Các nguy cơ tĩnh điện trong mạch logic số

Các nguy cơ tĩnh điện trong mạch logic số

Hãy tìm hiểu cách các hiện tượng tĩnh điện gây ra lỗi không mong muốn trong các mạch logic kỹ thuật số.

Nếu có sự tồn tại của hiện tượng nhiễu loạn trong mạch kỹ thuật số, nó sẽ gây ra sự dao động tạm thời trong đầu ra của mạch. Nói cách khác, nhiễu loạn trong mạch kỹ thuật số là một sự xáo trộn tạm thời trong hoạt động lý tưởng của mạch, và nếu được cho một khoảng thời gian nhất định, nó sẽ tự khắc phục. Những sự xáo trộn hoặc dao động này xảy ra khi các đường dẫn khác nhau từ đầu vào đến đầu ra có độ trễ khác nhau, và do đó, sự thay đổi trong các biến đầu vào không làm thay đổi đầu ra ngay lập tức mà chỉ xuất hiện ở đầu ra sau một độ trễ nhỏ do các phần tử cấu tạo mạch, tức là các cổng logic, gây ra. Có ba loại nhiễu loạn khác nhau được tìm thấy trong mạch kỹ thuật số.

NÓI CÁCH KHÁC,  

 Hãy xem xét một mạch logic được kỳ vọng sẽ cho ra tín hiệu logic -1 nhưng đột nhiên trở thành logic -0 trong giây lát. Do độ trễ lan truyền hữu hạn của các cổng logic khác nhau, hiện tượng chuyển mạch không mong muốn này được gọi là HAZARDS.

  1.        Nguy cơ tĩnh điện
  2.        Nguy cơ động
  3.        Nguy cơ chức năng

Ở đây, chúng ta sẽ chỉ thảo luận về các nguy cơ tĩnh để hiểu rõ chúng. Về mặt hình thức, nguy cơ tĩnh xảy ra khi sự thay đổi đầu vào khiến đầu ra thay đổi trong chốc lát trước khi ổn định trở lại giá trị chính xác. Dựa trên giá trị chính xác là gì, có hai loại nguy cơ tĩnh, như được minh họa trong hình bên dưới:

  • Nguy cơ tĩnh điện loại 1: Nguy cơ tĩnh điện loại 1 xảy ra trong mạch SOP (tổng tích).      
  1. Nếu đầu ra hiện đang ở trạng thái logic 1 và sau khi đầu vào thay đổi trạng thái, đầu ra tạm thời chuyển sang 0 trước khi ổn định ở 1, thì đó là nguy cơ Static-1.
  2. Để đáp ứng với sự thay đổi đầu vào và với một số tổ hợp độ trễ lan truyền, mạch logic có thể chuyển về 0 khi đáng lẽ nó phải giữ nguyên ở mức 1. Hiện tượng quá độ này được gọi là nguy cơ tĩnh-1 như thể hiện trong hình bên dưới.
  • Nguy cơ tĩnh điện 0: Nguy cơ tĩnh điện 0 xảy ra trong mạch POS (Tích của tổng).
  1. Nếu đầu ra hiện đang ở trạng thái logic 0 và sau khi đầu vào thay đổi trạng thái, đầu ra tạm thời chuyển sang 1 trước khi ổn định ở 0, thì đó là nguy cơ Static-0. 
  2. Để đáp ứng với sự thay đổi đầu vào và với một số tổ hợp độ trễ lan truyền, mạch logic có thể chuyển sang giá trị một (1) trong khi đáng lẽ nó phải giữ nguyên ở mức không (0). Hiện tượng quá độ này được gọi là nguy cơ tĩnh-1 như được minh họa trong hình bên dưới.

Phát hiện các mối nguy tĩnh bằng bản đồ K: 

Trước tiên, chúng ta hãy xem xét mối nguy hiểm tĩnh-1. 

Để phát hiện nguy cơ tĩnh điện cấp 1 đối với mạch kỹ thuật số, các bước sau được thực hiện:

  • Bước 1: Ghi lại tín hiệu đầu ra của mạch kỹ thuật số, ví dụ như Y.
  • Bước 2: Vẽ bản đồ Karnaugh cho hàm Y này và ghi chú tất cả các số 1 liền kề.
  • Bước 3: Nếu tồn tại bất kỳ cặp ô nào có giá trị 1 mà không thuộc cùng một nhóm (tức là hàm ẩn nguyên tố), điều đó cho thấy sự hiện diện của nguy cơ tĩnh-1. Mỗi cặp như vậy là một nguy cơ tĩnh-1.

Chúng ta hãy xem một ví dụ: Ví dụ - Hãy xem xét mạch điện được hiển thị bên dưới.

Chúng ta có đầu ra, giả sử là F, như sau: 

F(P,Q,R)=QR+PR=∑m{3,4,6,7}

Hãy vẽ bản đồ K cho điều này. 

Hàm Boolean như sau:

Cặp số 1 được khoanh tròn màu xanh lá cây không phải là một phần của nhóm/cặp được cung cấp bởi đầu ra của hàm Boolean này. Điều này sẽ gây ra nguy cơ tĩnh-1 trong mạch này. Loại bỏ nguy cơ tĩnh-1: Sau khi được phát hiện, nguy cơ tĩnh-1 có thể dễ dàng được loại bỏ bằng cách thêm một số thuật ngữ (cổng logic) vào hàm (mạch). Ý tưởng phổ biến nhất là thêm nhóm bị thiếu vào hàm Boolean hiện có, vì việc thêm thuật ngữ này sẽ không ảnh hưởng đến hàm theo bất kỳ cách nào nhưng nó sẽ loại bỏ nguy cơ. Vì trong ví dụ trên, cặp số 1 được khoanh tròn màu xanh lam gây ra nguy cơ tĩnh-1, chúng ta chỉ cần thêm điều này như một hàm bao hàm chính vào hàm hiện có như sau: 

F(P,Q,R)=QR+PR+PQ=∑m{3,4,6,7}

Lưu ý rằng không có sự khác biệt về số lượng minterm của hàm này. Lý do là các nguy cơ tĩnh-1 dựa trên cách chúng ta nhóm các số 1 (hoặc số 0 đối với nguy cơ tĩnh-0) cho một tập hợp các số 1 nhất định trong bản đồ Karnaugh. Do đó, nó không tạo ra bất kỳ sự khác biệt nào về số lượng số 1 trong bản đồ Karnaugh. Mạch sẽ trông như hình bên dưới sau khi thay đổi để loại bỏ nguy cơ tĩnh-1. 

Tương tự, đối với các mối nguy hiểm tĩnh-0, chúng ta cần xem xét các số 0 thay vì số 1, và nếu bất kỳ số 0 liền kề nào trong bản đồ K không được nhóm vào cùng một nhóm thì điều đó có thể gây ra mối nguy hiểm tĩnh-0. Phương pháp phát hiện và giải quyết mối nguy hiểm tĩnh-0 hoàn toàn giống với phương pháp chúng ta đã áp dụng cho mối nguy hiểm tĩnh-1, ngoại trừ việc thay vì SOP, POS sẽ được sử dụng vì trong trường hợp này chúng ta đang xử lý các số 0.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Suspendisse varius enim in eros elementum tristique. Duis cursus, mi quis viverra ornare, eros dolor interdum nulla, ut commodo diam libero vitae erat. Aenean faucibus nibh et justo cursus id rutrum lorem imperdiet. Nunc ut sem vitae risus tristique posuere.

Win a Raspberry Pi!

Answer 5 questions for your chance to win!
Question 1

What color is the sky?

Tìm kiếm bằng danh mục

Chọn danh mục