组合、时序逻辑电路中的竞争—冒险现象

一、组合逻辑电路中的竞争—冒险现象

1、竞争—冒险现象及其成因

• 竞争：门电路的两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变（一个从1变为0，另一个从0变为1）的现象。

        注意：只要存在竞争现象，输出就有可能出现违背稳态下逻辑关系的尖峰脉冲。

• 竞争—冒险：由于竞争而在电路输出端可能产生尖峰脉冲的现象，即有竞争就存在冒险。

2、检查竞争—冒险现象的方法

• 代数法

        在输入变量每次只有一个改变状态的简单情况下，可以通过逻辑函数式判断组合逻辑电路中是否有竞争—冒险现象存在，具体方法如下：

        在逻辑函数式中将n-1个输入变量（共n个输入）用固定的0或1带入，最后能将逻辑函数式能化简成

                                                                         或 

或者上面两式的反，即可判定存在竞争—冒险现象。

        补充：由上述判定可以得知，只要电路中的与门和非门的两输入同时向相反的逻辑电平跳变（一个从1变为0，另一个从0变为1），就存在竞争—冒险现象。

• 卡诺图法

        有两个相切的卡诺圈，并且相切处没有其他卡诺圈包围，可能会出现竞争-冒险现象。

 

        另外，较为复杂的情况而采用计算机辅助分析+实验的分析方法。

3、消除竞争—冒险现象的方法

（1）接入滤波电容

        在输出端并接一个很小的滤波电容，就足以把尖峰脉冲的幅度削弱至门电路的阈值电压以下。

        优点：简单易行；

        缺点：增加了电压波形的上升时间和下降时间，使波形变坏；

        适用：对输出波形前、后沿无严格要求。

（2）引入选通脉冲

        在电路中引入一个选通脉冲p，p的高电平（正脉冲）出现在电路到达稳定状态以后，这时正常的输出信号也将变成脉冲信号，且宽度与选通脉冲相同。

        优点：简单，不需要增加电路元件；

        缺点：需要设法得到一个与输入信号同步的选通脉冲，对其宽度和作用的时间也有严格要求。

（3）修改逻辑设计

        例：逻辑函数式，在B = C = 1的条件下，当A改变状态时存在竞争—冒险现象。通过增加冗余项的方法，函数式可变为，此时在B = C = 1的条件下无论A如何变化，输出始终保持Y = 1，即A的状态改变不再会引起竞争—冒险现象。

        优点：不会给电路带来不利的影响；

        缺点：无法消除多变量同时改变状态时，例如AB从10变为01电路仍会存在竞争—冒险的现象，且该方法适用范围有限；

         上述方法适用于消除单变量改变状态时存在竞争—冒险现象的情况。

 

 二、时序逻辑电路中的竞争—冒险现象

        因为时序逻辑电路中通常包含组合电路和存储电路两个部分，所以它的竞争—冒险现象包含两个部分。

1、组合逻辑电路中的竞争—冒险现象

        见上，略。

2、存储电路（触发器）工作中的竞争—冒险现象

        这是时序电路所特有的一个现象。

        当输入信号和时钟信号同时改变，而且途径不同路径到达同一触发器，便产生了竞争。竞争的结果有可能导致触发器误动作，这种现象称为存储电路（或触发器）的竞争—冒险现象。

 

        在同步电路中，由于所有触发器都在同一时钟操作下动作，而在此之前每个触发器的输入信号已处于稳态状态，因而可以认为不存在竞争现象。因此，一般认为存储电路的竞争—冒险现象仅发生在异步时序电路中。

        当然，同步时序电路（非严格意义上的）会存在时钟偏移现象，有可能造成移位寄存器的误动作。如下图，由于和 到达的传输延迟时间不同。