Synchroner vs. asynchroner Zähler: Unterschied und Vergleich

Key Take Away

1. Bei synchronen Zählern werden alle Flip-Flops gleichzeitig durch ein einziges Taktsignal getriggert.
2. Asynchrone Zähler haben Flip-Flops, die unabhängig von unterschiedlichen Taktsignalen getriggert werden, was zu einem Welleneffekt führt.
3. Synchronzähler bieten durch gleichzeitiges Triggern eine schnellere und genauere Zählung als Asynchronzähler.

Was ist ein synchroner Zähler?

Synchronzähler werden manchmal als Parallelzähler bezeichnet, da der Takt gleichzeitig an alle Flip-Flops geliefert wird. Synchrone Zähler, die entweder mit einem Umschalter oder einem D-Typ-Flip-Flop aufgebaut sind, können schneller arbeiten als ihre asynchronen Gegenstücke. 

Der Begriff „Parallelzähler“ beschreibt diese Geräte. Ein Synchronzähler besteht aus einer Reihe von Flip-Flops, die jeweils unabhängig voneinander in einer Kaskadenschaltung mit einem externen Takt verbunden sind.

Wenn das gemeinsame Taktsignal angelegt wird, ändern sich daher die Zustände aller Flip-Flops gleichzeitig. Daher gibt es bei einem synchronen Zähler keine Ausbreitungsverzögerung, da es keinen Welligkeitseffekt gibt. Synchronzähler nutzen Logikgatter zur Regelung des Zählvorgangs. Dies vereinfacht die Verwendung eines einzigen Takteingangs zum gleichzeitigen Takten aller Flip-Flops des Zählers.

Die Ausbreitungsverzögerung der gesammelten Flip-Flops verursacht das Problem mit dem Ripple-Zähler. Mit anderen Worten, die Zustandsübergänge der Flip-Flops sind zeitlich nicht so abgestimmt, dass sie mit der Eingabe zusammenfallen Impulse. Dieser gemeinsame Taktimpuls bewirkt einen gleichzeitigen Übergang zwischen allen Ausgangszuständen. 

Unabhängig davon, wie viele Flip-Flops zum Aufbau des Zählers verwendet werden, ist die Verzögerung immer dieselbe wie die Ausbreitungsverzögerung eines einzelnen Flip-Flops. Das heißt, die Verzögerung hat nichts mit der Größe des Zählers zu tun. Im Vergleich zu asynchronen Zählern ist im Allgemeinen ein schnellerer Betrieb erreichbar.

Was ist ein asynchroner Zähler?

Asynchrone Zähler zeichnen sich dadurch aus, dass sie den Eingangstaktimpuls an das erste einer Reihe verbundener Flip-Flops liefern. Aufgrund des Welligkeitseffekts verzögert ein kleiner Betrag das Zeitsignal in einem asynchronen Zähler, während es jedes Flip-Flop durchläuft. Dies führt zu einer Verzögerung bei der Übertragung der Nachricht. 

Das Flipflops die den Zähler in einem asynchronen Zähler bilden, sind seriell verbunden, wobei der Eingangstakt zum ersten Flip-Flop in der Kette geht. Hier bewirkt der Takteingang, dass eine Welle vorwärts durch den Zähler geht, während die resultierende Ausgabe des ersten Flip-Flops in den Eingang des nächsten Flip-Flops eingespeist wird.

Da die Flip-Flops in einem asynchronen Zähler in Reihe geschaltet sind und der Eingangstakt an das erste Flip-Flop in der Reihe gesendet wird, wird dieser Zählertyp auch als serieller Zähler bezeichnet.

Der Ausgang einer Iteration wird zum Takteingang der nächsten und so weiter. Somit wird das Taktsignal des asynchronen Zählers verlangsamt, wenn es durch jedes Flipflop geht. Daher gibt es eine Verzögerung in der Ausbreitungsfähigkeit des Signals.

In einem asynchronen Zähler lösen Impulse am Eingang des Flip-Clock-Flops dennoch einen Zustandsübergang aus, auch wenn für die Impulse kein Takt oder keine Synchronisationsquelle vorhanden ist. Ein externes Taktsignal steuert das erste Flip-Flop, während die anderen von ihren Ausgängen getaktet werden.

Unterschied zwischen synchronem und asynchronem Zähler

1. Es gibt eine Laufzeitverzögerung in einem Synchronzähler. Bei asynchronen Zählern gibt es jedoch eine erhebliche Ausbreitungsverzögerung.
2. Die Betriebsgeschwindigkeit von synchronen Zählern ist höher als die von asynchronen Zählern.
3. Bei synchronen Zählern treten weniger Fehler auf als bei asynchronen Zählern.
4. Die Reihenfolge eines Synchronzählers ist nicht festgelegt, wohingegen die Reihenfolge eines Asynchronzählers festgelegt ist.
5. Der Entwurf eines Synchronzählers ist komplexer als der Entwurf eines Asynchronzählers.

Vergleich zwischen synchronem und asynchronem Zähler

Vergleichsparameter	Synchroner Zähler	Asynchroner Zähler
Verzögerung	Keine Ausbreitungsverzögerungen	Erhebliche Ausbreitungsverzögerung
Betriebsgeschwindigkeit	Schneller	Langsamer
Fehler	Weniger Fehler	Mehr Fehler
Reihenfolge	Nicht behoben	Behoben
Design	Complex	Einfacher

Bibliographie

1. https://www.researchgate.net/profile/Harishnaik-K-P/publication/320243483_A_Survey_on_Synchronous_and_Asynchronous_Counters_using_Reversible_Logic_Gates/links/59d7209ba6fdcc52acabfcec/A-Survey-on-Synchronous-and-Asynchronous-Counters-using-Reversible-Logic-Gates.pdf
2. https://www.spiedigitallibrary.org/journals/optical-engineering/volume-61/issue-10/105105/Implementation-of-all-optical-synchronous-and-asynchronous-binary-up-counters/10.1117/1.OE.61.10.105105.short

Letzte Aktualisierung: 30. Juli 2023