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基本概念:线与逻辑、锁存器、缓冲器、建立时间、缓冲时间2005-10-09 09:58:00

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锁存器:输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化,只有在有锁存信号时输入的状态被保存到输出,直到下一个锁存信号。通常只有0和1两个值。典型的逻辑电路是D触发器。
缓冲器:多用在总线上,提高驱动能力、隔离前后级,缓冲器多半有三态输出功能。
三态缓冲器就是典型的线与逻辑器件,可允许多个器件挂在一条总线上,当然OC输出也可用在线与逻辑应用上。

OC门,又称集电极开路(漏极开路)与非门门电路,Open Collector(Open Drain)。为什么引入OC门?实际使用中,有时需要两个或两个以上与非门的输出端连接在同一条导线上,将这些与非门上的数据(状态电平)用同一条导线输送出去。因此,需要一种新的与非门电路--OC门来实现“线与逻辑”。OC门主要用于3个方面:实现与或非逻辑,用做电平转换,用做驱动器。由于OC门电路的输出管的集电极悬空,使用时需外接一个上拉电阻Rp到电源VCC。OC门使用上拉电阻以输出高电平,此外为了加大输出引脚的驱动能力,上拉电阻阻值的选择原则,从降低功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大;从确保足够的驱动电流考虑应当足够小。
线与逻辑,即两个输出端(包括两个以上)直接互连就可以实现“AND”的逻辑功能。在总线传输等实际应用中需要多个门的输出端并联连接使用,而一般TTL门输出端并不能直接并接使用,否则这些门的输出管之间由于低阻抗形成很大的短路电流(灌电流),而烧坏器件。在硬件上,可用OC门或三态门(ST门)来实现。 用OC门实现线与,应同时在输出端口应加一个上拉电阻。
三态门(ST门)主要用在应用于多个门输出共享数据总线,为避免多个门输出同时占用数据总线,这些门的使能信号(EN)中只允许有一个为有效电平(如高电平),由于三态门的输出是推拉式的低阻输出,且不需接上拉(负载)电阻,所以开关速度比OC门快,常用三态门作为输出缓冲器。

建立时间和保持时间

 

wpe3.jpg (5176 字节)

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  建立时间(setup time)是指在触发器的时钟信号上升沿到来以前,数据稳定不变的时间,如果建立时间不够,数据将不能在这个时钟上升沿被打入触发器;保持时间(hold time)是指在触发器的时钟信号上升沿到来以后,数据稳定不变的时间, 如果保持时间不够,数据同样不能被打入触发器。  如图1 。 数据稳定传输必须满足建立和保持时间的要求,当然在一些情况下,建立时间和保持时间的值可以为零。 PLD/FPGA开发软件可以自动计算两个相关输入的建立和保持时间(如图2

 

竞争和冒险

几乎所有关于数字电路的教材,都会提到数字电路中的竞争和冒险问题,但是这个问题往往被我们忽略。我们可以先来回顾一下关于竞争和冒险的一些基本概念。

 

PLD内部毛刺产生的原因

我们在使用分立元件设计数字系统时,由于PCB走线时,存在分布电感和电容,所以几纳秒的毛刺将被自然滤除,而在PLD内部决无分布电感和电容,所以在PLD/FPGA设计中,竞争和冒险问题将变的较为突出。

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