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第3节 基本单元
文章出处:与非网
更新于2008-05-16 12:38:04

 如下图所示,两个电路中都有两个输入S(置位)和R(复位),也都有一个输出Q(为表示方便,以后存储器的输出信号都称为Q)。当S输入有效时,“置位”输出到1,当R输入有效时,“复位”输出到0。
 在左图的与/或电路中,S必须是1来驱动Q到1,且R必须是0来驱动Q到0(所以S是高有效而R是低有效)。在时刻2的S上升沿,Q被置位,Q保持其置位知道时刻3被复位。因此,Q具有存储功能,它在输入S无效后仍然保持在1,即它在时刻2和时刻3之间存储下了逻辑1。同样的,当R有效时(下降沿),Q被复位到逻辑0,并且保持该值,直到未来某一时刻再被改变,即改电路能够存储逻辑值0。
 在右图的或非门电路中,S必须是1并驱动Q到0,R必须是1并驱动Q到1(所以这里S和R都是高有效)。由于与/或门电路需要更多的三极管,且其电路的输入信号需要相反的有效电平,所以一般不使用与/或门来构造存储器电路。我们鼓励读者仔细阅读并研究下面这些电路以及时序图,并能理解给出的行为特性。
 下图中有或非电路还有类似的与非电路。这两种电路都经常用在存储器电路中,且都称为“基本单元”,与非基本单元的时序图可以很容易的画出来,与或非门的时序图类似。

 由于与非门和或非门电路是对称的,所以其输入都可以用S或R来表示。为表示方便,输入S驱动的输出如果为1,则称为Q,输入S驱动的输出如果为0,则称为QN(因此上图中的或非门电路就标错了,下图中是正确的)。在或非电路中,S为1将驱动输出为1(已知R为0),所以或非电路的输入为高有效。而在与非电路中,S为0将驱动输出为1,所以与非门电路的输入为低有效。
 如下图所示,重新绘制了基本单元并用其组成了交叉耦合电路,其中的反馈路径作为重点用粗体线表示了出来。在或非基本单元中,输出Q是由R直接驱动的,所以R可以决定输出Q,而与S无关:如果R为1,那么Q就为0,与S无关。因此,或非门基本单元也称为“复位优先”。在与非门基本单元中,输入S可以决定输出Q,而与R无关:如果S为0,那么输出Q为1,与R无关。因此与非门基本单元也称为“置位优先”。在真值表中,如果两个输入都有效时,置位优先和复位优先的区别就很明显了。在复位优先的或非单元中,当R有效时(最后一行),Q被置为0,而在置位优先的与非单元中,当S有效时(第一行),Q被置为1。

 通过研究上面的真值表和图,可以得出以下结论:
 两个电路的真值表中间两行是一样的(当S和R其中任一个有效时,Q和QN都被驱动到其反向电平)。
 当两个输入都有效时,Q和QN的逻辑电平相同(它们不再翻转)
 当没有输入有效时,反馈回路的逻辑电平决定了电路输出。
 基于这些结论,我们可以为基本单元来定义以下的行为特性(记住,对于或非单元,置位和复位信号是高有效,对于与非单元,它们是低有效):
 当只有置位信号有效时,Q为1且QN为0;
 当只有复位信号有效时,Q为0且QN为1;
 当置位信号和复位信号同时有效时,Q和QN同时为0(或非单元)或1(与非单元);
 当置位信号和复位信号都无效时,输出有存储在反馈回路的逻辑值决定。
 如果基本单元的两个输入信号同时无效,那么反馈回路就变成不稳定态,且存储器在不稳定态区域中暂时性迟滞。其结果就是两个不同的电平值同时进入反馈回路,而这些值相互串扰从而造成回路振荡。在仿真器中,将所有的门延迟时间设为同一个值,并且在同一时刻改变输入信号,就可以看到所说的振荡现象了。在实际电路中,门延迟时间是不确定的,且输入也不可能在同一时刻同时(精确到皮秒)改变。因此,只是有可能看到振荡现象,但只是一瞬间。同样的在输出中就表现为1和0之间的暂时性“悬空”。两种现象都表明了亚稳定态,这时存储器的输出会不在任何一种稳定操作状态范围内。在实际电路中,可以不必关心亚稳定态,因为即使产生了,它也会很快的结束并进入稳定状态。但是有一点很重要,就是要注意器件也有可能进入亚稳定态而永远不能消除。
 在实际存储器电路中,既可以使用与非门,也可以使用或非门作为基本单元。在下面的讨论中,我们使用与非门基本单元,或非单元也可以类似的构造出。
 练习1在Xilinx工具环境中创建并仿真练习文档中的与非门基本单元,
 练习2在Xilinx工具环境中创建并仿真练习文档中的或非门基本单元,
         练习3:修改与非门基本单元的仿真,并找出所有可能的亚稳态情况。
 
 
 
 


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