УДК 621.3.049.77
Рапидов М.О.
К ВОПРОСУ О СИНТЕЗЕ СХЕМ С КОЛЬЦОМ ИЗ
ЦИФРОВЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ.
ГНЦ РФ НПК Технологический центр, 103498, Москва, МИЭТ, НПК ТЦ. Тел.: 532-98-39,
E-mail: lvl@techcen.zgrad.su
Схемы с кольцом из цифровых логических элементов, наиболее
распространённый пример которых - это простейший кольцевой генератор (КГ) из
нечётного числа инверторов, до настоящего времени достаточно широко
применяются как при встроенном контроле динамических параметров элементов
СБИС [1], так и в качестве рабочих узлов СБИС [2]. Существенной особенностью
рассматриваемых схем следует считать возможность нескольких устойчивых
состояний генерации. Например, в КГ из нечётного числа инверторов могут
возникать паразитные режимы генерации, с лёгкой руки автора [3], не корректно
называемые режимами нечётных гармоник. Такие режимы в частности могут
вызываться по шинам питания импульсными помехами, длительность которых
меньше половины периода основного режима генерации.
Отмеченное обстоятельство приводит к необходимости включения в арсенал
разработчика кольцевых схем, в числе прочего, системы моделирования (СМ) с
возможностью воспроизведения режима случайной помехи в любом узле схемы.
Такой режим в современных универсальных системах типа Electronics Workbench,
Design Lab и т.п. воспроизводится с существенными издержками. Выручает
универсальное программное средство - процессор электронных таблиц (ПЭТ), с
помощью которого схемотехник может самостоятельно организовать систему макро
моделирования
цифровых
схем
с
реализацией
комфортного
режима
воспроизведения импульсной помехи в любом узле схемы и любой точке временной
диаграммы. Привлекательность ПЭТ для моделирования особенно кольцевых схем
вытекает из таких достоинств таблиц [4] как: а) простота организации циклически
повторяющихся расчётов путём процедуры группового копирования формул; б)
оперативность изменения результатов в ячейках при изменении входных

воздействий; в) разветвлённый и удобный пользовательский интерфейс
представления данных в разнообразной и нестандартной формах; г) простота
создания и отладки вспомогательных программ.
Предлагаемые принципы организации СМ на ПЭТ основаны на возможности
интерпретации каждой основной ячейки рабочего поля таблицы как модели
состояния сигнального (входного или выходного) вывода логического элемента в
фиксированный момент времени. При этом рабочее поле ПЭТ рассматривается как
двумерное пространство, в котором по одной координате (предпочтительней -
вертикальной) располагаются состояния выводов логических элементов в
последовательные дискретные временные интервалы (такты), а по другой
координате (горизонтальной) - состояния выводов всех элементов схемы в
фиксированный момент времени. Каждый элемент занимает N(i + 3o) ячеек ПЭТ,
где N - число тактов, i - число входов, а o - число выходов элемента.
При предпочтительном варианте разбиения рабочего поля каждая из i
входных колонок содержит или число, или адрес ячейки вывода, который согласно
схеме присоединён к данному входу. Для каждого выхода зарезервированы три
колонки, две из которых отводятся для вспомогательной информации о задержках
переключения, а в третьей колонке размещены или функциональная библиотечная
зависимость элемента, или число при моделировании режима помех. Такая
организация рабочего поля обеспечивает разработчику схемы оперативный доступ к
любому выводу элемента в любой момент времени, а весь процесс моделирования
сводится к написанию функциональных зависимостей элементов в среде ПЭТ для
библиотеки.
Процедура моделирования каждой схемы проводится в четыре этапа:
установка элементов в поле ПЭТ; соединение элементов согласно электрической
схеме; ввод входной информации на соответствующие выводы; интерпретация
данных в графическую форму. Все этапы можно производить вручную при помощи
стандартных средств ПЭТ, причём этот процесс легко автоматизируется при
помощи соответствующего комплекса из четырёх программ, например, на основе
макросов ПЭТ.

Для СМ подходят самые разнообразные ПЭТ. Предпочтения при выборе - это
скорее дело вкуса разработчика, но в первом приближении можно
руководствоваться рекомендациями [4]. Различаться СМ будут только формой
функциональных зависимостей элементов. Например, в ПЭТ Quattro Pro таблица
истинности элемента 2И записывается в виде:
Out=@IF(In1=0.5#OR#In2=0.5,(In1#AND#In2)/2,In1#AND#In2).
Независимо от типа ПЭТ предлагаемую СМ целесообразно применять для
синтеза оригинальных конфигураций цифровых схем, т.к. реализован простой
доступ к любой точке пространственно-временной матрицы схемы с оперативным
выводом результатов моделирования. При этом в процессе моделирования
достаточно просто варьируются временные характеристики элементов, что важно
именно при синтезе схем.
С помощью СМ на ПЭТ автор синтезировал ряд схем с кольцом из логических
элементов, в том числе и несколько КГ с автоматическим выходом из режимов
паразитной генерации, которые успешно применяются при встроенном контроле
динамических параметров КМОП БИС. Эта же система обеспечивает получение
адекватных практических результатов при теоретическом анализе переходных
процессов в кольцевых схемах без каких-либо издержек работы [3] с её высоко
гармоническими импровизациями. Системы на ПЭТ можно рассматривать как
полезное дополнение к универсальным СМ преимущественно для синтеза схем
особенно в режимах импульсных помех.
1. Привалов А.А., Руфицкий М.В. Повышение точности измерения временных
интервалов средней и большой длительности электронными средствами на базе
ПЛИС. // Актуальные проблемы твердотельной электроники. Труды 6-ой
Международной научно-технической конференции. Таганрог 1999, с. 163.
2. Пат. 5377069, США, Oscillating circuit for the elimination/reduction of static
electricity, 1994.
3. N.Sasaki. Higher Harmonic Generation in CMOS/SOS Ring Oscillators, IEEE
Transactions on Electron Devices, vol. ED-29, No 2, 1982, pp.280-283.
4. Макашарипов С. Электронные таблицы: сравнения последних версий.- М.:
Монитор-Аспект, 1994, N 1, с. 26-31.