Riesgos en circuitos combinacionales

Riesgos en circuitos
combinacionales
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Lógico
Ing. José Alberto
Díaz García
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Ejemplo
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• Una función lógica tiene el siguiente mapa:
B
A
1
0
1
3
2
1
4
5
7
6
1
1
C
• El modelo lógico es:
f ( A, B, C ) = B C + AC
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El circuito lógico
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Observaciones
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• Con ABC= 101 la compuerta Y2 genera un 0 a la
salida y la Yl genera un 1;
• Con ABC= 100 es Yl la que genera un 0,
mientras Y2 genera un 1.
• Cuando C cambia de 1 a 0, a la compuerta Y1 le
afecta inmediatamente ese cambio, mientras que
para la Y2 ese cambio ha de propagarse a través
de un inversor antes de que llegue a la salida.
• Por tanto, Y1 cambia de 1 a 0 antes de que Y2
haya cambiado de 0 a 1; en otras palabras,
momentáneamente las dos entradas a la
compuerta O (salidas de Y1 e Y2) valdrán 0, y la
salida del circuito momentáneamente tomará el
valor 0.
• Este comportamiento que se acaba de describir
es un ejemplo sencillo de riesgo estático.
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Riesgo estático
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• Riesgo Estático: Se dice que en un
circuito lógico se presenta un riesgo
estático si en una transición en la
que la salida deba permanecer en el
valor V, momentáneamente toma el
valor V.
• Se le llama al cero o al uno si se
produce cuando se cambia de uno a
cero o de cero a uno.
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Riego Dinámico
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• También puede ocurrir que en una
determinada transición en las
entradas. La salida deba cambiar de
0 a 1 (o de 1 a 0), pero
momentáneamente regresa al valor
original, efectuando el recorrido
0⇒1⇒0⇒1 (1⇒0⇒1⇒0); en este
caso se dice que hay un riesgo
dinámico.
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Razones por las que aparecen los riesgos
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• Cuando el riesgo (estático o dinámico) ocurre en
una transición de las entradas en la que sólo
cambie una de las entradas, como en el caso
anterior, se trata de un riesgo lógico.
• Estos riesgos ocurren por los diferentes retardos
en la propagación de una misma señal en el
circuito con el que se realiza la función.
• En el circuito anterior la señal C se propaga por
dos caminos diferentes, con retardos desiguales,
de manera que en un determinado instante la
variable toma el mismo valor en diferentes partes
del circuito, y por ello aparecen los riesgos.
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Razones por las que aparecen los riesgos
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• Por lo general el riesgo se presenta en una
transición entre dos celdas adyacentes del mapa
de Karnaugh, cubiertas por agrupaciones de
áreas, y lo que ocurre es que se sale de la celda
antes de haber entrado en la otra celda.
• Si los dos unos de dos celdas estuvieran
cubiertos por una misma agrupación, no habría
riesgos.
• Se tiene un procedimiento inmediato para
eliminar los riesgos estáticos a los unos: basta
incluir todos los implicantes primarios de la
función que cubran dos o más unos.
• Para eliminar los riesgos estáticos a los ceros, el
procedimiento es el mismo.
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Razones por las que aparecen los riesgos
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• Si los riesgos dinámicos son
consecuencia de los riesgos
estáticos, una vez eliminados los
riesgos estáticos, también se habrán
eliminado los riesgos dinámicos.
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CONCLUSION
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• Si se diseña un circuito combinacional
como una red con dos niveles en forma
AND a OR, para que en el circuito no
aparezcan riesgos lógicos hay que incluir
todos los implicantes primarios de la
función.
• Existen riesgos siempre que, en una
realización concreta, se empleen términos
que son adyacentes en el mapa de
Karnaugh .
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Control de riesgos
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• La eliminación de riesgos es un problema
complejo debido al gran número de
combinaciones de los distintos retardos.
• Los riesgos pueden ser eliminados en
ocasiones mediante retardos insertados en
lugares adecuados.
• También se puede enfrentar el problema
añadiendo términos redundantes que
hagan puente entre los causantes del
riesgo en el mapa de Karnaugh .
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Control de riesgos
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• Los glitches desaparecen cuando las señales de
entrada se estabilizan y se consumen los tiempos
de propagación.
• En vista de que son difícil de que desaparezcan
los glitches lo mejor es dejar que existan y
diseñar para que los eventos claves se produzcan
una vez que han desaparecido.
• Para eliminar la posibilidad de fenómenos
aleatorios dinámicos se realiza al minimizar su
función por el método de Karnaugh, porque la
expresión suma de productos obtenida nunca
obtendrá el producto a·a (o la suma a+a) si se
trata de una expresión de producto de sumas.
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Control de riesgos
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• Se tiene que garantizar que no quede ninguna pareja de
1's adyacentes sin que estén cubiertos por algún
implicante común. Por lo tanto, en la fórmula lógica
deberán aparecer los implicantes esenciales y no
esenciales necesarios para garantizar que no exista
ninguna pareja de 1’s (0’s) adyacentes que no esté
cubierta por un mismo implicante.
• Alternativas para evitar los riesgos
– Inserción de retardos hardware: Su valor es difícilmente
controlable y varía con las condiciones de funcionamiento,
pudiendo dar lugar a nuevos riesgos.
– Inserción de lógica redundante: Permite eliminar únicamente los
riesgos lógicos.
– Inserción de lógica registrada: No elimina los riesgos, sino su
efecto. Consiste en muestrear la lógica cuando ha finalizado el
régimen transitorio -y por tanto ya no existen glitchesalmacenando los estados de salida en flip-flops.
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Riesgos funcionales
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• Cuando las transiciones en las
entradas que producen un riesgo
suponen el cambio de más de una
entrada, entonces se trata de un
riesgo funcional.
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Ejemplo
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• Sea la siguiente función lógica mostrada en el
mapa K.
1
1
1
1
1
1
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• De la transición 0000 a 0101 hay un riesgo
funcional estático a los unos, pues nunca las dos
entradas BD cambiarán con absoluta
simultaneidad de 0 a 1.
• Por lo tanto la transición de la celda 0000 a la
0101 se hará a través de la 0001 o de la 0100, y
en ambos casos la función toma
momentáneamente el valor 0.
• De igual forma, en la transición de la celda 0001
a la 0100 habrá un riesgo funcional estático c los
ceros. En la transición de 0101 a 1110 hay un
riesgo funcional dinámico, pues las celdas por las
que pasará son: 0101⇒0111⇒0110⇒1110 o
0101⇒0111⇒1111⇒1110 o
0101⇒1101⇒1111⇒1110, y en todos los casos
en que las salidas son: 1⇒0⇒1⇒0.
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• Los riesgos funcionales no dependen de la forma de
realización, no dependen del circuito concreto y son
inevitables
• Son fáciles de anticiparlos y prever sus repercusiones.
• Implican el cambio en más de una variable; por ejemplo, si
se aplica el principio de que nunca dos variables cambiarán
simultáneamente, se puede analizar adecuadamente
cualquier circuito combinacional, o en otras palabras, los
riesgos funcionales se evitan limitando los cambios en las
entradas a una sola variable.
• Lo normal es que estas excursiones momentáneas al 0 y al
1 que se dan en los riesgos sean de muy corta duración, lo
que se conoce como pulso espurio (glitches). En cualquier
caso la magnitud de estos pulsos erróneos dependen de los
parámetros del circuito, del tipo de compuertas que se
estén utilizando, etc.