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2 Spezifikation und Modellierung
Vier Signalstärken (Zehn Signalwerte)
In einigen Fällen sind auch drei Signalstärken nicht ausreichend. Beispielsweise gibt
es Schaltungen, die Verbindungsleitungen als Ladungsspeicher verwenden. Solche
Leitungen werden während einer bestimmten Betriebsphase mit den Logikwerten
0 oder 1 vorgeladen. Diese Ladungen können den (hochohmigen) Eingang
einiger Transistoren steuern. Werden diese Leitungen mit einer Signalquelle (außer
einer mit dem Wert ’Z’) verbunden, so verlieren sie ihre Ladung und das Signal der
zweiten Quelle dominiert.
Beispiel 2.28: In Abb. 2.63 wird beispielsweise ein Bus von einem speziellen Ausgang getrieben. Angenommen, der Bus stellt eine hoch-kapazitive Belastung dar,
VDD
f
Masse
C
Bus
φ
PD
Abb. 2.63 Vorladen eines Busses
äquivalent zu einem Kondensator C mit hoher Kapazität. Mit dieser gehen wir wie
folgt um: Während die Funktion f noch den Wert 0 liefert, wird φ auf den Wert
1 gesetzt, wodurch der Kondensator C aufgeladen wird. Danach wird φ auf 0
gesetzt. Wenn der Wert von f bekannt wird und wenn er gleich 1 ist, wird der Bus
entladen.
∇
Dieses sogenannte Vorladen oder Precharging wird verwendet, da das Aufladen
eines Busses hoher Kapazität mit einem Ausgang wie dem in Abb. 2.61 gezeigten ein
langsamer Prozess ist, weil der Widerstand des Verarmungstransistors relativ groß
ist. Die Entladung durch normale „Pull-Down-Transistoren“ PD erfolgt dagegen
schneller.
Um solche Fälle modellieren zu können, brauchen wir Signalwerte, die schwächer
sind als H und L , aber stärker als Z . Wir nennen solche Werte „sehr schwache Signalwerte“ und schreiben sie als h und . Der zugehörige sehr schwache
undefinierte Signalwert heißt w . Damit erhalten wir zehn Signalwerte {0, 1,
L, H, , h, X, W, w, Z}. Mit Hilfe der Signalstärken kann wieder
eine partielle Ordnung auf diesen Werten definiert werden (siehe Abb. 2.64). Precharging ist durchaus risikobehaftet: nachdem ein vorgeladener Bus einmal entladen
ist, z.B. durch ein transientes Signal, kann er in derselben Taktperiode nicht wieder
aufgeladen werden.
2 Spezifikation und Modellierung
Vier Signalstärken (Zehn Signalwerte)
In einigen Fällen sind auch drei Signalstärken nicht ausreichend. Beispielsweise gibt
es Schaltungen, die Verbindungsleitungen als Ladungsspeicher verwenden. Solche
Leitungen werden während einer bestimmten Betriebsphase mit den Logikwerten
0 oder 1 vorgeladen. Diese Ladungen können den (hochohmigen) Eingang
einiger Transistoren steuern. Werden diese Leitungen mit einer Signalquelle (außer
einer mit dem Wert ’Z’) verbunden, so verlieren sie ihre Ladung und das Signal der
zweiten Quelle dominiert.
Beispiel 2.28: In Abb. 2.63 wird beispielsweise ein Bus von einem speziellen Ausgang getrieben. Angenommen, der Bus stellt eine hoch-kapazitive Belastung dar,
VDD
f
Masse
C
Bus
φ
PD
Abb. 2.63 Vorladen eines Busses
äquivalent zu einem Kondensator C mit hoher Kapazität. Mit dieser gehen wir wie
folgt um: Während die Funktion f noch den Wert 0 liefert, wird φ auf den Wert
1 gesetzt, wodurch der Kondensator C aufgeladen wird. Danach wird φ auf 0
gesetzt. Wenn der Wert von f bekannt wird und wenn er gleich 1 ist, wird der Bus
entladen.
∇
Dieses sogenannte Vorladen oder Precharging wird verwendet, da das Aufladen
eines Busses hoher Kapazität mit einem Ausgang wie dem in Abb. 2.61 gezeigten ein
langsamer Prozess ist, weil der Widerstand des Verarmungstransistors relativ groß
ist. Die Entladung durch normale „Pull-Down-Transistoren“ PD erfolgt dagegen
schneller.
Um solche Fälle modellieren zu können, brauchen wir Signalwerte, die schwächer
sind als H und L , aber stärker als Z . Wir nennen solche Werte „sehr schwache Signalwerte“ und schreiben sie als h und . Der zugehörige sehr schwache
undefinierte Signalwert heißt w . Damit erhalten wir zehn Signalwerte {0, 1,
L, H, , h, X, W, w, Z}. Mit Hilfe der Signalstärken kann wieder
eine partielle Ordnung auf diesen Werten definiert werden (siehe Abb. 2.64). Precharging ist durchaus risikobehaftet: nachdem ein vorgeladener Bus einmal entladen
ist, z.B. durch ein transientes Signal, kann er in derselben Taktperiode nicht wieder
aufgeladen werden.