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AN1504/D
亚稳态和
ECLinPS家庭
编制单位:应用工程
http://onsemi.com
应用说明
本应用笔记探讨的概念
亚稳态,并提供了如何成为一个理论探讨
发生,其中包括的亚稳条件的例子。一
方程式表征的亚稳态和测试电路
从公式推导呈现。亚稳态
结果然后施加到ECLinPS家族。
介绍
亚稳态是一个核心问题随时设计师的愿望
同步两个或多个异步信号。一种流行
方法用于完成此任务是使用A D
触发器的同步单元(图1) 。
如示于图1中,同步可
实现使用单一的D型触发器;更典型地,
几个D触发器是级联的,以提供同步
同时降低了亚稳态的概率或
“异常”状态,在系统2的输入发生。
不幸的是在数据和时钟输入的信息
作为元素同步触发器是异步的
性质,因此,制造商规范的设置和
保持时间可能不会被观察到。一系列的时序图的
示于图2中展示了三个可能的定时
数据和时钟信号之间的关系;向右
系统1
系统1
时钟
系统2
时钟
系统1
系统1
时钟
系统2
时钟
系统1
产量
数据
系统1
产量
每个数据轨迹的是相应的输出波形。在
第一种情况下的数据符合指定设置和保持
倍,因此输出达到正常状态。在案例2中
建立时间违反,使得D触发器的输出端
不改变状态。情况3代表违反
建立时间和保持时间,从而在D触发器进入一
亚稳态。的分辨时间为触发器在这
亚稳状态是不确定的。此外,最终的沉降
触发器的状态已经在这个亚稳状态
不能得到保证。
亚稳态理论
双稳态装置,诸如触发器具有两个稳定的输出
规定: “1”或高态和“0”状态或低状态。当
厂家指定的建立和保持时间是
观察到触发器将实现正确的输出状态
(图3) 。然而,如果设置和保持时间是
违反该设备可以进入亚稳定状态,由此
增加了传播延迟,通过输出所指示的
响应在图4中示出。
为了更好地理解触发器的亚稳态时,操作
一个典型的ECLinPS D触发器的检讨。示意图
一的D触发器示于图5 。
数据
时钟
Q
SYSTEM 2输入
系统2
D触发器
Q
数据
时钟
Q
SYSTEM 2输入
系统2
D触发器
时钟
D触发器
T
D
延迟
图1.时钟同步方案
半导体元件工业有限责任公司, 2004年
2004年11月
第2版
1
出版订单号:
AN1504/D
AN1504/D
时钟
资料:案例1
V
OUT
案例1
资料:案例2
V
OUT
案例2
资料:案例3
T
SU
T
CLK
T
HD
V
OUT
案例3
之间的数据和时钟信号图2.时序关系为D触发器
28.6300 NS
31.1300 NS
33.6300 NS
CH 。 3 = 150.0 mV /格
时基= 500 PS / DIV
图3.典型触发器的输出响应
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2
AN1504/D
28.6300 NS
31.1300 NS
33.6300 NS
CH 。 3 = 150.0 mV /格
START = 30.8500 NS
STOP = 31.5600 NS
时基= 500 PS / DIV
DELTA T = 710.0 PS
图4.亚稳态触发器的输出响应
在图5所示的触发器可以被分成两个
功能模块:主锁存器和从锁存器。下
最佳操作条件的时钟为低时,数据
到达输入给主锁存器;指定后
建立时间的时钟输入端被提升至较高的水平,并且
数据被锁存。当该时钟信号变为低电平状态,
该电路的从属部分变得透明和
被锁存的数据传送到输出端。在输入变化
将没有对输出的影响,当“从属锁存器”是
透明的。
主从锁存器分别由两个
小节:数据与再生(图5 ) 。自从
主锁存器接收来自外部源的信号,它是
部分最容易受到亚稳态问题。当
该时钟信号变为高状态中的电流的主
从再生锁存时钟差分对切换
主锁存器
到数据侧。如果设置和保持时间观察到的
电路将正常工作。然而,如果数据和时钟
信号改变,使得所述的建立和保持时间是
侵犯,数据差分对,再生
差分对和时钟的差分对用于主
将共享相同的开关电流。此外不会有
有足够的电流来进行充电和放电晶体管
寄生电容,创建通过一个RC反馈回路
数据和再生差分的集电极节点
对。因此,主锁存器进入亚稳态其中
出现在输出端,因为从锁存器是透明的
在这些条件下。理论上,不存在上
势必对时间的长短这个亚稳状态可以持续,
虽然在实践中的电路做最终离开
亚稳区。
V
CC
数据
蓄热
数据
SLAVE
LATCH
蓄热
数据
RESET
数据
SET
时钟
时钟
V
CS
V
EE
图5. ECLinPS D触发器
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3
AN1504/D
亚稳态方程
触发器的传播延迟与输入的函数
信号被表示在图6中。
Dt
T
P
T
W
(T
D
)
T
D
T
最大
T
0
T
F
数据
输入
时间
图6.触发器响应时间图
纵坐标是该触发器的传输延迟时间,并
横坐标是数据到达触发器输入的时间
相对于基准时间T
0
。对于具有正的设备
建立时间T
0
代表与时钟过渡时间
吨之间的区别
0
和T
最大
为最小
允许的设置时间。因此数据之前的时间T到达
最大
将引起标称传播延迟,T
P
,主频时。
对于时间之间出现t个数据
最大
和T
F
传播延迟将是于T更长
P
因为该组向上
和/或保持时间受到侵犯;和器件进入
亚稳状态。数据中出现在输入在时间T后
F
将没有对输出的影响,因此,在输出不
改变和传播延迟被定义为零。
为具有零或负的设置时间相同的设备
响应曲线适用,然而,横轴被改变使得
即T0的值不再是对时钟转换时间。
相同的概念是有效的亚稳态的推导
方程每种情况:正,负或零的建立
时间和保持时间。澄清触发器响应曲线,
图7示出了其中的传播延迟的情况下
T
P
。数据到达时间T
A
,允许适当的设置时间
前一个时钟转变和被保持在该水平
指定的保持时间。图8是一个例子,其中
传播延迟是于T更长
P
由于数据到达
时间T
A
,违反了设置时间。
在图6中,斯托尔使用响应曲线
1
开发了
一个失败窗口的概念,以促进该表征
亚稳态。 T的值
W
(T
D
)是宽度
窗口的量的时间持续时间T的传播延迟
D
发生,并且是数据输入的范围时相对于所述
时钟输入的量会发生故障。 T的值
D
是允许的最大传播延迟;较长的延迟
于T
D
构成了一个故障。故障窗口的说明
数学为:
TW ( TD)
+
TP
10 (申)T
(当量1)
传播延迟
其中:
T
W
(T
D
)没有窗口宽度
T
P
标称传播延迟
T
D
延迟时钟后
构成失败
t
触发器分辨率时间常数
Dt
额外时延(T
D
T
P
)
数据信号
数据信号
时钟信号
时钟信号
T
A
T
最大
T
0
时间
T
最大
T
A
T
0
时间
图7.适当的建立和保持时间
图8.违反的建立和保持时间的
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4
AN1504/D
该公式仅适用于狭窄的窗口宽度,也就是说,
这些时间以及高达上图6的响应曲线。
总结一下,当设置和保持时间服从
触发器将有一个标称的传播延迟,T
P
。如果
数据和时钟信号到达,使得设置和
保持时间违反会有过量的延迟为
在图6.额外时延的响应曲线表示
由触发器进入亚稳定区而引起的。为
到达远远晚于时钟信号的数据信号
触发器不会改变状态,因此传播延迟是
零的定义。窗口宽度是输入的范围
相对于时钟到达时间的量,输出
响应不的时间内达到规定值
周期T
D
。因为T
D
表示的最大允许
延迟的窗口宽度代表的相对范围
对于其中的输入时间会发生故障。
等式1可以与业界认可组合
定义为系统级平均故障间隔时间
(式2)
2
导出的方程,得到的平均时间
失效作为系统设计的功能和之间
半导体器件参数。
MTBF
+
1 (2 * fC的*为fD * TW (TD) )
(当量2)
参数。因此,设计人员可以使用该公式来
确定T的值
D
.
测试电路稳评估
式(3)提供动力的设计
亚稳态测试电路能够提供一个值的
t,
触发器分辨率时间常数。这个转型
方程成“线性”的形式通过取两者的对数
双方得到公式4 :
LOG MTBF
+ *
登录
@
(2 * fC的*为fD * TP)的
)
DT吨
(公式4),
其中:
f
C
时钟频率
f
D
数据频率
MTBF
+
1 (2 * fC的*为fD * TP * 10
*
( DT )
t)
(当量3)
系统设计人员可以利用公式3来解决
亚稳态问题的。设备
t
在提供价值
表2中, “
t
值几个触发器“和T
P
(标称传输延迟)值在所提供的
器件的数据手册。 MTBF ,女
c
和f
d
在系统的设计
出图记录与MTBF
Dt
产生斜率1 / T线,
和日志的MTBF拦截
log(2*f
c
*f
d
*T
P
) 。因此,测试
电路必须接受时钟和数据输入频率为
的功能
Dt
和产量MTBF为输出。该电路
在图9所示的配置满足这些标准。
测试电路可分为五个功能
块: DUT ,可调延时部分,比较器部分,
计数器设定电路,计数器。与起始
电路的比较器部分中, DUT的输出是
馈入比较器;如果DUT输出落在范围
V
BB
0.15 V < V
BB
& LT ; V
BB
+0.15伏,在DUT被定义为
在亚稳条件是(图10) 。
在亚稳区的DUT的输出状态的
比较器的输出达到一个逻辑高电平。当DUT
输出不落在该范围内它是在一个“定义高
或低电平, “与所述比较器的输出将是一个
逻辑低电平。如果比较器的输出处于逻辑高
电平,表示亚稳态时,计数器设定部将
出一个周期性波形来增加计数器。如果
DUT是不是稳了“反套”的输出
电路是常数并且计数器(HP- 8335A )是不
递增。计数超过指定的总数
时间周期是平均无故障时间的量度。
DUT
(V
BB
+ 0.15 V)
10E451
的HP怡
8082A
Q
D
DUT
D1
Q
D1
D2
D2
CLK 2
CLK 2
Q1
Q2
10E107
D
Q
HP 5335A
计数器
10E101
计数器
Q
的HP怡
8082A
Q
TRIG
Q
的HP怡
8082A
Q
CLK 1
10E131
CLK 3
(V
BB
0.15 V)
可调延时
比较
COUNTER -SET
图9.亚稳态测试电路
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5
MC10EP08 , MC100EP08
3.3V / 5V ECL 2输入
差XOR / XNOR
描述
在MC10 / 100EP08是差分异或/异或非门。该EP08是
适用于需要以最快的AC性能可用的应用程序。
100系列包含温度补偿。
特点
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标记DIAGRAMS *
8
1
SOIC8
后缀
CASE 751
1
8
HEP08
ALYWG
G
8
KEP08
ALYWG
G
250 ps的典型传播延迟
最大频率> 3 GHz的典型
PECL模式经营范围: V
CC
= 3.0 V至5.5 V
随着V
EE
= 0 V
NECL模式经营范围: V
CC
= 0 V
随着V
EE
=
3.0
V到
5.5
V
打开输入默认状态
安全钳上的投入
Q输出将默认低,输入开路或在V
EE
这些无铅器件
1
8
1
TSSOP8
DT后缀
CASE 948R
8
HP08
ALYWG
G
1
8
KP082
ALYWG
G
1
DFN8
MN后缀
CASE 506AA
H
K
5J
2Y
D
= MC10
= MC100
= MC10
= MC100
=日期代码
1 5J DG
G
4
1 2Y DG
G
4
A
L
Y
W
G
=大会地点
=晶圆地段
=年
=工作周
= Pb-Free包装
(注:微球可在任一位置)
*有关其他标识信息,请参阅
应用笔记AND8002 / D 。
订购信息
请参阅包装详细的订购和发货信息
尺寸部分本数据手册的第8页。
半导体元件工业有限责任公司, 2012
2012年9月
启示录6
1
出版订单号:
MC10EP08/D
MC10EP08 , MC100EP08
表1.引脚说明
D0
1
8
V
CC
D0, D1, D0, D1
Q, Q
V
CC
D0
2
7
Q
V
EE
EP
功能
ECL数据输入
ECL输出数据
正电源
负电源
(仅DFN8 )热裸露焊盘
必须连接到一个足够
热导管。电气连接
到负电源端(GND )或
悬空,漂浮开放。
D1
3
6
Q
表2.真值表
D0*
D1
4
5
V
EE
L
L
H
H
D1*
L
H
L
H
D0**
H
H
L
L
D1**
H
L
H
L
Q
L
H
H
L
Q
H
L
L
H
图1. 8引脚引脚
( TOP VIEW )
和逻辑图
表3,属性
特征
内部输入下拉电阻
内部输入上拉电阻
ESD保护
*当悬空引脚默认为低电平。
**引脚默认为V的0.666 %
CC
当处于打开状态。
价值
75千瓦
37.5千瓦
人体模型
机器型号
带电器件模型
铅PKG
LEVEL 1
LEVEL 1
LEVEL 1
& GT ; 4千伏
& GT ; 200 V
& GT ; 2千伏
无铅PKG
LEVEL 1
LEVEL 3
LEVEL 1
湿气敏感度,不定超时Drypack (注1 )
SOIC8
TSSOP8
DFN8
可燃性等级
晶体管数量
符合或超过JEDEC规格EIA / JESD78 IC闭锁测试
1.有关更多信息,请参见应用笔记AND8003 / D 。
氧指数:28 34
符合UL 94 V -0 @ 0.125在
135设备
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2
MC10EP08 , MC100EP08
表4.最大额定值
符号
V
CC
V
EE
V
I
I
OUT
T
A
T
英镑
q
JA
q
JC
q
JA
q
JC
q
JA
T
SOL
q
JC
参数
PECL模式电源
NECL模式电源
PECL模输入电压
NECL模输入电压
输出电流
工作温度范围
存储温度范围
热阻(结到环境)
热阻(结到外壳)
热阻(结到环境)
热阻(结到外壳)
热阻(结到环境)
波峰焊
无铅
0 LFPM
500 LFPM
标准局
0 LFPM
500 LFPM
标准局
0 LFPM
500 LFPM
<2 3秒@ 260℃
(注2 )
DFN8
SOIC8
SOIC8
SOIC8
TSSOP8
TSSOP8
TSSOP8
DFN8
DFN8
条件1
V
EE
= 0 V
V
CC
= 0 V
V
EE
= 0 V
V
CC
= 0 V
连续
浪涌
V
I
v
V
CC
V
I
w
V
EE
条件2
等级
6
6
6
6
50
100
40
+85
65
+150
190
130
41至44
185
140
41至44
129
84
265
35至40
单位
V
V
V
V
mA
mA
°C
°C
° C / W
° C / W
° C / W
° C / W
° C / W
° C / W
° C / W
° C / W
°C
° C / W
热阻(结到外壳)
强调超过最大额定值可能会损坏设备。最大额定值的压力额定值只。上面的功能操作
推荐工作条件是不是暗示。长时间暴露在高于推荐的工作条件下,会影响
器件的可靠性。
2. JEDEC标准多层电路板
2S2P ( 2信号, 2个电源)
表5. 10EP直流特性, PECL
V
CC
= 3.3 V, V
EE
= 0V (注3)
40°C
符号
I
EE
V
OH
V
OL
V
IH
V
IL
V
IHCMR
I
IH
I
IL
特征
电源电流
输出高电压(注4 )
输出低电压(注4 )
输入高电压(单端)
输入低电压(单端)
输入高电压共模
范围(差分配置) (注5 )
输入高电流
输入低电平电流
D
D
0.5
150
20
2165
1365
2090
1365
2.0
典型值
28
2290
1490
最大
36
2415
1615
2415
1690
3.3
150
0.5
150
20
2230
1430
2155
1430
2.0
25°C
典型值
30
2355
1555
最大
38
2480
1680
2480
1755
3.3
150
0.5
150
20
2290
1490
2215
1490
2.0
85°C
典型值
32
2415
1615
最大
38
2540
1740
2540
1815
3.3
150
单位
mA
mV
mV
mV
mV
V
mA
mA
注:设备将符合规格的热平衡成立后安装在一个测试插座或印刷电路时
板维持横向气流大于500 LFPM 。电气参数仅在声明保证
工作温度范围。设备超过这些条件的功能操作不暗示。设备规格限制
值是在正常操作条件分别施加和不同时有效。
3.输入和输出参数发生变化1 : 1与V
CC
. V
EE
可以改变+0.3 V至
2.2
V.
4.所有装载50
W
到V
CC
2.0 V.
5. V
IHCMR
分变化1: 1结合V
EE
, V
IHCMR
最大变化1 : 1与V
CC
。在V
IHCMR
范围是相对于所述差分的最正侧
输入信号。
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3
MC10EP08 , MC100EP08
表6. 10EP直流特性, PECL
V
CC
= 5.0 V, V
EE
= 0 V (注6 )
40°C
符号
I
EE
V
OH
V
OL
V
IH
V
IL
V
IHCMR
I
IH
I
IL
特征
电源电流
输出高电压(注7 )
输出低电压(注7 )
输入高电压(单端)
输入低电压(单端)
输入高电压共模范围
(差分结构) (注8)
输入高电流
输入低电平电流
D
D
0.5
150
20
3865
3065
3790
3065
2.0
典型值
28
3940
3190
最大
36
4115
3315
4115
3390
5.0
150
0.5
150
20
3930
3130
3855
3130
2.0
25°C
典型值
30
4055
3255
最大
38
4180
3380
4180
3455
5.0
150
0.5
150
20
3990
3190
3915
3190
2.0
85°C
典型值
32
4115
3315
最大
38
4240
3440
4240
3515
5.0
150
单位
mA
mV
mV
mV
mV
V
mA
mA
注:设备将符合规格的热平衡成立后安装在一个测试插座或印刷电路时
板维持横向气流大于500 LFPM 。电气参数仅在声明保证
工作温度范围。设备超过这些条件的功能操作不暗示。设备规格限制
值是在正常操作条件分别施加和不同时有效。
6.输入和输出参数的变化1: 1结合V
CC
. V
EE
可以改变+2.0 V至
0.5
V.
7.所有装载50
W
到V
CC
2.0 V.
8. V
IHCMR
分变化1: 1结合V
EE
, V
IHCMR
最大变化1 : 1与V
CC
。在V
IHCMR
范围是相对于所述差分的最正侧
输入信号。
表7. 10EP直流特性, NECL
V
CC
= 0 V; V
EE
=
5.5
V到
3.0
V(注9 )
40°C
符号
I
EE
VOH
V
OL
V
IH
V
IL
V
IHCMR
特征
电源电流
输出高电压(注10 )
输出低电压(注10 )
输入高电压(单端)
输入低电压(单端)
输入高电压共模
范围(差分配置)
(注11 )
输入高电流
输入低电平电流
D
D
0.5
150
20
1135
1935
1210
1935
V
EE
+ 2.0
典型值
28
1010
1810
最大
36
885
1685
885
1610
0.0
20
1070
1870
1145
1870
V
EE
+ 2.0
25°C
典型值
30
945
1745
最大
38
820
1620
820
1545
0.0
20
1010
1810
1085
1810
V
EE
+ 2.0
85°C
典型值
32
885
1685
最大
38
760
1560
760
1485
0.0
单位
mA
mV
mV
mV
mV
V
I
IH
I
IL
150
0.5
150
150
0.5
150
150
mA
mA
注:设备将符合规格的热平衡成立后安装在一个测试插座或印刷电路时
板维持横向气流大于500 LFPM 。电气参数仅在声明保证
工作温度范围。设备超过这些条件的功能操作不暗示。设备规格限制
值是在正常操作条件分别施加和不同时有效。
9.输入和输出参数的变化1: 1结合V
CC
.
10.所有装载50
W
到V
CC
2.0 V.
11. V
IHCMR
分变化1: 1结合V
EE
, V
IHCMR
最大变化1 : 1与V
CC
。在V
IHCMR
范围是相对于所述差分的最正侧
输入信号。
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4
MC10EP08 , MC100EP08
表8. 100EP直流特性, PECL
V
CC
= 3.3 V, V
EE
= 0 V (注12 )
40°C
符号
I
EE
V
OH
V
OL
V
IH
V
IL
V
IHCMR
I
IH
I
IL
特征
电源电流
输出高电压(注13 )
输出低电压(注13 )
输入高电压(单端)
输入低电压(单端)
输入高电压共模范围
(差分配置) (注14 )
输入高电流
把低电流
D
D
0.5
150
20
2155
1355
2075
1355
2.0
典型值
28
2280
1480
最大
36
2405
1605
2420
1675
3.3
150
0.5
150
20
2155
1355
2075
1355
2.0
25°C
典型值
30
2280
1480
最大
38
2405
1605
2420
1675
3.3
150
0.5
150
20
2155
1355
2075
1355
2.0
85°C
典型值
32
2280
1480
最大
40
2405
1605
2420
1675
3.3
150
单位
mA
mV
mV
mV
mV
V
mA
mA
注:设备将符合规格的热平衡成立后安装在一个测试插座或印刷电路时
板维持横向气流大于500 LFPM 。电气参数仅在声明保证
工作温度范围。设备超过这些条件的功能操作不暗示。设备规格限制
值是在正常操作条件分别施加和不同时有效。
12.输入和输出参数的变化1: 1结合V
CC
. V
EE
可以改变+0.3 V至
2.2
V.
13.所有装载50
W
到V
CC
2.0 V.
14. V
IHCMR
分变化1: 1结合V
EE
, V
IHCMR
最大变化1 : 1与V
CC
。在V
IHCMR
范围是相对于所述差分的最正侧
输入信号。
表9. 100EP直流特性, PECL
V
CC
= 5.0 V, V
EE
= 0 V (注15 )
40°C
符号
I
EE
V
OH
V
OL
V
IH
V
IL
V
IHCMR
I
IH
I
IL
特征
电源电流
输出高电压(注16 )
输出低电压(注16 )
输入高电压(单端)
输入低电压(单端)
输入高电压共模范围
(差分配置) (注17 )
输入高电流
输入低电平电流
D
D
0.5
150
20
3855
3055
3775
3055
2.0
典型值
28
3980
3180
最大
36
4105
3305
4120
3375
5.0
150
0.5
150
20
3855
3055
3775
3055
2.0
25°C
典型值
30
3980
3180
最大
38
4105
3305
4120
3375
5.0
150
0.5
150
20
3855
3055
3775
3055
2.0
85°C
典型值
32
3980
3180
最大
40
4105
3305
4120
3375
5.0
150
单位
mA
mV
mV
mV
mV
V
mA
mA
注:设备将符合规格的热平衡成立后安装在一个测试插座或印刷电路时
板维持横向气流大于500 LFPM 。电气参数仅在声明保证
工作温度范围。设备超过这些条件的功能操作不暗示。设备规格限制
值是在正常操作条件分别施加和不同时有效。
15.输入和输出参数发生变化1 : 1与V
CC
. V
EE
可以改变+2.0 V至
0.5
V.
16.所有装载50
W
到V
CC
2.0 V.
17. V
IHCMR
分变化1: 1结合V
EE
, V
IHCMR
最大变化1 : 1与V
CC
。在V
IHCMR
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