डी-फ्लिप फ्लॉप को कैस्केडिंग करने से मेटास्टेबिलिटी को क्यों रोका जाता है?


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मैं समझता हूं कि मेटास्टेबिलिटी क्या है लेकिन समझ में नहीं आता कि फ्लिप फ्लॉप को एक साथ जोड़ने से यह कैसे कम हो जाता है?

यदि पहले फ्लिपफ्लॉप का आउटपुट मेटास्टेबल है, तो इसे दूसरे के लिए इनपुट के रूप में उपयोग किया जाता है। लेकिन मैं नहीं देखता कि कैसे दूसरा फ्लिप फ्लॉप इस इनपुट के साथ कुछ भी कर सकता है और इसे स्थिर बना देगा।

अग्रिम में धन्यवाद!


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हमेशा
बरिदन

जवाबों:


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मेटास्टेबिलिटी को 'ठीक' नहीं किया जा सकता है, लेकिन यदि आप लंबे समय तक प्रतीक्षा करते हैं , तो इसके होने की संभावना मनमाने ढंग से छोटी हो सकती है। एक बार जब आप इसे ब्रह्मांड की आयु में एक बार नीचे ले जाते हैं, तो यह संभवतः आपके लिए परेशानी का कारण नहीं होगा।

यह अपनी बात पर एक पेंसिल को संतुलित करने जैसा है। इसके गिरने की संभावना है, और आप जितनी देर प्रतीक्षा करेंगे, खड़े रहने की संभावना उतनी ही कम होगी।

लंबे समय तक प्रतीक्षा करने के साथ दो समस्याएं हैं, और उनमें से एक मौलिक है।

मूलभूत समस्या यह है कि यदि आपके पास एक एकल मेमोरी एलिमेंट है (लैच या फ्लिप-फ्लॉप, तो वे दोनों मेटास्टैबिलिटी से पीड़ित हैं) एक क्लॉक सिस्टम में एक एसिंक्रोनस एक्सटर्नल सिस्टम से आउटपुट प्राप्त करते हैं, तो आप शारीरिक रूप से प्रतीक्षा समय की एक निचली सीमा को परिभाषित नहीं कर सकते हैं। , कभी-कभी बाहरी सिग्नल लैचिंग कंट्रोल एज के पास संक्रमण कर देगा। आपको एक और फ्लिप-फ्लॉप के लिए सिग्नल को पाइपलाइन करना होगा ताकि इसे वहां इंतजार कर सकें। यह आपको गारंटीकृत एक घड़ी चक्र न्यूनतम प्रतीक्षा समय देता है।

दूसरी समस्या यह है कि अक्सर आप जितनी जल्दी हो सके एक सिस्टम चलाने की कोशिश कर रहे हैं, और दूसरे फ्लिप-फ्लॉप में पर्याप्त समय देने के लिए सिस्टम क्लॉक रेट को धीमा नहीं किया जा सकता है। थ्रूपुट को कम करने के बिना, सिग्नल की विलंबता को बढ़ाने के लिए एकमात्र तरीका है, प्रतीक्षा को अधिक चरणों में पाइपलाइन करना।

कुछ लोगों को यह देखने में परेशानी होती है कि फ्लिप-फ्लॉप के बीच क्या हो रहा है। मेटास्टेबिलिटी को प्रेरित करने के दो तरीके हैं, और वे दोनों फ्लिप-फ्लॉप नियमों का उल्लंघन करते हैं। एक तरीका इनपुट सेटअप का उल्लंघन करना और समय को रोकना है, एक संक्रमण बनाने के लिए जब फ्लिप-फ्लॉप इनपुट के स्थिर होने की उम्मीद करता है। अन्य इनपुट लॉजिक स्तरों का उल्लंघन करना है, फ्लिप-फ्लॉप डेटा इनपुट को मध्यवर्ती वोल्टेज स्तर पर बैठाना है। एक फ्लिप-फ्लॉप जो मेटास्टेबल हो रहा है, उसके आउटपुट पर किसी भी प्रकार के उल्लंघन का उत्पादन कर सकता है, अगले फ्लिप-फ्लॉप पर कैस्केड करने के लिए।


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एक उदाहरण के रूप में, जब मैं चिप डिजाइन कर रहा था, तो मैं मेटास्टेबिलिटी, सभी क्लॉक क्रॉसिंग, हमने गणित किया, प्रत्येक फ्लॉप पर सिंक्रोनाइज़र की विफलता की संभावना का पता लगाया, फ्लॉप्स के समूह, आदि आदि ने परिणाम देखे। हो ... ज्यादातर प्रदर्शन पर एक पिक्सेल हो सकता है, अंत में, चिप के पार सभी तरह से हर दो साल में एक बार नीचे आया - यह Win95 के लिए एक ग्राफिक्स कार्ड था जो उस समय से अधिक समय तक नहीं रह सकता था एक दिन के बारे में हमने फैसला किया कि कोई भी एक सिंक्रोनाइजर 2 साल के एमटीबीएफ को नोटिस नहीं करेगा।
तनिवा

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इसके अलावा एक बात जो किसी का उल्लेख नहीं करती है वह है कि सबसे खराब स्थिति मेटास्टेबिलिटी विफलता के साथ क्या होता है ... कभी-कभी सिंक्रोनाइजर विफलता का परिणाम होता है कि सामान्य रूप से डिजिटल उच्चता और चढ़ाव के बीच के स्तर पर आंतरिक रूप से उच्चतर फ्रीक पर आंतरिक रूप से फ्लॉप हो जाता है - यदि आपकी उच्चता से बच जाता है एंटी-मेटास्टेबिलिटी सिंक्रोनाइज़र फ्लॉप्स प्राप्त करें कि शोर-शराबे वाली आपदा सभी डाउनस्टॉप फ्लॉप्स को संक्रमित कर सकती है (जैसे कि सामान को बाहर निकालना) जिसके परिणामस्वरूप बहुत बड़ा करंट ड्रॉ होता है और संभावित रूप से
ओवरहीटिंग

@Neil_UK आप कुंडी शब्द का उपयोग करते हैं जो मुझे लगता है कि भ्रामक है। मेरी मंडलियों में, एक कुंडी एक अतुल्यकालिक तत्व है। मैं उन्हें स्पष्टता के लिए फ्लिप-फ्लॉप कहता हूं।
जललीपॉप

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@ जलीलिपॉप मैं फ्लिप-फ्लॉप का मतलब करने के लिए कुंडी का उपयोग कर रहा था, हालांकि शायद इसका अर्थ दशकों में स्थानांतरित हो गया है क्योंकि मैं इसका उपयोग कर रहा हूं। जबकि मैं मानता हूं कि 'कुंडी' आमतौर पर अतुल्यकालिक पारदर्शी प्रकार को संदर्भित करता है, वे भी मेटास्टेबिलिटी से पीड़ित होते हैं यदि डेटा सक्षम इनपुट के 'लैचिंग' किनारे पर बदल जाता है। एक मास्टर स्लेव फ्लिप-फ्लॉप को आमतौर पर घड़ी द्वारा एंटीपेज़ में संचालित कुंडी की एक जोड़ी से आंतरिक रूप से बनाया जाता है। इसका उल्लेख करने के लिए धन्यवाद, मैं स्पष्ट करने के लिए उत्तर को संशोधित करूंगा।
नील_यूके

@ तमिहा क्या आप चित्र और समय की कमी और गणित के साथ एक उत्तर प्रदान कर सकते हैं, ताकि वे हल करने की कोशिश के रूप में कुंडी के आंतरिक व्यवहार को स्पष्ट कर सकें। आपको यह दिखाने की आवश्यकता है (जैसा कि आप निश्चित रूप से जानते हैं) कि कैसे लूप हासिल होता है और पुनर्जनन समय स्थिर होता है और शोर तल (थर्मल और वीडीडी) हल करने की क्षमता को प्रभावित करता है।
analogsystemsrf

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यह सिग्नल को वास्तव में उपयोग करने तक अधिक समय की अनुमति देकर सर्किट को प्रभावित करने वाली मेटास्टेबिलिटी की संभावना को कम करता है। दो फ्लिप-फ्लॉप के साथ, यह सिग्नल को व्यवस्थित करने के लिए एक अतिरिक्त घड़ी चक्र की अनुमति देता है। तीन के साथ, यह दो अतिरिक्त घड़ी चक्रों की अनुमति देता है।


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अच्छा उत्तर। महत्वपूर्ण बिंदु यह है कि मेटास्टेबिलिटी को रोका नहीं जाता है , हम सिर्फ स्वीकार्य स्तर तक संभावना कम कर देते हैं।
इलियट एल्डरसन

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तो कैस्केडिंग फ्लिपफ्लॉप संकेत के लिए 0 और 1 के बीच समझौता करने का समय देता है लेकिन यह एक गलत मूल्य को हल नहीं करता है? चूंकि एक मेटास्टेबल सिग्नल दोनों तरीकों से गिर सकता है?
राउटर

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@ रूटरए यदि यह मेटास्टेबल है तो दोनों मान सही हैं।
user253751

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मुझे नहीं लगता कि यह एक अच्छा जवाब है, केवल पहला फ्लॉप इस मामले में इनपुट सिग्नल का नमूना ले रहा है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया जा रहा है कि वहाँ मेटास्टेबिलिटी होने की संभावना है (फ्लॉप की आंतरिक प्रतिक्रिया छोरों में लाभ पर निर्भर करता है, घड़ी की गति और इनपुट थ्रेशोल्ड के बीच सैंपल पास होने वाली दर) किसी विशेष फ्लॉप में है (उम्मीद है) छोटी संख्या <1 = p - दो फ्लॉप्स हमें p ^ 2 का मौका देती है MS पासिंग 2 फ्लॉप्स, 3 p ^ 3 इत्यादि
Taniwha

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वे मेटास्टेबिलिटी को आउटपुट को प्रभावित करने से नहीं रोकते हैं, लेकिन वे घटनाओं के बीच औसत समय बढ़ा सकते हैं क्योंकि मेटास्टेबिलिटी अपेक्षाकृत लंबी अवधि की होगी।

कैस्केडिंग तीन (या अधिक) अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए फ्लिप-फ्लॉप पृथ्वी की उम्र जैसी कुछ घटनाओं के बीच समय बढ़ा सकते हैं।


आपकी घड़ी की दर और प्रक्रिया प्रौद्योगिकी पर निर्भर करता है। आपके एमटीबीएफ के लिए एक फ्लिप-फ्लॉप पर्याप्त हो सकता है, ताकि आप लंबे समय तक सुस्त रहें।
जललीपॉप

@ जजलिपॉप श्योर। मूल IEEE पेपर में कुछ वास्तविक परीक्षण जानकारी (अभी बहुत दिनांकित) है। डीओआई: 10.1109 / TC.1983.1676187
स्पेरो पेफेनी

@ जलीलिपॉप: आम तौर पर यह एक ऐसी समस्या है जो तब अधिक प्रासंगिक होती है जब आप सुस्त समय की गारंटी नहीं दे सकते हैं ... उर्फ ​​अतुल्यकालिक डिजाइन, जैसे कि फीफो जो सीपीयू कोर और एसओसी के बीच संचार करता है जब संबंधित घड़ियां बंद नहीं होती हैं। अन्यथा आप केवल एक हार्ड सेटअप समय निर्धारित करते हैं और गारंटी मेटास्टेबिलिटी नहीं होगी।
jbord39

हां, मेटास्टेबिलिटी एक एसिंक्रोनस इंटरफेस पर एक चिंता का विषय है। मैं जिस स्लैक का उल्लेख करता हूं वह फ्लिप फ्लॉप के बाद सिंक्रोनस लॉजिक का स्लैक है। यदि आपका स्लैक अधिक है, तो मेटास्टेबिलिटी इवेंट आपके बाकी डिजाइन को प्रभावित करने से पहले ही मर जाएगा।
४op पर जलीलिपोप

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क्योंकि पहला फ्लिप-फ्लॉप, भले ही यह मेटास्टेबल हो, घड़ी की सभी अवधि को स्थिर करने के लिए होगा। जब तक दूसरा फ्लिप-फ्लॉप पहले फ्लिप-फ्लॉप का नमूना लेता है, तब तक इसका आउटपुट पहले से ही स्थिर हो सकता है।


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यदि आप मेटास्टेबिलिटी की उत्तेजना चाहते हैं, तो दो बहुत कम इन्वर्टर लागू करें, उन्हें बैक-टू-बैक कनेक्ट करें, और वीडीडी / 2 में उन्हें (एक सिमुलेशन में) बायस करें। फिर पूर्वाग्रह को हटा दें, और तर्क 1 और तर्क 0 के स्तर को हल करने की गति देखें। आपको VDD / 2 के अलावा एक प्रारंभिक पूर्वाग्रह वोल्टेज लेने की आवश्यकता हो सकती है।

यदि आपके 2 या 3 फ्लिपफ्लॉप घड़ी की अवधि की तुलना में कम हैं, तो जीवन समस्याओं से भरा हो सकता है।


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मेटास्टेबिलिटी का सीधा मतलब है कि, यदि आपके पास घड़ी के संदर्भ में किसी विशेष समय विंडो के भीतर डेटा ट्रांसस्टेशन है, तो क्लॉक एज के बाद आउटपुट एक निश्चित अवधि के लिए खराब व्यवहार करेगा। हालाँकि, विंडो एक निश्चित अंतराल नहीं है। बल्कि, एक खराब मूल्य (दोलन या मध्यवर्ती वोल्टेज स्तर) की संभावना समय के साथ तेजी से घट जाती है। इसलिए, यदि आप घड़ी के साथ सिग्नल का नमूना लेते हैं, और फिर घड़ी को दूसरे फ्लिप-फ्लॉप पर लागू करने से पहले थोड़ा इंतजार करते हैं, तो आप खराब बिट की संभावना को किसी भी वांछित (लेकिन गैर-शून्य) संभावना को कम कर सकते हैं। यदि आवश्यक समय बहुत लंबा है, तो आप श्रृंखला में 3 या अधिक फ्लिप-फ्लॉप का उपयोग कर सकते हैं।

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