组合逻辑电路中的竞争冒险

时间：2023-03-13作者：佚名

实际上，信号通过连线及集成门都有一定的延迟时间，也可能有前后快慢的差异。由于从输入到输出的过程中，不同通路上门的级数不同，或者门电路平均延迟时间的差异，使信号从输入经不同通路传输到输出级的时间不同。受到上面因素的影响后，可能在输入信号变化的瞬间，在输入端出现一些不正确的尖峰信号输出，通常把这种现象称为竞争冒险。
1、产生竞争冒险的原因
首先来分析图1所示电路的工作情况，以建立竞争冒险的概念。在图1（a）中，与门G₂的输入是A和A两个互补信号。由于G₁的延迟，A的下降沿要滞后于A的上升沿，因此在很短的时间间隔内，G₂的两个输入端都会出现高电平，致使它的输出出现一个高电平脉冲（它是按逻辑设计要求不应出现的干扰脉冲），如图1（b）所示。与门G₂的2个输入信号分别由G₁和A端的两个路径在不同的时刻到达的现象，通常称为竞争，由此而产生输出干扰脉冲的现象称为冒险。

（a）逻辑电路（b）工作波形
图1 产生正跳变脉冲的竞争冒险

下面进一步分析组合逻辑电路产生竞争冒险的原因。设有一个逻辑电路如图2(a)所示，其工作波形如图2(b)所示。它的输出逻辑表达式为L＝AC＋BC。由此式可知，当A和B都为1时，L＝1，与C的状态无关。但是，由图2(b)可以看出，在C由1变0时，C由0变1有一延迟时间，在这个时间间隔内，G₀和G₃的输出AC 和BC 同时为0，而使输出出现一负跳变的窄脉冲，即冒险现象。这是产生竞争冒险的原因之一。由以上分析可知，当电路中存在由反相器产生的互补信号，且在互补信号的状态发生变化时可能出现冒险现象。
组合逻辑电路中的竞争冒险

图2 产生负跳变脉冲的竞争冒险（a）逻辑电路（b）工作波形

2、消除竞争冒险的方法
针对上述原因，可以采取以下措施消除竞争冒险现象。
1. 发现并消掉互补变量
例如，函数式F＝(A B)(A＋C)，在B＝C＝0时，F＝AA。若直接根据这个逻辑表达式组成逻辑电路，则可能出现竞争冒险。可以将该式变换为F＝AC AB BC，这里已将AA消掉。根据这个表达式组成逻辑电路就不会出现竞争冒险。
2. 增加乘积项
对于图2(a)所示的逻辑电路，可以根据以前所介绍的常用恒等式，在其输出逻辑表达式中增加乘积项AB。这时，L=AC BC AB，对应的逻辑电路如图3所示。由图2(b)可以看出，出现负跳变窄脉冲处，正是A和B均为1时。显然，对于图3所示电路，当A＝B＝1时，G₅输出为1，G₄输出亦为1，这就消除了C 跳变时对输出状态的影响，从而消除了竞争冒险。
组合逻辑电路中的竞争冒险

图3 增加了乘积项AB的逻辑电路

3.输出端并联电路
如果逻辑电路在较慢速度下工作，为消除竞争冒险，可以在输出端并联一电容器，其容量为4～20pF之间。如图4(a)所示，即在图2(a)所示电路的输出端并联电容C。由于或门G₄存在一输出电阻R₀，致使输出波形上升沿和下降沿变化比较缓慢。因此对于很窄的负跳变脉冲起到平波的作用，如图4(b)所示。显然，这时在输出端不会出现逻辑错误。
以上介绍了产生竞争冒险的原理和克服竞争冒险的方法。要能很好地解决这一问题，还必须在实践中积累和总结经验。
组合逻辑电路中的竞争冒险