Liczniki synchroniczne i liczniki asynchroniczne

W dziedzinie elektroniki cyfrowej „licznik” to sekwencyjny obwód logiczny. Obwód składa się z szeregu przerzutników: obwodów elektronicznych, które mają dwa stabilne warunki, z których każdy odpowiada jednemu z dwóch alternatywnych sygnałów wejściowych. Obwody mogą przechodzić przez sekwencję stanów. Istnieją dwa rodzaje liczników: synchroniczny i asynchroniczny.

Liczniki synchroniczne zazwyczaj składają się z elementu pamięci, który jest realizowany za pomocą przerzutników oraz elementu kombinacyjnego, który jest tradycyjnie realizowany za pomocą bramek logicznych. Bramki logiczne to obwody logiczne z jednym lub więcej zaciskami wejściowymi i jednym zaciskiem wyjściowym, w których wyjście jest przełączane między dwoma poziomami napięcia określonymi przez kombinację sygnałów wejściowych. Zastosowanie bramek logicznych do logiki kombinacyjnej zazwyczaj zmniejsza koszt komponentów obwodów licznika do absolutnego minimum, więc pozostaje popularnym podejściem.

Liczniki synchroniczne mają zegar wewnętrzny, natomiast liczniki asynchroniczne nie. W rezultacie wszystkie przerzutniki w liczniku synchronicznym są sterowane jednocześnie jednym, wspólnym impulsem zegarowym. W liczniku asynchronicznym pierwszy przerzutnik jest sterowany impulsem z zewnętrznego zegara, a każdy kolejny przerzutnik jest sterowany przez wyjście poprzedniego przerzutnika w sekwencji. Jest to zasadnicza różnica między licznikami synchronicznymi i asynchronicznymi.

Liczniki asynchroniczne, znane również jako liczniki tętnień, są prostszym typem, wymagającym mniejszej liczby komponentów i mniejszej liczby obwodów niż liczniki synchroniczne. Liczniki asynchroniczne są łatwiejsze do skonstruowania niż ich synchroniczne odpowiedniki, ale brak wewnętrznego zegara wprowadza również kilka poważnych wad. Przerzutniki w liczniku asynchronicznym zmieniają stany w różnym czasie, więc opóźnienia w przejściu z jednego stanu do drugiego – znane jako opóźnienia propagacji – sumują się, tworząc ogólne opóźnienie. Im więcej przerzutników zawiera licznik asynchroniczny, tym większe jest całkowite opóźnienie.

Zazwyczaj liczniki asynchroniczne są mniej przydatne niż liczniki synchroniczne w złożonych systemach o wysokiej częstotliwości. Niektóre układy scalone reagują szybciej niż inne, więc w przypadku wystąpienia zdarzenia zewnętrznego w pobliżu przejścia między stany - gdy niektóre, ale nie wszystkie, układy scalone zmieniły stan - może to wprowadzić błędy do lada. Takie błędy są trudne do przewidzenia ze względu na losowo zmienną różnicę czasu między zdarzeniami. Ponadto opóźnienia propagacji mogą utrudniać elektroniczne wykrywanie lub dekodowanie stanu wyjściowego asynchronicznego obwodu licznika.