数字电路设计盲点实例与对策.doc

数字电路设计盲点实例与对策 时间:2008-01-23 来源: 作者:宇量 点击：1036 字体大小:【大 中 小】 介绍有关数字电路设计盲点的内容，将分别针对Tinning、数据传输、消耗电流、HDL编写等项目，辅以实例进行现象、原因分析以及对策探讨。首先要介绍的是二进制计数器(Binary Counter)的设计。　 有关Tinning的设计盲点 【二进制计数器】二进制计数器经常被用来作外部输入脉冲的同步化，此外计数器的输出可负载(Load)到计数器本身，如果某种原因使得同步信号消失，可因为二进制计数器持续维持输出Tinning，直到同步信号恢复正常再度取得同步为止，而且二进制计数器具有抗噪讯特性，所以是种广被使用的电路Block。 ※现象图1-1是典型的二进制计数器电路，该电路是将0～5计数(Count)，将6 Counter，不过由于某种原因使得同步信号与计数器(Counter)的输出Tinning产生偏差，就会像产生如图1-2所示的电路输出持续偏差现象。  ※原因分析Flip Flop可keep已负载于二进制计数器LD的信号，因此若是忘记将「Flip Flop」Reset就会发生上述现象。为了符合设计规格因此利用图1-3的二进制计数器输出，不过由于图1-1的电路，负载之前已将Tinning译码(Decoder)，并用D Flip Flop将该信号延迟一位(Bit)作成Load Tinning，因此某种原因使得同步信号与后段Flip Flop判定(Assert)Tinning延迟一位时，Tinning就会持续维持输出偏差状态。 ※对策根据电路Block的动作特性进行延迟计算，通常设计上不会有任何问题，因此采用如图1-4所示的对策，如果因为负载信号的传输延迟造成延迟(delay)，祇需在图1-4后面的D Flip Flop作Load就可解决上述问题。图1-1的电路原先是与图1-3的电路相同，不过可能是进行Bread Board评鉴测试时发生译码错误(miss)，或者是负载信号传输的Line Delay无法满足Set Up与Hold Tinning，因此插入D Flip Flop作Careless Miss对策。 【夹杂延迟无法提高Clock频率】※现象这是经常发生的典型失败设计实例，主要原因是计数器的Illegal State对策不当造成Clock频率无法提高。在理论合成阶段理论压缩的PLD，有许多情况虽然不致构成障碍，然而实际上却潜伏许多无法厘清盲点。图2-1是十进制计数器设计实例，图中的3至8 Line Decoder相当于74137的TTL Micro。 ※原因分析如上所述Clock频率无法提高，主要原因是不当的Illegal State对策所造成。由于Illegal State对策上因为某种因，使得必要的Counter以外的值插入State，为了顺利回复原正常状态因此设置Illegal State，不过该对策却会压迫动作性能，造成本末倒置的反效果。 ※对策将Illegal State对策降至最小范围，根据State Machine的情况充分检讨，设法使Clock数能回复原正常状态，且不会产生其它问题。尤其是二进制计数器(Binary Counter)，可以应用过去Disc Lead IC设计手法，简化Illegal Sta te的Decoder。图2-2是根据上述方式设计的电路图，如图所示Illegal State(此时为Ah以上)的Decoder是由负载条件决定，并刻意使Flip Flop的输出变成1，再使负载条件能完全成立进行Decoder(此时为Bh，Dh，Fh)，进而使电路恢复正常状态。 【计数器切换造成分布不均】※现象为制作时间分析仪因此在输入端分别设置可储存检测中的数据的计数器，以及可将数据记忆至Memory的计数器(Counter)，不过由于计数器产生分布不均现象，所以无法正确检测。时间分析仪又称为「Multi Channel Analyzer」，它的主要功能是将时间分割作信号分类。图3-1是2频时间分析仪的Counter Channel切换电路，图中的InO Switch是用来作初期化，图中的下半段是产生频道切换时间的电路，本电路图是美国Beige Bag Software公司设计的 Spice A-D 2000 Versi on3.0.2。Sig主要用意是希望用时间分析仪检测的脉冲，Out1是区分成Counter U6脉冲，它是用信号Sel进行区分，当Sel为「H」时利用计数器(Count er)U4计数(Count)，若是「L」时则利用计数器(Counter)U6计数(Count)。此外脉冲在区分成U4时会读取U6的数据，脉