हैं।" पेटेंट US3439185, 15 अप्रैल। 1969।
[९] आर। मिलर, स्विचिंग सर्किट का सिद्धांत। वॉल्यूम I. संयोजन योजनाएं, विज्ञान, 1970।
[१०] के। वैन बर्केल, "आइसोक्रोनिक फोर्क से सावधान रहें," एकीकरण, वॉल्यूम। 13, नहीं। 2, पीपी। 103-128, 1992।
[११] पी। कुडवा, जी। गोपालकृष्णन, एच। जैकबसन और एसएम नोविक, "डिजाइन-आटोमेशन कॉन्फै स, १ ९९ ६ में कई इनपुट परिवर्तन के तहत खतरनाक मुक्त अनुकूलित सीएमओएस जटिल-गेट नेटवर्क का संश्लेषण।"
[१२] GW फागर्लिन, पांच वेरिएबल्स के छद्म-वियोज्य कार्यों की गणना। एमएससी थीसिस, इलिनोइस विश्वविद्यालय, 1968।
[१३] वी। आई। वार्शवस्की, ए। यू। कोंड्रैटिव, एन। एम। क्रावचेंको और बी। एस.सर्लिन, "अतुल्यकालिक वितरक"। पेटेंट SU1598142, 07/10 1990।
[१४] एसई चेंग, "एच-ट्री सीएमओएस लॉजिक सर्किट," आईईईई कॉन्फ में। इलेक्ट्रॉनिक्स, सर्किट और सिस्टम पर, 2008।
[१५] ए.यू.ई. सिम्प में ए.उबिन, ए। कोंडरायेव, जे। कोरटडेला और एल। लवगानो, "अतुल्यकालिक विशिष्टताओं में शोर प्रतिरक्षा बढ़ाने के लिए व्यवहार परिवर्तन"। Async पर। सर्किट और सिस्टम, 1999।