數(shù)字電路一些問(wèn)答
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時(shí)間：2008-09-18
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
同步邏輯是時(shí)鐘之間有固定的因果關(guān)系。異步邏輯是各時(shí)鐘之間沒(méi)有固定的因果關(guān)系。
電路設(shè)計(jì)可分類為同步電路和異步電路設(shè)計(jì)。同步電路利用時(shí)鐘脈沖使其子系統(tǒng)同步運(yùn)作，而異步電路不使用時(shí)鐘脈沖做同步，其子系統(tǒng)是使用特殊的“開(kāi)始”和“完成”信號(hào)使之同步。由于異步電路具有下列優(yōu)點(diǎn)--無(wú)時(shí)鐘歪斜問(wèn)題、低電源消耗、平均效能而非最差效能、模塊性、可組合和可復(fù)用性--因此近年來(lái)對(duì)異步電路研究增加快速，論文發(fā)表數(shù)以倍增，而Intel Pentium 4處理器設(shè)計(jì)，也開(kāi)始采用異步電路設(shè)計(jì)。v異步電路主要是組合邏輯電路，用于產(chǎn)生地址譯碼器、ＦＩＦＯ或ＲＡＭ的讀寫控制信號(hào)脈沖，其邏輯輸出與任何時(shí)鐘信號(hào)都沒(méi)有關(guān)系，譯碼輸出產(chǎn)生的毛刺通常是可以監(jiān)控的。同步電路是由時(shí)序電路(寄存器和各種觸發(fā)器)和組合邏輯電路構(gòu)成的電路，其所有操作都是在嚴(yán)格的時(shí)鐘控制下完成的。這些時(shí)序電路共享同一個(gè)時(shí)鐘ＣＬＫ，而所有的狀態(tài)變化都是在時(shí)鐘的上升沿(或下降沿)完成的。
2、什么是線與邏輯，要實(shí)現(xiàn)它，在硬件特性上有什么具體要求？
線與邏輯是兩個(gè)輸出信號(hào)相連可以實(shí)現(xiàn)與的功能。在硬件上，要用oc門來(lái)實(shí)現(xiàn)（漏極或者集電極開(kāi)路），由于不用oc門可能使灌電流過(guò)大，而燒壞邏輯門，同時(shí)在輸出端口應(yīng)加一個(gè)上拉電阻。（線或則是下拉電阻）
3、什么是Setup 和Holdup時(shí)間,setup和holdup時(shí)間區(qū)別.
Setup/hold time 是測(cè)試芯片對(duì)輸入信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)之間的時(shí)間要求。建立時(shí)間是指觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)上升沿到來(lái)以前，數(shù)據(jù)穩(wěn)定不變的時(shí)間。輸入信號(hào)應(yīng)提前時(shí)鐘上升沿（如上升沿有效）T時(shí)間到達(dá)芯片，這個(gè)T就是建立時(shí)間-Setup time.如不滿足setup time,這個(gè)數(shù)據(jù)就不能被這一時(shí)鐘打入觸發(fā)器，只有在下一個(gè)時(shí)鐘上升沿，數(shù)據(jù)才能被打入觸發(fā)器。保持時(shí)間是指觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)上升沿到來(lái)以后，數(shù)據(jù)穩(wěn)定不變的時(shí)間。如果hold time不夠，數(shù)據(jù)同樣不能被打入觸發(fā)器。
建立時(shí)間(Setup Time)和保持時(shí)間（Hold time）。建立時(shí)間是指在時(shí)鐘邊沿前，數(shù)據(jù)信號(hào)需要保持不變的時(shí)間。保持時(shí)間是指時(shí)鐘跳變邊沿后數(shù)據(jù)信號(hào)需要保持不變的時(shí)間。如果不滿足建立和保持時(shí)間的話，那么DFF將不能正確地采樣到數(shù)據(jù)，將會(huì)出現(xiàn)
stability的情況。如果數(shù)據(jù)信號(hào)在時(shí)鐘沿觸發(fā)前后持續(xù)的時(shí)間均超過(guò)建立和保持時(shí)間，那么超過(guò)量就分別被稱為建立時(shí)間裕量和保持時(shí)間裕量。
4、什么是競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)現(xiàn)象？怎樣判斷？如何消除？
在組合邏輯中，由于門的輸入信號(hào)通路中經(jīng)過(guò)了不同的延時(shí)，導(dǎo)致到達(dá)該門的時(shí)間不一致叫競(jìng)爭(zhēng)。產(chǎn)生毛刺叫冒險(xiǎn)。如果布爾式中有相反的信號(hào)則可能產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)和冒險(xiǎn)現(xiàn)象。解決方法：一是添加布爾式的消去項(xiàng)，二是在芯片外部加電容。
5、你知道那些常用邏輯電平？TTL與COMS電平可以直接互連嗎？
常用邏輯電平：12V，5V，3.3V；TTL和CMOS不可以直接互連，由于TTL是在0.3-3.6V之間，而CMOS則是有在12V的有在5V的。CMOS輸出接到TTL是可以直接互連。TTL接到CMOS需要在輸出端口加一上拉電阻接到5V或者12V。cmos的高低電平分別為:Vih>=0.7VDD,Vil=0.3VDD;Voh>=0.9VDD,Vol=0.1VDD. TTL的為:Vih>=2.0v,Vil=0.8v;Voh>=2.4v,Vol=0.4v. 用cmos可直接驅(qū)動(dòng)ttl;加上拉后,ttl可驅(qū)動(dòng)cmos.
6、如何解決亞穩(wěn)態(tài)。
亞穩(wěn)態(tài)是指觸發(fā)器無(wú)法在某個(gè)規(guī)定時(shí)間段內(nèi)達(dá)到一個(gè)可確認(rèn)的狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)觸發(fā)器進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)時(shí)，既無(wú)法預(yù)測(cè)該單元的輸出電平，也無(wú)法預(yù)測(cè)何時(shí)輸出才能穩(wěn)定在某個(gè)正確的電平上。在這個(gè)穩(wěn)定期間，觸發(fā)器輸出一些中間級(jí)電平，或者可能處于振蕩狀態(tài)，并且這種無(wú)用的輸出電平可以沿信號(hào)通道上的各個(gè)觸發(fā)器級(jí)聯(lián)式傳播下去。
解決方法：
1 降低系統(tǒng)時(shí)鐘
2 用反應(yīng)更快的FF
3 引入同步機(jī)制，防止亞穩(wěn)態(tài)傳播
4 改善時(shí)鐘質(zhì)量，用邊沿變化快速的時(shí)鐘信號(hào)
關(guān)鍵是器件使用比較好的工藝和時(shí)鐘周期的裕量要大。
7、IC設(shè)計(jì)中同步復(fù)位與異步復(fù)位的區(qū)別。
同步復(fù)位在時(shí)鐘沿采復(fù)位信號(hào)，完成復(fù)位動(dòng)作。異步復(fù)位不管時(shí)鐘，只要復(fù)位信號(hào)滿足條件，就完成復(fù)位動(dòng)作。異步復(fù)位對(duì)復(fù)位信號(hào)要求比較高，不能有毛刺，如果其與時(shí)鐘關(guān)系不確定，也可能出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)。
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