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An einer einfachen Beispielschaltung
können die Ursachen für das Auftreten zeitlich begrenzter
Fehler in digitalen Schaltungen veranschaulicht werden:
Abb. 5.1: Beispielschaltung
Abb. 5.2: KV-Diagramm der obigen Gatterschaltung.
Diese Schaltung arbeitet im eingeschwungenen
Zustand korrekt. Betrachtet man jedoch die zeitlichen Abläufe
für den ebenfalls in das KV-Diagramm eingezeichneten Eingangssignalwechsel
bei konstanten Werten x0 = x2 = '1',
dann wird ein kurzzeitig auftretender Signaleinbruch am Ausgang
y0
beobachtet.
Das Impulsdiagramm zeigt deutlich, daß das Signal 4 auf Grund der Invertierung des Signals 2 um eine Gatterlaufzeit gegenüber dem Signal 5 verzögert wird. Am Eingang des ODER-Gatters tritt also kurzzeitig der nicht erwartete Fall ein, daß beide Eingangssignale 4 und 5 auf '0' liegen.
Der Ausgang y0
kann also für eine Gatterlaufzeit auf logisch '0' geschaltet
werden (im nachfolgenden Impulsdiagramm wird von einer einheitlichen
Signallaufzeit von 10 ns ausgegangen).
Abb. 5.3: Impulsdiagramm.
Das Auftreten dieses Störimpulses am ODER-Ausgang (Signal 6) ist nicht mit Sicherheit vorherzusagen. Gatter können auf Grund ihrer inneren Kapazitäten kurze Signale "absorbieren" (siehe: dynamische Störsicherheit).
Auf Grund des vorliegenden Schaltungsentwurfes
besteht aber die Gefahr eines laufzeitbedingten Fehlverhaltens.
Dieses in der Schaltungsrealisierung enthaltene Wagnis wird "Hazard"
genannt.
Definition:
Erlaubt eine Schaltungsstruktur bei einem beliebigen Eingangssignalwechsel das Auftreten eines Störimpulses, dann enthält die Schaltungsrealisierung einen Hazard.
Der auf Grund des Hazards auftretende
Störimpuls wird als Hazardimpuls bezeichnet (engl.
glitch oder spike).
Beispiel:
Wie entscheidend für die Funktion
einer Schaltung ein Hazard sein kann, soll das folgende Beispiel
erläutern:
Ein Verknüpfungsnetz werde eingesetzt
zur Erzeugung der zur Ansteuerung eines RS-Flipflops notwendigen
Signale. Das RS-FF soll im Zustand "Speichern" gehalten
werden (R = S = '0' bei NOR-Realisierung),
es tritt jedoch ein Störimpuls (Hazard) auf der R-Leitung
auf:
Abb. 5.4: Hazardbedingtes Fehlverhalten eines Flipflops.
Das RS-Flipflop wird zwar im Speicher-Zustand
gehalten, der Hazardimpuls führt aber zum ungewollten Rücksetzen
des Q-Ausganges.
Die Quellen derartiger Fehler liegen in einer falschen Schaltungsstruktur. Die Lokalisierung der Fehlerursachen ist oft sehr mühsam, ihre Beseitigung ist häufig mit einem umfangreichen Neuentwurf der Schaltung verbunden.
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