3 Схемотехническое проектирование кмд

В этой главе рассматривается схемотехника реализуемых элементов КМД в соответствии с разработанным во второй главе структурно-топологическим планом.

3.1 Схемная конфигурация полного двоичного сумматора

Сумматор важная часть всего макроблока, так как от его задержки будет сильно зависеть максимально допустимая частота такта. Сумматор имеет два выходных сигнала, перенос и сумма. Так как перенос передаётся на следующий разряд, очень важно уменьшить задержку формирование сигнала переноса. Поэтому для увеличения быстродействия необходимо использовать схему сумматора с ускоренным формированием переноса. Такой схемой была выбрана манчестерская цепочка с ускорением (рисунок 3.1 и рисунок 3.2).

Манчестерская цепочка с ускорением — это модификация схемы манчестерской цепочки (рисунок 3.3), которая рассматривалась как вариант схемной реализации, но она уступает выбранной схеме по скорости формирования сигнала переноса. Ускоренное формирование переноса основано на принципе выявления случая, когда входной перенос проходит на сквозь всю ячейку из четырёх сумматоров, тогда входной перенос передаётся на выход ячейки напрямую.

Стоит сказать, что существуют и более быстрые сумматоры, такие как сумматор с выбором результата, но их реализация более сложна, а также требует больших аппаратных затрат, поэтому была выбрана схема, с более оптимальными характеристиками, для достижения «золотой середины». Но для некоторых задач, быстродействие схемы важнее аппаратных затрат.

Рисунок 3.1 – Схема манчестерской цепочки с ускоренным переносом. Сумматор

Рисунок 3.2 – Принципиальная электрическая схема цепи ускорения переноса

Рисунок 3.3 – Схема манчестерской цепочки

3.2 Мультиплексор

М ультиплексор – это устройство, предназначенное для передачи данных с входных каналов в зависимости от сигналов, переданного на управляющий вход.

Рисунок 3.4 – Схемы мультиплексоров с прямым (а) и инверсным (б) выходом

В нашем случае управление мультиплексором будет осуществляться с помощью одноразрядного сигнала, так как нам достаточно выбора между двумя сигналами.

Так как на вход мультиплексора необходимо подавать прямой и инверсный сигнал делителя, рассмотрим два варианта реализации мультиплексора: с прямым выходом (рисунок 3.4, а) и с инверсным выходом (рисунок 3.4, б). Из схемы очевидно, что мультиплексор с прямым входом занимает больше места, так как имеет ещё одни инвертор, по сравнению с мультиплексором с инверсным входом. Следовательно, выгоднее взять мультиплексор, занимающий меньше места, то есть с инверсным выходом.

3.3 Конвейерный триггер

Конвейерный триггер должен обладать минимальным функционалом. От него требуется запоминать пришедший сигнал и по синхросигналу выдавать получить новый сигнал. Таким функционалом обладает синхронный D-триггер. Такой триггер имеет два входа: информационный и тактовый.

Рисунок 3.5 – Схема конвейерного триггера

Выберем для нашей задачи двухступенчатый триггер. Двухступенчатый триггер имеет преимущество в наличии двух ступеней, которые обеспечивают отсутствие состояния, когда триггер становиться «прозрачным». Триггер имеет два режима, в первом триггер получает и сохраняет информацию, а во втором передаёт эту информацию на выход.

Главной характеристикой конвейерного триггера должно быть быстродействие, так как тактовая частота прямо пропорциональна времени срабатывания триггера, также он должен обладать малыми размерами. Схема конвейерного триггера (двухступенчатого синхронного D-триггера) представлена на рисунке 3.5.