DD142113A1 - TOGGLE SWITCH THAT IS GIVEN BY AN IMPULSE EDGE AND PROTECTED AGAINST METASTABLE EXTRAS - Google Patents
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Abstract
Kippschaltungen weisen zufällige Fehler auf, wenn die Eingangs- ' Signale gegenseitig asynchron sind. Die zur Beseitigung dieses Nachteils benutzten Kaskaden von Kippschaltungen sind teuer, beseitigen das Auftreten von Fehlern nur zum Teil und verzögern die Arbeitsweise, letzteres gilt auch für andere Verzögerungsschaltungen. Die Kippschaltung nach der Erfindung, die durch eine Impulskante getriggert wird, benutzt zura Schutz ihrer Ausgänge einen einfachen Detektor für metastabile Zustände, wodurch die Ausgänge lediglich für die Zeitdauer eines gerade entstandenen metastabilen Zustands gesperrt werden. Nach der Erfindung sind an die erste und zweite Ausgangskiemrae einer Eingangs-Kippschaltung die erste und zweite Eingangsklemme des Detektors für metastabile Zustände und die ersten Eingangsklemmen einer ersten und zweiten ODERSchaltung angeschlossen. Deren zweite Eingangsklemmen liegen zusammen mit der Torschaltungsklemme der Eingangs-Kippschaltung an der Ausgangsklemme des Detektors, und ihre Ausgangsklemmen sind mit der ersten und zweiten Eingangsklemme der Ausgangs-Kippschaltung verbunden, deren erste und zweite Ausgangsklerame die Ausgangskleramen der Gesamt-Kippschaltung bilden, wobei die Torschaltungsklerame des Detektors die Zeit geberklemme der Kippschaltung ist.Fig.1aToggle circuits have random errors when the input ' Signals are mutually asynchronous. The solution to this disadvantage Used cascades of flip-flops are expensive, eliminate that Occurrence of errors only in part and delay the way of working, the latter also applies to other delay circuits. The flip-flop according to the invention, which is triggered by a pulse edge used to protect their outputs a simple detector for metastable states, whereby the outputs only for the duration of a straight locked metastable state. After the invention are to the first and second Ausgangsskiemrae an input flip-flop the first and second input terminal of the detector for metastable States and the first input terminals of a first and second OTHER circuit connected. Their second input terminals are together with the gate terminal of the input flip-flop at the output terminal of the detector, and their output terminals are connected to the first and second input terminal of the output flip-flop, whose first and second output sclerames the output sclerames of the total flip-flop form, wherein the Torschaltkleiname the detector, the time encoder terminal of the flip-flop ist.Fig.1a
Description
Die Erfindung betrifft eine durch eine Impulsflanke tiggerbare Kippschaltung, die gegen metastabile Zustände geschützt ist.The invention relates to a triggerable by a pulse edge flip-flop, which is protected against metastable states.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Characteristic of the known technical solutions:
Bei den bisher bekannten und benutzten Kippschaltungen treten zufällige Fehler auf, wenn ihre Eingangssignale gegenseitig asynchron sind. Palis sich zum Beispiel bei der Kippschaltung vom Typ MH74S74 die Eingangsdaten gleichzeitig mit der positiven Kante des Zeitgeberimpulses ändern, entsteht in der Kippschaltung ein metastabiler Zustand, in dem beiden Ausgangsspannungen nicht definierte Werte aufweisen und dies In einer nicht näher bestimmten Zeitspanne bis zu einigen hundert HanoSekunden. Dieses Problem wird bisher zum Beispiel so gelöst, daß eine ausreichende Anzahl von KippschaltungenIn the flip-flops known and used so far, random errors occur when their input signals are mutually asynchronous. For example, in the case of the MH74S74 flip-flop, when the input data is changed simultaneously with the positive edge of the timer pulse, the flip-flop produces a metastable state in which both output voltages have undefined values over an unspecified period up to a few hundred nanoseconds , This problem has been solved for example so far that a sufficient number of flip-flops
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in Reihe geschaltet wird, was jedoch kostspielig ist, außerdem wird die Gesamtverzögerung in der Kaskade größer, und die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers wird mit dieser Lösung lediglich verkleinert, jedoch nicht restlos beseitigt. Eine andere "bekannte Lösung benutzt eine ausreichend große Verzögerung von einigen hundert Nanosekunden zum Sperren der Ausgangsspannung an den Ausgängen der Kippschaltung.. Dadurch muß jedoch stets eine große Verzögerung in Kauf genommen werden, was die Arbeit des Systems 'verlangsamt.In addition, the total delay in the cascade becomes larger, and the probability of error is only reduced with this solution, but not completely eliminated. Another "known solution uses a sufficiently large delay of a few hundred nanoseconds to disable the output voltage at the outputs of the flip-flop circuit. However, this always requires a great delay, which slows down the workings of the system.
Mit der Erfindung sollen die Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden, d.h. es soll eine Kippschaltung der eingangs genannten Art zur Verfügung gestellt werden, die .gegen metastabile Zustände geschützt, also gegen Fehler gesichert ist und eine schnelle Arbeit des Systems, in dem sie eingesetzt ist, ermöglicht.The invention seeks to overcome the disadvantages of the prior art, i. It should be provided a flip-flop of the type mentioned, which. Protected against metastable conditions, that is secured against errors and fast work of the system in which it is used, allows.
Darlegung des Wesens der Erfindung: Explanation of the essence of the invention:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausgänge der Kippschaltung lediglich beim Auftreten eines metastabilen Zustandes für die Dauer dieses Zustandes zu sperren.The invention is based, to block the outputs of the flip-flop only when a metastable state for the duration of this condition, the task.
Hierzu wird erfindungsgemäß ein Detektor für metastabile Zustände eingesetzt.For this purpose, a detector for metastable states is used according to the invention.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß an die erste und zweite Ausgangsklemme einer Eingangs-Kippschaltung die erste und zweite Eingangsklemme des Detektors für die metastabilen Zustände und die ersten Eingangsklemmen einer ersten und zweiten ODER-Schaltung angeschlossen sind, deren zweite Eingangsklemmen zusammen mit der Torschaltungsklemme der Eingangs-Kippschaltung mit der'Ausgangsklemme des Detektors für die metastabilen Zustände verbunden sind und deren Ausgangskiem-,The essence of the invention is that to the first and second output terminal of an input flip-flop, the first and second input terminal of the detector for the metastable states and the first input terminals of a first and second OR circuit are connected, the second input terminals together with the gate circuit terminal the input flip-flop are connected to the output terminal of the metastable-state detector and their output terminals are
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men an die erste und zweite Eingangsklemme einer Ausgangs-Kippschaltung angeschlossen sind, deren erste und zweite Ausgangsklemme die Ausgangsklemmen der gesamten Schalteranordnung bilden. Hierbei bildet die Torschaltungsklemme des Detektors die Zeitgeberklemme der Schaltungsanordnung.are connected to the first and second input terminal of an output flip-flop whose first and second output terminals form the output terminals of the entire switch assembly. Here, the gate circuit terminal of the detector forms the timer terminal of the circuit arrangement.
In einer alternativen Ausführungsform kann die erste und zweite ODER-Schaltung einen Bestandteil der Ausgangs-Kippschaltung bilden. · '·In an alternative embodiment, the first and second OR circuits may form part of the output flip-flop. · '·
Ebenfalls kann die erste Eingangsklemme der Eingangs-Kippschaltung mit der Eingangsklemme einer Negations-Torstufe verbunden v/erden, deren Ausgangsklemme an die zweite Eingangsklemme der Eingangs-Kippschaltung angeschlossen ist. . 'Also, the first input terminal of the input flip-flop can be connected to the input terminal of a negation gate with its output terminal connected to the second input terminal of the input flip-flop. , '
Der Vorteil der Lösung nach der Erfindung liegt in ihrer Einfachheit und der großen Arbeitsgeschwindigkeit, sowie der Zuverlässigkeit, die durch die vollständige Unterdrückung von Fehlern erzielt wird.The advantage of the solution according to the invention lies in its simplicity and the high operating speed, as well as the reliability, which is achieved by the complete suppression of errors.
An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:In one embodiment, the invention will be explained in more detail below. In the accompanying drawings show:
Pig. 1a: ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Kippschaltung,Pig. FIG. 1a is a block diagram of the flip-flop circuit according to the invention, FIG.
Fig. 1b: das zugehörige Impulsdiagramm.Fig. 1b: the associated pulse diagram.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1a besteht aus einer bekannten Kippschaltung 1 vom Typ R-S-T, an deren erste und zweite Ausgangsklemme 13;14 die Eingangsklemmen 20;21 eines Detektors für metastabile Zustände 2, im folgenden kurz Detektor 2 genannt, angeschlossen sind, dessen innerer AufbauThe circuit arrangement according to Fig. 1a consists of a known flip-flop 1 of the type R-S-T, at the first and second output terminal 13, 14, the input terminals 20, 21 of a detector for metastable states 2, hereinafter referred to as detector 2, are connected, the internal structure
-4- 2 1 07 61.-4- 2 1 07 61.
ebenfalls bekannt ist. Seine Ausgangsklemme 23 ist einesteils an die Torschaltungsklemme 12 der Kippschaltung 1, andernteils an die zweiten Eingangskiemmen 30 und 40 der ersten und zweiten ODER-Schaltung 3 und 4 angeschlossen. Deren erste Eingangsklemmen 31 und 41 sind ebenfalls an die erste und zweite Klemme 13 und 14 der Kippschaltung 1 angeschlossen und deren Ausgangsklemmen 32 und 42 sind mit der ersten und zweiten Eingangsklemme 50 und 51 der Ausgangs-Kippschaltung 5, die in bekannter Weise aufgebaut ist, verbunden. Die Torschaltung ski emme 22 des Detektors 2 bildet eine Zeitgeber-Klemme der gesamten Schaltungsanordnung, und die erste und die zweite Eingangskiemme 10;11 der Eingangs-Kippschaltung 1 bilden die Eingangsklemmen der Gesamtschaltung.is also known. Its output terminal 23 is partly connected to the gate circuit terminal 12 of the flip-flop circuit 1, and partly to the second input channels 30 and 40 of the first and second OR circuits 3 and 4. Their first input terminals 31 and 41 are also connected to the first and second terminals 13 and 14 of the flip-flop 1 and their output terminals 32 and 42 are connected to the first and second input terminals 50 and 51 of the output flip-flop 5, which is constructed in a known manner, connected. The gate circuit ski emme 22 of the detector 2 forms a timer terminal of the entire circuit arrangement, and the first and the second Eingangsskiemme 10, 11 of the input flip-flop 1 form the input terminals of the overall circuit.
Die Spannungsverläufe 010, 011, 122, 023, 015, 016, 013, 014, 050, 051, 052, Ό53 an den Klemmen 10, 11, 22, 23, 15, 16, 13, 14» 50, 51, 52 und 53 sind in dem·Impulsdiagramm der Pig. 1b dargestellt.The voltage curves 010, 011, 122, 023, 015, 016, 013, 014, 050, 051, 052, Ό53 at the terminals 10, 11, 22, 23, 15, 16, 13, 14 »50, 51, 52 and 53 are in the pulse diagram of Pig. 1b.
Die Schaltungsanordnung nach Pig. 1a arbeitet folgendermaßen:The circuit arrangement according to Pig. 1a works as follows:
Es sei vorausgesetzt, daß der Eingangsklemme 11 eine Negation der Spannung von der Klemme 10 zugeleitet wurde und der Detektor 2 so aufgebaut ist, daß eine Nullspannung an seiner Torschaltungsklemme 22 eine positive Spannung an seiner Ausgangsklemme 23 hervorruft. Palis die Eingangs-Bullspannung 010 eine genügende Voreilung vor der Auflaufkante der Spannung 022 aufweist, wie dies im ersten Pail vorkommt, ist der Null-Impuls der Spannung 016 ausreichend breit, um ein verläßliches Umkippen der Eingangskippschaltung 1 in den Stand mit einer'positiven Spannung 014 und mit einer Nullspannung 013 zu bewirken. Erst durch die Auflaufskante der Spannung 022 ist der positive Impuls der Spannung 023 abgeschlossen, da der Detektor 2 als Spannungskomparator zu arbeiten beginnt, an dessen Ausgangsklemme 23 eine Nullspannung vorhanden ist, wenn der Unterschied zwischen der Spannung 013 und 014 grö's-It is assumed that the input terminal 11 has been fed a negation of the voltage from the terminal 10 and the detector 2 is constructed so that a zero voltage at its gate circuit terminal 22 causes a positive voltage at its output terminal 23. Palis the input Bullspannung 010 has a sufficient lead before the leading edge of the voltage 022, as occurs in the first Pail, the zero pulse of the voltage 016 is sufficiently wide to a reliable tip over the input flip-flop 1 in the state with a 'positive voltage 014 and with a zero voltage 013 to effect. Only by the leading edge of the voltage 022, the positive pulse of the voltage 023 is completed because the detector 2 starts to work as a voltage comparator, at its output terminal 23, a zero voltage is present, when the difference between the voltage 013 and 014 grö's-
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- 5' - β, I V / © ι- 5 '- β, I V / © ι
ser als die Empfindlichkeitsschwelle ist, wie dies beim stabilen Zustand der Kippschaltung 1 der Pail ist. Dadurch wird eine Ablaufkante der Spannung 050 gebildet, die auch die Ausgangskippschaltung 5 in den Zustand mit einer positiven Spannung 052 und einer NuIlspannung 053 umkippt. Falls jedoch die Eingangsspannung 010 eine nicht ausreichende Voreilung vor der Auflaufkante der Spannung 022 aufweist, wie es im zweiten Pail vorkommt, entsteht in der Eingangs-Kippschaltung 1 ein metastabiler Zustand, der zum Beispiel als gleichphasige Oszillation der beiden Spannungen .013 und 014 in der Mähe der Referenzspannung in Erscheinung tritt.than the sensitivity threshold, as is the steady state of the flip-flop 1 of the Pail. As a result, a trailing edge of the voltage 050 is formed which also tips the output flip-flop 5 into the state with a positive voltage 052 and a voltage 053. If, however, the input voltage 010 has an insufficient lead before the leading edge of the voltage 022, as occurs in the second Pail, arises in the input-flip-flop 1 is a metastable state, for example, as in-phase oscillation of the two voltages .013 and 014 in the Mäh the reference voltage appears in appearance.
Zur näheren Erläuterung sei für einen Augenblick voraus gesetzt, daß die Eingangsklemmen 20;21 des Detektors 2 abgeschaltet sind. Der Impuls der Spannung 022 endet in diesem Pail mit der Auflaufkante der Spannung 022 und bildet so nur einen schmalen Impuls 015 (in Pig» 1b punktiert dargestellt), der einen metastabilen Zustand hervorruft. An der Torschaltungsklemme '22 befindet sich jedoch zu dieser Zeit eine positive Spannung 0 22, der Detektor 2 - bereits mit den angeschlossenen Klemmen 20;21 - beginnt als Spannungskomparator zu arbeiten, und an seiner Ausgangsklemme 23 tritt daher eine positive Spannung 0 23 auf, da der Unterschied zwischen den beiden gleichphasigen Spannungen 013 und 014 kleiner als seine Empfindlichkeitsschwelle ist. Diese positive Spannung 023 bewirkt dann zusammen mit der positiven Spannung 010 eines- teils die Beendigung des Umkippens der Eingangs-Kippschaltung 1 in einen stabilen Zustand, andernteils verhindert sie das Umkippen der Ausgangs-Kippschaltung 5· Erst nach der Beendigung des metastabilen Zustandes sinkt die Ausgangsspannung . 023 des Detektors 2 wieder auf UuIl und ermöglicht es so, dsJ3 der bereits schon stabilisierte· Zustand der Eingangs-Kippschaltung 1 auf die Ausgangs-Kippsehaltung 5 übertragen wird. Die gesamte Schaltungsanordnung verhält sich daher wie eine Kippschaltung, die durch die Auflaufkante der SpannungFor a more detailed explanation, assume for a moment that the input terminals 20, 21 of the detector 2 are switched off. The pulse of voltage 022 terminates in this pail with the leading edge of voltage 022, thus forming only a narrow pulse 015 (shown in dotted lines in FIG. 1b), which causes a metastable state. At the gate terminal '22 is at this time a positive voltage 0 22, the detector 2 - already with the connected terminals 20, 21 - begins to work as a voltage comparator, and at its output terminal 23 therefore occurs a positive voltage 0 23, because the difference between the two in-phase voltages 013 and 014 is smaller than its sensitivity threshold. This positive voltage 023 together with the positive voltage 010 then partly causes the termination of the flip-flop 1 of the input flip-flop 1 to a stable state, otherwise it prevents the flip-flop 5 from tipping over. Only after the end of the metastable state does the output voltage drop , 023 of the detector 2 back to UuIl and thus makes it possible dsJ3 the already already stabilized · state of the input flip-flop 1 is transmitted to the output Kippsehaltung 5. The entire circuit arrangement therefore behaves like a flip-flop, passing through the leading edge of the voltage
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022 getriggert wird. Ihre- Ausgangsspannungen 052 und 053 sind völlig frei von Störungen, die sonst eine nicht definierte Ausgangsspannung der Kippschaltung 1, die sich im metastabilen Zustand befindet, hervorrufen würde.022 is triggered. Their output voltages 052 and 053 are completely free of disturbances that would otherwise cause an undefined output voltage of the flip-flop 1, which is in the metastable state.
Der Detektor 2 ist in bekannter Art und Weise Analog-Spannungskomparator geschaltet, der zum Beispiel aus zwei Expandern MH 7460 oder dgl. besteht.The detector 2 is connected in a known manner analog-voltage comparator, which consists for example of two expanders MH 7460 or the like.
Bei entsprechender Ausführung des Detektors 2 können anstelle der ODER-Schaltungen auch UND-Schaltungen verwendet v/erden.If the detector 2 is designed accordingly, AND circuits can also be used instead of the OR circuits.
Die Ausgangs-Kippschaltung 5 kann auch aus zwei ODER-OTD Negations -Tor schaltungen so aufgebaut werden, daß die ODER-Schaltungen 3 und 4 einen Teil derselben bilden.The output flip-flop 5 may also be constructed of two OR-OTD negation gate circuits so that the OR circuits 3 and 4 form part of it.
Die erste und die zweite Eingangsklemme 10;11 der Schaltungsanordnung können nach Bedarf so geschaltet werden, daß zum Beispiel an die Klemme 10 die Eingangskiemme einer nicht dargestellten negierten Torschaltung angeschlossen wird, deren Ausgangsklemme mit der Eingangskiemme 11 verbunden ist. Die Schaltungsanordnung arbeitet dann als Kippschaltung vom Typ D, die durch eine positive Kante der Zeitgeberimpulse getriggert wird und dabei gegen metastabile Zustände geschützt ist.The first and the second input terminal 10, 11 of the circuit arrangement can be switched as required so that, for example, to the terminal 10, the Eingangskiemme a non-illustrated gate circuit is connected, whose output terminal is connected to the Eingangskiemme 11. The circuitry then operates as a type D flip-flop, which is triggered by a positive edge of the timer pulses, protected against metastable conditions.
In einem nicht dargestellten Pail kann die erste Eingangsklemme 10 mit der ersten Ausgangsklemme 52 und die zweite Eingangsklemme 11 mit der zweiten Ausgangsklemme 53 der Ausgangs -Kippschaltung 5 verbunden werden. Die Schaltungsanordnung arbeitet dann als binärer Zähler, der beliebig breite Spannungsimpulse 022 zählen kann und gegen metastabile Zustände geschützt ist, die durch Einwirkung derjenigen gezählten Impulse entstehen, die eine nicht ausreichende Breite aufweisen.In a Pail, not shown, the first input terminal 10 can be connected to the first output terminal 52 and the second input terminal 11 to the second output terminal 53 of the Ausgang -Kippschaltung 5. The circuit then operates as a binary counter which can count arbitrarily wide voltage pulses 022 and is protected against metastable conditions arising from the action of those counted pulses having an insufficient width.
Die Eingangs-Kippschaltung, die zum Typ R-S-T gehört, kann auch so aufgebaut werden, daß sie mit einer Einstellklemme, gegebenenfalls mit einer ITuIlungskiemme ausgestattet ist, die eingestellt werden und gegebenenfalls den Zustand an ihren Ausgangsklemmen 13;14 nullstellen kann. Palis eine solche Klemme in bekannter V/eise über ein geeignetes Verzögerungsglied an eine der Ausgangsklemmen 52; 53 angeschlossen ist, arbeitet eine solche Schaltungsanordnung als monostabile Schaltung, die durch die positive Kante getriggert wird und gegen metastabile Zustände geschützt ist.The input flip-flop, belonging to the R-S-T type, may also be constructed to be equipped with an adjustment terminal, possibly with an electronic control circuit, which may be adjusted and, if necessary, reset the state at its output terminals 13, 14. Palis such a terminal in a known V / eise via a suitable delay element to one of the output terminals 52; 53 is connected, such a circuit operates as a monostable circuit which is triggered by the positive edge and protected against metastable states.
Die Schaltung nach der Erfindung ist für solche Anwendungen in der digitalen Technik bestimmt, bei denen der Einsatz einer Kippschaltung, die durch eine Kante getriggert wird und die gegenseitig asynchrone Signale verarbeitet, gefordert wird, wie dies zum Beispiel bei d'er Auswertung einer magnetischen Aufzeichnung, beim Messen von Zeitintervallen durch Zählen der Zeitgeberimpulse und dergleichen der Pail ist.The circuit according to the invention is intended for such applications in digital technology where the use of a flip-flop triggered by an edge and processing mutually asynchronous signals is required, as for example in the evaluation of a magnetic recording in measuring time intervals by counting the timer pulses and the like is the pail.
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EP0382292A3 (en) * | 1989-02-07 | 1990-09-26 | Koninkl Philips Electronics Nv | Metastable-immune flip-flop arrangement |
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