1.3 Быстродействие вентиля

Наиболее часто быстродействие выражается через продолжительность периода тактовых импульсов (время такта) или скорость их поступления (частота тактовых импульсов).

Минимальная величина периода тактовых импульсов для данной технологии и схемотехнических решений определяется рядом факторов, к которым можно отнести время прохождения сигнала через логическую схему, время записи и считывания данных из регистра и неопределенность момента прихода тактовых импульсов. Однако в основе анализа общего быстродействия лежит быстродействие отдельного вентиля.

Задержка распространения вентиля определяет быстроту, с которой он реагирует на изменение состояния на его входе (входах). Выражает она ту задержку, которую испытывает сигнал при прохождении через вентиль. Измеряется она между точками перехода входным и выходным сигналом уровня 50% (порог переключения лежит обычно посередине логического сигнала), как показано на рис. 5

Рис.5 Задержки распространения сигнала

Поскольку у вентиля разные времена реакции на передний и задний фронты входного сигнала, то необходимо учитывать две задержки распространения.

Задержка определяет время реакции вентиля для случая перехода его выходного сигнала из низкого в высокое логическое состояние (положительный фронт), тогда как задержка относится к случаю перехода из высокого логического состояния в низкое (отрицательный фронт).

Задержка распространения определяется как среднее между этими двумя задержками

(5)

Заметим, что задержка распространения , в отличие от параметров представляет собой искусственную метрику вентиля и сама по себе не имеет физического смысла. Она используется главным образом для сравнения различных полупроводниковых технологий, схемотехнических решений и стилей в проектировании логических функций.

Наиболее важно то, что задержка является функцией наклона фронтов входного и выходного сигналов вентиля.

Чтобы иметь возможность количественной оценки этих свойств, вводятся понятия времени фронта нарастания и времени фронта спада, и , которые представляют собой метрики, применимые в отношении формы отдельных сигналов, а не вентилей и определяют быстроту перехода сигнала от одного уровня к другому.

Неопределенность в определении фактического начала и окончания перехода устраняется за счет того, что (см. рис. 5) времена фронтов нарастания и спада определяются по точкам, соответствующим 10% и 90% амплитуды сигнала. Величина времени фронта нарастания/спада обуславливается в основном «силой» возбуждающего вентиля и его нагрузкой.