Grundlagen von Latches in der digitalen Elektronik

Im Digitale Elektronik Ein Latch ist eine Art von Logikschaltung und es ist auch bekannt als bistabiler Multivibrator . Weil es zwei stabile Zustände hat, nämlich aktiv hoch und aktiv niedrig. Es funktioniert wie ein Speichergerät, indem die Daten über eine Rückkopplungsspur gehalten werden. Es speichert 1-Bit-Daten, solange das Gerät aktiviert ist. Sobald die Aktivierung deklariert ist, kann der Latch die gespeicherten Daten sofort ändern. Sobald das Freigabesignal aktiviert ist, werden die Eingänge ständig getestet. Das Arbeiten dieser Schaltungen kann in 2 Zuständen erfolgen, basierend auf dem Freigabesignal, das hoch oder auch niedrig ist. Wenn sich die Verriegelungsschaltung in einem aktiven hohen Zustand befindet, sind beide i / ps niedrig. In ähnlicher Weise sind beide i / ps hoch, wenn die Verriegelungsschaltung dann ein aktiver niedriger Zustand ist.

Verschiedene Arten von Verriegelungen

Die Latches können in verschiedene Typen eingeteilt werden, einschließlich SR Latch, Gated S-R Latch , D Riegel , Gated D Latch, JK Latch und T Latch.

SR Latch

Ein SR-Verriegelung (Set / Reset) ist eine asynchrone Vorrichtung und arbeitet separat für Steuersignale, abhängig vom S-Zustand und den R-Eingängen. Der SR-Latch unter Verwendung von 2-NOR-Gattern mit einer Kreuzschleifenverbindung ist unten gezeigt. Diese Riegel können mit gebaut werden NAND-Tore Es werden jedoch auch die beiden Eingänge ausgetauscht und gelöscht. Es wird also als SR-Latch bezeichnet.

SR Latch

Immer wenn der S-Leitung des Latch ein hoher Eingang gegeben wird, geht der Ausgang Q hoch. Während des Rückkopplungsprozesses bleibt der Ausgang Q hoch, wenn der S-Eingang wieder niedrig wird. Auf diese Weise arbeitet der Latch als Speichervorrichtung.

Ebenso wird der R-Leitung des Latch ein hoher Eingang gegeben, dann wird der Q-Ausgang niedrig (und Q'hoch), dann wird der Speicher des Latch effektiv zurückgesetzt. Wenn beide Eingänge des Latch niedrig sind, bleibt er in seinem früher eingestellten Zustand oder Rücksetzzustand. Das Zustandsübergangstabelle oder Wahrheitstabelle der SR-Verriegelung ist unten gezeigt.

Wenn beide Eingänge gleichzeitig hoch sind, gibt es Probleme: Es wird gesagt, dass gleichzeitig ein hohes Q & niedriges Q erzeugt werden soll. Dies erzeugt eine Race-Bedingung in der Schaltung. Jedes Flip-Flop erreicht etwas, indem es zuerst etwas ändert, reagiert auf das andere und erklärt sich selbst . Vorzugsweise beides Logikgatter sind gleich und das Gerät befindet sich auf unbestimmte Zeit in einem undefinierten Zustand.

Gated SR Latch

In einigen Fällen kann es beliebt sein, zu bestellen, wenn der Riegel verriegelt werden kann und nicht. Die einfache Erweiterung eines SR-Verriegelung ist nichts als ein Gated SR Latch . Es gibt eine Aktivierungsleitung, die hoch angesteuert werden sollte, bevor Informationen zwischengespeichert werden können. Obwohl eine Steuerleitung erforderlich ist, ist der Latch aufgrund der Eingänge, die den Ausgang selbst in der Mitte eines Freigabeimpulses verändern können, nicht synchron.

Gated SR Latch

Wenn der Eingang eines Enable niedrig ist, müssen auch die O / Ps von den Gates geringer sein, daher bleiben die Q & Q-Ausgänge in Richtung der früheren Informationen verriegelt. Wenn der Freigabe-I / P hoch ist, kann sich die Position des Latch ändern, wie in der tabellarischen Form gezeigt. Wie die Freigabeleitung angegeben ist, ist ein mit einem Gatter versehener SR-Latch in Richtung eines SR-Latch gleich. Manchmal ist eine Freigabeleitung ein CLK-Signal, jedoch ein Lese- / Schreib-Strobe.

D Verriegelung

Der Daten-Latch ist eine einfache Erweiterung des Gate-SR-Latch, die die Möglichkeit nicht akzeptabler Eingabezustände ausschließt. Da wir mit dem Gate-SR-Latch den Ausgang befestigen können, ohne die Eingänge von S oder R zu verwenden, können wir einen der i / ps eliminieren, indem wir beide Eingänge mit einem entgegengesetzten Treiber ansteuern. Wir eliminieren eine Eingabe und machen sie automatisch entgegengesetzt zur Resteingabe.

D Verriegelung

Der D-Latch gibt den Eingang des D aus, wenn die Enable-Leitung hoch ist, andernfalls ist der Ausgang der D-Eingang, wenn der Enable-Eingang zuletzt hoch war. Dies ist der Grund, warum es als transparente Verriegelung bekannt ist. Wenn 'Aktivieren' angegeben ist, wird der Latch als transparent bezeichnet und die Signale werden direkt durch ihn verteilt, da er nicht vorhanden ist.

Gated D Latch

ZU Gated D Latch wird einfach durch Ändern eines Gate-SR-Latch entworfen, und die einzige Änderung im Gate-SR-Latch besteht darin, dass der Eingang R in invertiertes S geändert werden muss. Das Gate-Latch kann nicht aus dem SR-Latch unter Verwendung von NOR gebildet werden (siehe unten).

Gated D Latch

Immer wenn die CLK-Freigabe andernfalls hoch ist, werden die O / P-Latches am Eingang des D gespeichert. Wenn die CLK niedrig ist, ist der D i / p für die endgültige Freigabe hoch der Ausgang.

Die Schaltung des Latch erfährt überhaupt keinen Race-Zustand, da der einzige D-Eingang umgekehrt ist, um beiden Eingängen zu bieten. Daher gibt es keine Möglichkeit für einen ähnlichen Eingangszustand. Somit kann die Schaltung des D-Latch in mehreren Schaltungen sicher verwendet werden.

JK Latch

Die beiden JK Riegel sowie RS-Latch ist ähnlich. Dieser Latch umfasst zwei Eingänge, nämlich J und K, die im folgenden Logikgatterdiagramm gezeigt sind. Bei dieser Art von Verriegelung wurde der unklare Zustand hier entfernt. Wenn die JK-Latch-Eingänge hoch sind, wird der Ausgang umgeschaltet. Der einzige Unterschied, den wir hier beobachten können, ist die Ausgangsrückkopplung zu den Eingängen, die im RS-Latch nicht vorhanden ist.

JK Latch

T Verriegelung

Das T-Verriegelung kann gebildet werden, wenn die JK-Latch-Eingänge kurzgeschlossen werden. Die Funktion von T Latch ist wie folgt, wenn der Eingang des Latch hoch ist, und dann wird der Ausgang umgeschaltet.

T Verriegelung

Vorteile von Riegeln

Das Vorteile von Riegeln das Folgende einschließen.

• Das Design von Riegeln ist im Vergleich zu sehr flexibel FFs (Flip-Flops)
• Die Riegel verbrauchen weniger Strom.
• Die Leistung des Zwischenspeichers beim Entwurf der Hochgeschwindigkeitsschaltung ist schnell, da diese innerhalb des Entwurfs asynchron sind und kein CLK-Signal erforderlich ist.
• Die Form des Riegels ist sehr klein und nimmt weniger Fläche ein
• Wenn der Betrieb der Latch-basierten Schaltung nicht in einer festgelegten Zeit beendet ist, leihen sie sich die erforderliche Zeit von einem anderen aus, um den Vorgang abzuschließen
• Riegel sorgen im Gegensatz zu aggressiven Taktungen Flip-Flop-Schaltungen .

Nachteile von Riegeln

Das Nachteile von Riegeln das Folgende einschließen.

• Es besteht die Möglichkeit, dass die Rennbedingungen beeinflusst werden, sodass diese weniger erwartet werden.
• Wenn ein Latch pegelempfindlich ist, besteht die Möglichkeit einer Metastabilität.
• Die Analyse der Schaltung ist aufgrund der Eigenschaft der Pegelempfindlichkeit schwierig.
• Die Schaltung kann mit einem zusätzlichen CAD-Programm getestet werden

Anbringen von Riegeln

Das Anwendungen von Riegeln das Folgende einschließen.

• Im Allgemeinen werden Latches verwendet, um die Bedingungen der Bits zum Codieren von Binärzahlen beizubehalten
• Latches sind Einzelbit-Speicherelemente, die sowohl beim Rechnen als auch beim Speichern von Daten weit verbreitet sind.
• Latches werden in Schaltkreisen wie Power Gating & Clock als Speichergerät verwendet.
• D-Latches sind für asynchrone Systeme wie Eingangs- oder Ausgangsports anwendbar.
• Daten-Latches werden in synchronen Zweiphasensystemen zur Reduzierung der Transitanzahl verwendet.

Hier geht es also um eine Übersicht der Latches. Dies sind die Bausteine ​​für sequentielle Schaltungen . Der Entwurf hierfür kann unter Verwendung von Logikgattern erfolgen. Sein Betrieb hängt hauptsächlich von der Eingabe einer Freigabefunktion ab. Hier ist eine Frage an Sie, Was sind die beiden Arbeitszustände der Riegel?