Σύγχρονοι Μετρητές & Ασύγχρονοι Μετρητές

Στον τομέα της ψηφιακής ηλεκτρονικής, ένας «μετρητής» είναι ένα διαδοχικό λογικό κύκλωμα. Το κύκλωμα αποτελείται από μια σειρά από flip-flops: ηλεκτρονικά κυκλώματα που έχουν δύο σταθερές συνθήκες, καθεμία από τις οποίες αντιστοιχεί σε ένα από τα δύο εναλλακτικά σήματα εισόδου. Τα κυκλώματα μπορούν να κυκλοφορούν μέσα από μια ακολουθία καταστάσεων. Υπάρχουν δύο τύποι μετρητών: σύγχρονος και ασύγχρονος.

Οι σύγχρονοι μετρητές αποτελούνται συνήθως από ένα στοιχείο μνήμης, το οποίο υλοποιείται με τη χρήση flip-flops και ένα συνδυαστικό στοιχείο, το οποίο παραδοσιακά υλοποιείται χρησιμοποιώντας λογικές πύλες. Οι λογικές πύλες είναι λογικά κυκλώματα με έναν ή περισσότερους ακροδέκτες εισόδου και έναν ακροδέκτη εξόδου, στα οποία η έξοδος εναλλάσσεται μεταξύ δύο επιπέδων τάσης που καθορίζονται από έναν συνδυασμό σημάτων εισόδου. Η χρήση λογικών πυλών για συνδυαστική λογική τυπικά μειώνει το κόστος των εξαρτημάτων για κυκλώματα μετρητή στο απόλυτο ελάχιστο, επομένως παραμένει μια δημοφιλής προσέγγιση.

Οι σύγχρονοι μετρητές έχουν εσωτερικό ρολόι, ενώ οι ασύγχρονοι μετρητές δεν έχουν. Ως αποτέλεσμα, όλα τα flip-flop σε έναν σύγχρονο μετρητή οδηγούνται ταυτόχρονα από έναν ενιαίο, κοινό παλμό ρολογιού. Σε έναν ασύγχρονο μετρητή, το πρώτο flip-flop οδηγείται από έναν παλμό από ένα εξωτερικό ρολόι και κάθε διαδοχικό flip-flop οδηγείται από την έξοδο του προηγούμενου flip-flop της ακολουθίας. Αυτή είναι η ουσιαστική διαφορά μεταξύ σύγχρονων και ασύγχρονων μετρητών.

Οι ασύγχρονοι μετρητές, γνωστοί και ως μετρητές κυματισμού, είναι ο απλούστερος τύπος, που απαιτούν λιγότερα εξαρτήματα και λιγότερα κυκλώματα από τους σύγχρονους μετρητές. Οι ασύγχρονοι μετρητές κατασκευάζονται ευκολότερα από τους σύγχρονους αντίστοιχους, αλλά η απουσία εσωτερικού ρολογιού εισάγει επίσης πολλά σημαντικά μειονεκτήματα. Τα flip-flops σε έναν ασύγχρονο μετρητή αλλάζουν καταστάσεις σε διαφορετικούς χρόνους, επομένως οι καθυστερήσεις στην αλλαγή από τη μια κατάσταση στην άλλη -- γνωστές ως καθυστερήσεις διάδοσης -- αθροίζονται για να δημιουργήσουν μια συνολική καθυστέρηση. Όσο περισσότερα flip-flops περιέχει ένας ασύγχρονος μετρητής, τόσο μεγαλύτερη είναι η συνολική καθυστέρηση.

Συνήθως, οι ασύγχρονοι μετρητές είναι λιγότερο χρήσιμοι από τους σύγχρονους μετρητές σε πολύπλοκα συστήματα υψηλής συχνότητας. Ορισμένα ολοκληρωμένα κυκλώματα αντιδρούν γρηγορότερα από άλλα, οπότε αν συμβεί ένα εξωτερικό συμβάν κοντά σε μια μετάβαση μεταξύ καταστάσεις -- όταν ορισμένα, αλλά όχι όλα, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα έχουν αλλάξει κατάσταση -- μπορεί να εισάγει σφάλματα στο μετρητής. Τέτοια σφάλματα είναι δύσκολο να προβλεφθούν λόγω της τυχαίας μεταβλητής χρονικής διαφοράς μεταξύ των γεγονότων. Επιπλέον, οι καθυστερήσεις διάδοσης μπορεί να δυσκολέψουν τον εντοπισμό ή την αποκωδικοποίηση της κατάστασης εξόδου ενός ασύγχρονου κυκλώματος μετρητή ηλεκτρονικά.