Моделирование RS-триггера, Создать модель и дать ответ Опции

[locas]

Думаю, что в заданном далее вопросе есть и математика и физика…

Схема RS-триггера хорошо известна.
В учебниках приводится таблица истинности (ТИ), описывающая работу триггера. И уже здесь сразу возникает вопрос: RS-триггер – это последовательностная схема, которая описывается моделью конечного автомата(КА), а ТИ описывают только комбинационные схемы – автомат без памяти. Так вот об этом противоречии в учебниках обычно ни слова.

О запрещенной комбинации на входах. С одной стороны, да, она переводит триггер в режим, когда на его выходах будут одинаковые сигнала. С другой стороны, кто запрещает ее? В реальной схеме она всегда может возникнуть, например, в результате гонок сигналов, неправильной работы и т.д. Но почти большинство воспринимают «запрещение» как невозможность такой комбинации. Мол, раз так написано, то «этого не может быть, потому что этого не может быть никогда». Но это в корне не так: и может и бывает.

Все смотрят на таблицу истинности и … верят, что на выходах триггера всегда будут только устойчивые состояния. И мало кто знает, что это не так. Даже если на вход не подавать запрещенную комбинацию.
Прекрасно известно, что при переключении триггера из одного устойчивого состояния в другое на его выходах будут кратковременно две единицы, если это триггер на элементах И-НЕ, и два нуля, если на элементах ИЛИ-НЕ. И, кстати, эту ситуацию легко отловить: подключаем выходы триггера к элементу И-НЕ и на выходе его считаем импульсы.
Такая «правильная» работа триггера (при переключениях) может быть источником ошибок в работе схемы. И это тоже должно быть понятно почему: ожидаем только 01 или 10 (это по ТИ), а тут, откуда ни возьмись – 11!

А теперь то, ради чего все это затевается.
Внимание! Если на вход триггера подать запрещенную комбинацию – 00! То на выходах будет – 11. И то и другое запрещено. Но 11 на выходах появляется и в разрешенных случаях. Так что возникновение 00 на входах триггера ситуация тоже вполне возможная. Например, проинвертируем выходы триггера и подадим на входы другого триггера. Чем не реальная схема!
Но мы поступим проще: соберем «в кучу входы триггера» и будем подавать в эту точку сначала 0, а потом 1. Что в этом случае будет (начальные условия: сигналы – двоичные, задержки у элементов триггера – равные, единичные):
1. С формальной моделью?
2. С моделью реализованной в среде моделирования?
3. С реальным триггером?

Интересует ответ на последние три вопроса.
Но больше даже ответ на вопрос 2, который можно получить, создав соответствующую модель.
Почему больше на 2-й? Потому что первый требует владения формальными методами, а это достаточно сложно. Хотя на интуитивном уровне, думаю, можно дать ответ, оперируя значениями сигналов «на пальцах». На третий вопрос тоже не так просто получить ответ. Даже в том случае (с запрещенной выходной комбинацией), который был описан выше. Но если кто-то знает ответы на все три вопроса, то будет только хорошо.

Итак. Может ли кто дать ответ хотя бы на вопрос 2, заданный выше, собрав для этого модель триггера. Для конкретики его входы должны быть соединены в одну точку. В исходном состоянии на ней ноль - 0. Через какое-то время подается «единица» - 1, которая затем держится достаточно длительное время (хоть до бесконечности).
Что будет на выходах RS-триггера?

[SM]

Итак. Может ли кто дать ответ хотя бы на вопрос 2, заданный выше, собрав для этого модель триггера. Для конкретики его входы должны быть соединены в одну точку. В исходном состоянии на ней ноль - 0. Через какое-то время подается «единица» - 1, которая затем держится достаточно длительное время (хоть до бесконечности).
Что будет на выходах RS-триггера?

Ответов тут куча. Вот собрал я триггер из транзисторов, развел его на кристалле несколькими методами. Потом выдрал при помощи LVS и RCX оттедова его нутряную модель. Самую что ни на есть физическую. И получил для разных вариантов разводки и схемотехники совсем разные результаты - начиная от стабильных нуля или единицы, кончая довольно продолжительной осцилляцией. Так чта - какой триггер себе сделаешь, такой результат и получится. Более того, для одной реализации в "запрещенном" состоянии схема жрала не детский сквозной ток который в реалии мог бы ее и вышибить.

[locas]

Ответов тут куча. Вот собрал я триггер из транзисторов, развел его на кристалле несколькими методами. Потом выдрал при помощи LVS и RCX оттедова его нутряную модель. Самую что ни на есть физическую. И получил для разных вариантов разводки и схемотехники

А если я работаю только на уровне логики и не опускаюсь до транзисторов, разводки и т.п. И, предположим, я заметил, что подобная схема может быть быть генератором. А почему бы и нет: когда подаем единицу на оба входа, то оба элемента через единичную задержку выдают на своих выходах нули (на их входах-то единицы). Эти нули поступают на входы и через какое-то время на выходах опять будут единицы. Эти единицы поступают на вход и ... все пошло по кругу
Собрал я эту схему и получил...

совсем разные результаты - начиная от стабильных нуля или единицы, кончая довольно продолжительной осцилляцией.

И тут сразу вопрос - какой результат правильный? Я-то, например, ожидал генерацию, а она выдает ... "стабильный ноль". Или того хуже - пошла осцилляция, а потом - бац, и стала!
Есть какое-то объяснение столь разных результатов? По рассуждениям-то, казалось бы, должна быть стабильная осцилляция (генерация)?

Так чта - какой триггер себе сделаешь, такой результат и получится. Более того, для одной реализации в "запрещенном" состоянии схема жрала не детский сквозной ток который в реалии мог бы ее и вышибить.

Так где этот параметр, который однозначно определит, что тут будет стабильный ноль, там - единица, там - непродолжительная осцилляция, где-то - продолжительная, а вот тут - то что надо - стабильная осцилляция!
Я уже сказал, что в данном случае не хотелось бы опускаться до уровня транзисторов, а создавать схему из уже готовых логических элементов И-НЕ. Но мне почему-то казалось, что даже если мы строим схему на транзисторах, то когда элементы абсолютно идентичны, то на уровне моделирования все равно должна быть генерация. И она у тебя в одном варианте есть! Опять же - "где собака порылась", что триггеры в разных вариантах работают по-разному? Но, кстати, я надеюсь, что и в этих разных вариантах схема абсолютно симметрична, т.е. ее элементы одинаковы по всем мыслимым в данном случае параметрам (схема элементов, характеристики транзисторов, режимы их работы и т.д. и т.п.)

[Al Volovich]

Но мне почему-то казалось, что даже если мы строим схему на транзисторах, то когда элементы абсолютно идентичны, то на уровне моделирования все равно должна быть генерация. И она у тебя в одном варианте есть! Опять же - "где собака порылась", что триггеры в разных вариантах работают по-разному? Но, кстати, я надеюсь, что и в этих разных вариантах схема абсолютно симметрична, т.е. ее элементы одинаковы по всем мыслимым в данном случае параметрам (схема элементов, характеристики транзисторов, режимы их работы и т.д. и т.п.)

Найдите два абсолютно идентичных транзистора - тогда и поговорим. На уровне физики ничего, абсолютно идентичного не существует. И у RS-триггера комбинация 11 потому и запрещена, что она приводит к непредсказуемым и неповторимым в серии последствиям. На одном экземляре может быть один результат, на другом экземпляре той же серии - другой