Tại sao xếp tầng D-Flip Flops ngăn chặn sự di chuyển?


15

Tôi hiểu tính di động là gì nhưng không hiểu làm thế nào liên kết với dép xỏ ngón làm giảm điều này?

Nếu đầu ra của flipflop đầu tiên là siêu bền, thì điều này sẽ được sử dụng làm đầu vào cho cái thứ hai. Nhưng tôi không thấy cách lật thứ 2 sẽ có thể làm bất cứ điều gì với đầu vào này và làm cho nó ổn định.

Cảm ơn trước!


2
Luôn luôn tìm kiếm một cơ hội để đề cập đến mông của Buridan: en.wikipedia.org/wiki/
Kẻ

Câu trả lời:


11

Khả năng di chuyển không thể được chữa khỏi, nhưng nếu bạn chờ đợi đủ lâu , khả năng xảy ra có thể được thực hiện nhỏ tùy ý. Một khi bạn đã hạ nó xuống một lần trong thời đại vũ trụ, có lẽ nó sẽ không gây rắc rối cho bạn.

Nó giống như cân bằng một cây bút chì trên quan điểm của nó. Nó có khả năng rơi xuống, và bạn càng chờ đợi lâu, nó càng ít có khả năng đứng vững.

Có hai vấn đề với việc chờ đợi một thời gian dài, và một trong số đó là cơ bản.

Vấn đề cơ bản là nếu bạn có một phần tử bộ nhớ duy nhất (chốt hoặc lật, cả hai đều bị tính di động) trong một hệ thống có xung nhịp nhận đầu ra từ hệ thống bên ngoài không đồng bộ, thì về mặt vật lý bạn không thể xác định giới hạn thấp hơn trong thời gian chờ , đôi khi tín hiệu bên ngoài sẽ thực hiện chuyển đổi gần cạnh điều khiển chốt. Bạn phải dẫn tín hiệu đến một flip-flop khác để cho nó chờ ở đó. Điều này cung cấp cho bạn một thời gian chờ tối thiểu một chu kỳ đồng hồ được đảm bảo.

Vấn đề thứ hai là bạn thường cố gắng chạy một hệ thống càng nhanh càng tốt và tốc độ xung nhịp của hệ thống không thể bị chậm lại để có đủ thời gian trong lần lật thứ hai. Cách duy nhất để tăng độ trễ tín hiệu đến những gì cần thiết, mà không làm giảm thông lượng, là đưa đường ống chờ đến nhiều giai đoạn hơn.

Một số người gặp khó khăn khi hình dung những gì đang xảy ra giữa dép tông. Có hai cách để gây ra tính di động, và cả hai đều liên quan đến việc vi phạm các quy tắc lật. Một cách là vi phạm thiết lập đầu vào và thời gian giữ, để thực hiện chuyển đổi khi flip-flop mong muốn đầu vào ổn định. Khác là vi phạm các mức logic đầu vào, để làm cho đầu vào dữ liệu lật ở mức điện áp trung gian. Một flip-flop mà có thể di chuyển có thể tạo ra một trong hai loại vi phạm trên đầu ra của nó, để xếp tầng cho flip-flop tiếp theo.


6
Ví dụ, trở lại khi tôi đang thiết kế chip, tôi có thể di chuyển, tất cả các giao thoa đồng hồ, chúng tôi đã làm toán, tìm ra các cơ hội thất bại của bộ đồng bộ hóa ở mỗi flop, nhóm flop, v.v. xem kết quả sẽ như thế nào được ... chủ yếu là một pixel trên màn hình có thể bị vỡ, cuối cùng, con đường xuyên suốt con chip đã giảm xuống khoảng hai năm một lần - đây là một card đồ họa cho Win95 mà lúc đó không thể ở lại nhiều hơn khoảng một ngày, chúng tôi đã quyết định rằng sẽ không có ai chú ý đến bộ đồng bộ hóa 2 năm của MTBF.
Taniwha

7
Ngoài ra, một điều mà không ai nhắc đến là những gì xảy ra với sự cố di động trong trường hợp xấu nhất tuyệt đối ... đôi khi sự cố đồng bộ hóa dẫn đến một sự dao động trong nội bộ ở một mức cao ngu ngốc có thể ở các mức giữa mức cao và mức thấp thông thường - nếu nó thoát khỏi mức cao của bạn đạt được các bộ đồng bộ hóa chống di động mà thảm họa ồn ào ồn ào có thể lây nhiễm tất cả các flop xuôi dòng (như những người hâm mộ ra ngoài) dẫn đến những trận hòa lớn hiện tại và thậm chí có thể quá nóng và chết chip - vì vậy hãy chú ý đến vấn đề này
Taniwha

@Neil_UK Bạn sử dụng từ chốt mà tôi nghĩ là khó hiểu. Trong vòng tròn của tôi, chốt là một yếu tố không đồng bộ. Tôi sẽ gọi chúng là dép xỏ ngón cho rõ ràng.
jalalipop

1
@jalalipop Tôi đã sử dụng chốt có nghĩa là flip-flop, mặc dù có lẽ ý nghĩa của nó đã thay đổi trong nhiều thập kỷ kể từ khi tôi bắt đầu sử dụng nó. Mặc dù tôi đồng ý rằng 'chốt' thường đề cập đến loại trong suốt không đồng bộ, nhưng chúng cũng chịu sự di chuyển nếu dữ liệu thay đổi trên cạnh 'chốt' của đầu vào kích hoạt. Một flip-flop chủ nô thường được chế tạo bên trong từ một cặp chốt được điều khiển trong antiphase bởi đồng hồ. Cảm ơn đã đề cập đến nó, tôi sẽ sửa đổi câu trả lời để làm rõ.
Neil_UK

@ Tamiwha Bạn có thể cung cấp câu trả lời với sơ đồ và hằng số thời gian và toán học, để làm rõ các hành vi bên trong của các chốt khi chúng cố gắng giải quyết. Bạn cần chỉ ra (như bạn chắc chắn biết) mức tăng vòng lặp và hằng số thời gian tái tạo và tầng tiếng ồn (nhiệt và VDD) ảnh hưởng đến khả năng giải quyết.
analogsystemsrf

9

Nó làm giảm xác suất di động ảnh hưởng đến mạch bằng cách cho phép nhiều thời gian hơn cho đến khi tín hiệu thực sự được sử dụng. Với hai flip-flop, nó cho phép toàn bộ chu kỳ xung nhịp thêm cho tín hiệu lắng xuống. Với ba, nó cho phép hai chu kỳ đồng hồ thêm.


2
Câu trả lời tốt. Điểm quan trọng là không thể ngăn chặn tính di động , chúng tôi chỉ giảm xác suất xuống mức chấp nhận được.
Elliot Alderson

1
Vì vậy, các flipflop xếp tầng cho thời gian để tín hiệu lắng xuống giữa 0 và 1 nhưng nó không giải quyết được một giá trị sai? kể từ khi một tín hiệu siêu bền có thể rơi cả hai cách?
Wouter Một

2
@WouterA Nếu nó siêu bền thì cả hai giá trị đều đúng.
dùng253751

4
Tôi không nghĩ rằng đây là một câu trả lời hay, chỉ có flop đầu tiên là lấy mẫu tín hiệu đầu vào trong trường hợp này. Như đã đề cập ở trên những gì đang xảy ra là có khả năng xảy ra sự di chuyển (phụ thuộc vào mức tăng trong các vòng phản hồi bên trong của flop, tốc độ xung nhịp và tốc độ mà vật được lấy mẫu vượt qua giữa các ngưỡng đầu vào) trong bất kỳ flop cụ thể nào (hy vọng) số nhỏ <1 = p - hai flops cho chúng tôi p ^ 2 cơ hội MS vượt qua 2 flops, 3 p ^ 3, v.v.
Taniwha

4

Chúng không ngăn chặn sự di chuyển ảnh hưởng đến đầu ra, nhưng chúng có thể làm tăng đáng kể thời gian trung bình giữa các sự cố vì tính di động sẽ phải có thời gian tương đối dài.

Cascading ba (hoặc nhiều hơn) flip-flop được thiết kế tốt có thể tăng thời gian giữa các sự cố đến một cái gì đó như tuổi của trái đất.


Phụ thuộc vào tốc độ đồng hồ của bạn và quy trình công nghệ. Một lần lật có thể là đủ để MTBF của bạn là vô hạn, miễn là bạn giữ được độ cao.
jalalipop

@jalalipop Chắc chắn rồi. Có một số thông tin kiểm tra thực tế (rất hiện tại) trong bài viết gốc của IEEE. DOI: 10.1109 / TC.1983.1676187
Spehro Pefhany

@jalalipop: nói chung đây là một vấn đề có liên quan hơn khi bạn không thể đảm bảo thời gian chậm chạp hay còn gọi là thiết kế không đồng bộ, chẳng hạn như FIFO giao tiếp giữa lõi CPU và SOC khi đồng hồ tương ứng không bị khóa pha. Nếu không, bạn chỉ cần đặt thời gian thiết lập cứng và đảm bảo tính di động sẽ không xảy ra.
jbord39

Có, Độ bền là mối quan tâm trên giao diện không đồng bộ. Sự chậm chạp mà tôi đề cập đến là sự chậm chạp của logic đồng bộ sau khi lật. Nếu độ chùng của bạn cao, sự kiện Metastability sẽ chết trước khi nó ảnh hưởng đến phần còn lại của thiết kế.
jalalipop

2

Bởi vì flip-flop đầu tiên, ngay cả khi nó có thể di chuyển, sẽ có tất cả thời gian của đồng hồ để ổn định. Vào thời điểm flip-flop thứ hai lấy mẫu flip-flop đầu tiên, đầu ra của nó có thể đã ổn định.


1

Nếu bạn muốn sự phấn khích của tính di động, hãy triển khai HAI RẤT NHIỀU SLOW SLOW, kết nối chúng lại với nhau và thiên vị chúng (trong một mô phỏng) tại VDD / 2. Sau đó loại bỏ xu hướng và xem tốc độ phân giải thành các mức logic1 và logic0. Bạn có thể cần chọn một điện áp phân cực ban đầu khác với VDD / 2.

Nếu 2 hoặc 3 flipflops của bạn là SLOW so với thời gian đồng hồ, cuộc sống có thể chứa đầy vấn đề.


1

Khả năng siêu bền có nghĩa là, nếu bạn có một dữ liệu trong một cửa sổ thời gian cụ thể được tham chiếu đến đồng hồ, đầu ra sẽ hoạt động kém trong một khoảng thời gian nhất định sau cạnh đồng hồ. Tuy nhiên, cửa sổ không phải là một khoảng cố định. Thay vào đó, khả năng của một giá trị xấu (dao động hoặc mức điện áp trung gian) giảm theo cấp số nhân theo thời gian. Vì vậy, nếu bạn lấy mẫu tín hiệu bằng đồng hồ, sau đó đợi một chút trước khi áp dụng đồng hồ vào flip-flop thứ hai, bạn có thể giảm khả năng bit xấu đến bất kỳ xác suất mong muốn nào (nhưng khác không). Nếu thời gian cần thiết quá dài, bạn có thể sử dụng 3 hoặc nhiều lần lật trong chuỗi.

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.