Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Przerzutniki – spełniają rolę elementów pamięciowych:

-przy pewnej kombinacji stanów na pewnych wejściach,
niezależnie od stanów innych wejść, stany wyjściowe
Q oraz Q nie ulegają zmianie;

-przy innej – określonej – kombinacji stanów na
pewnych wejściach możliwa jest kontrolowana modyfikacja
stanów wyjściowych Q oraz Q.

przerzutniki - wstep

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Schemat zastępczy z bramkami NOR

Tabela stanów

Symbol

Przerzutnik RS

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Standardowy przerzutnik RS CMOS - układ

Przerzutnik RS CMOS – standard

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Przerzutnik RS CMOS – standard – 2 bramki NOR

Standardowy przerzutnik RS CMOS - układ

Wy

We1

We2

Prawa połówka – bramka NOR

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Układ

Przerzutnik RS CMOS – standard, rozkład elementów

Rozkład elementów. Tranzystory o minimalnych
długościach i szerokościach kanałów

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Standardowy przerzutnik
RS CMOS

Przerzutnik RS CMOS – oszczędzający miejsce

Przerzutnik RS CMOS
– z mniejszą ilością
tranzystorów

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Przerzutnik RS CMOS

– z mniejszą ilością

tranzystorów

Przerzutnik RS CMOS - zapis 1 (Set)

Tabela stanów

niezmienione

niedozwolone

-Załóżmy stan początkowy Q = 0 (niski), czyli Q = 1.

-Załóżmy stan początkowy S = 0 (niski) oraz R = 0.

Początkowo (zaznaczono tylko
tranzystory przewodzące):

0

0

0

1

Stan początkowy Q = 0 (niski) oraz Q = 1 - podtrzymywany

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Przerzutnik RS CMOS

– z mniejszą ilością

tranzystorów

Tabela stanów

niezmienione

niedozwolone

-Załóżmy stan początkowy Q = 0 (niski), czyli Q = 1.

-Załóżmy stan początkowy S = 0 (niski) oraz R = 0.

-Niech S zmieni się z 0 do 1 (czyli do wysokiego).

Początkowo (zaznaczono tylko
tranzystory przewodzące):

z 0 do 1

0

z 0 do 1

z 1 do 0

Przerzutnik RS CMOS - zapis 1 (Set)

Przerzutnik RS CMOS - zapis 1 (Set) cd.

Nowy stan Q = 1 (niski) oraz Q = 0 - podtrzymywany

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Przerzutnik RS CMOS

– z mniejszą ilością

tranzystorów

Tabela stanów

niezmienione

niedozwolone

Przerzutnik RS CMOS - zapis 0 (Reset)

-Z symetrii układu – przyłożenie S = 0 oraz R = 1
powoduje zapis samopodtrzymującego się
stanu Q = 0 (niski) oraz Q = 1 (operacja „Reset”).

-Należy unikać kombinacji S = 1 oraz R = 1!

-Przyłożenie S = 0 oraz R = 0 powoduje
samopodtrzymywanie się poprzedniego
stanu Q oraz Q.

Przerzutnik RS CMOS - zapis 0 (Reset)

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Przerzutnik RS CMOS – złożoność a szybkość i pobór

mocy

Przerzutnik RS CMOS

– z mniejszą ilością

tranzystorów

Standardowy przerzutnik RS CMOS

Ceną za projekt przerzutnika
zajmującego mniej miejsca,
z mniejszą ilością tranzystorów
jest:

-większy czas przełączania

-większy pobór mocy

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Przerzutnik RS CMOS - realizujący funkcje logiczne

Zamiast pojedynczych tranzystorów realizujących funkcje S i R

można użyć układów realizujących funkcje logiczne.

S = A AND (B OR C)

R = D AND F

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Przerzutnik RS CMOS – 2 bramki NAND

Czasami zamiast prostych wejść R i S w układzie wygodniej jest użyć ich negacji.
Schemat nie komplikuje się jeśli przerzutnik skonstruujemy z 2 bramek NAND.

S

R

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Taktowane przerzutniki CMOS

Taktowany przerzutnik RS

Taktowany przerzutnik RS CMOS

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Taktowany przerzutnik RS CMOS z bramkami transmisyjnymi

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Niewielka ilość tranzystorów

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Ładowanie pojemności w
trakcie operacji „Set”

Taktowany przerzutnik RS CMOS z bramkami transmisyjnymi

Obwód ładujący
węzeł Q.

Obwód rozładowujący
węzeł Q.

Starannie dobierz W/L tranzystorów

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Przerzutnik D

R

S

Użycie sygnału D z inwerterem
oraz zegarem zapobiega
możliwości pojawienia się
błędu związanego z zabronionym
stanem S=R=1.

Zastosowanie:

-chwilowa pamięć,

-element opóźniający.

Przerzutnik D CMOS

z bramkami

transmisyjnymi

Niewielka ilość tranzystorów

Przerzutnik D master-slave CMOS

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Dwa kaskadowo połączone
przerzutniki D z bramkami transmisyjnymi
pierwszego (master) i drugiego (slave)
przerzutnika sterowanymi w przeciwfazie.

Drugi przerzutnik rozpoczyna w ten
sposób operację dopiero gdy skończy ją
pierwszy. Unika się w ten sposób hazardu
czasowego związanego z propagacją
sygnału przez różne gałęzie pętli
sprzężenia zwrotnego.

Przerzutnik JK

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

W dwuwejściowym przerzutniku JK zapobiega się możliwości pojawienia
się błędu związanego z zabronionym stanem S=R=1 przez użycie sprzężenia
zwrotnego z wyjściem.

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

Pojawia się jednak ryzyko związane z możliwością różnych
czasów propagacji sygnału przez różne pętle.

Przerzutnik JK master-slave CMOS

Logiczne układy bistabilne – przerzutniki.

modyfikacja przerzutnika
D master-slave

układ wejściowy

Przerzutnik Schmitta