组合逻辑电路中竞争冒险的分析

发布时间：2024-12-17 11:07

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1. 什么是竞争冒险？
2. 竞争冒险产生的原因？
3. 如何判断有竞争冒险？
4. 如何消除竞争冒险？

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1. 什么是竞争冒险？
       信号在通过连线和逻辑单元时，都有一定的延时。延时的大小与连线的长短和逻辑单元的数目有关，同时还受器件的制造工艺、工作电压、温度等条件的影响。信号的高低电平转换也需要一定的过渡时间。由于存在这两方面因素，多路信号的电平值发生变化时，在信号变化的瞬间，组合逻辑的输出有先后顺序，并不是同时变化,成为“竞争”；往往导致出现一些不正确的尖峰信号，这些尖峰信号称为"毛刺"。
        如果一个组合逻辑电路中有"毛刺"出现，就说明该电路存在“冒险”。冒险是由变量的竞争引起的。冒险又分为逻辑冒险和功能冒险。
        简言之：在组合逻辑中，由于门的输入信号通路中经过了不同的延时，导致到达该门的时间不一致叫竞争，竞争产生冒险。2. 竞争冒险产生的原因？
（1）根本原因：延迟
（2）详细分析：
竞争冒险的产生受到四个要素的制约，即：时间延迟、过渡时间、逻辑关系和延迟信号相位。
[1]时间延迟，即信号在传输中受路径、器件等因素影响，输入端信号间出现的时间差异
[2]过渡时间，即脉冲信号状态不会发生突变，必须经历一段极短的过渡时间
[3]逻辑关系，即逻辑函数式
[4]延迟信号相位，即延迟信号状态间的相位关系，涵盖延迟信号同相位和延迟信号反相位两个方面。延迟信号状态变化相同的则是延迟信号同相位，反之则是反相位。

时间延迟和过渡时间要素是竞争冒险的产生原因，逻辑关系和延迟信号相位要素是竞争冒险的产生机制。由原因和机制，构成竞争冒险的产生条件。当电路满足产生条件时，则一定产生毛刺。

3. 如何判断有竞争冒险？

3.1 逻辑冒险的判断方法有两种：
1). 代数法：
       在逻辑函数表达式中，若某个变量同时以原变量和反变量两种形式出现，例如：逻辑函数在一定条件下可简化为Y=A+A反或Y=A*A反就具备了竞争条件。去掉其余变量（也就是将其余变量取固定值0或1），留下有竞争能力的变量，
       如果表达式为F=A+A~(用A~表示A的反变量，以下同)，就会产生0型冒险(F应该为1而实际却为0)；如果表达式为F=AA~,就会产生1型冒险。
       例：表达式 F=AB+CB~,当A=C=1时，F=B+B~，在B发生跳变时，可能出现0型冒险。

2). 卡诺图法：将函数填入卡诺图，按照函数表达式的形式圈好卡诺圈。
      A\BC| 00 01 11 10
       -----------------------
      0     |   0   0   0   1
      1     |   0   1   1   1

       F=AC+BC~的卡诺图（将101和111的1圈一起，010和110的1圈一起）
通过观察发现，这两个卡诺圈相切。则函数在相切处两值间跳变时发生逻辑冒险。（前提是这两个卡诺圈没有被其他卡诺圈包围）

3.2 功能冒险的判断：
功能冒险是当多个输入信号同时变化的瞬间，由于变化快慢不同而引起的冒险。
卡诺图法：依然用上面的卡诺图，按同样函数圈好。举例F=AC+BC~中，ABC从111变为010时，A和C两个变量同时发生了跳变，若A先变化，则ABC的取值出现了过渡态011，由卡诺图可以知道此时函数输出F为0，然而ABC在变化的前后的稳定状态输出值为1，此时就出现了0型冒险。这种由过渡态引起的冒险是由于电路的功能所致，因此成为功能冒险。

3.3 综合逻辑冒险和功能冒险：
例：F=CD+BD~+AC~,自己画及圈卡诺图，可以发现信号ABCD从0100变化到1101可能存在0型功能冒险，不存在逻辑冒险。从0111变化到1110不存在功能冒险，而可能存在逻辑冒险。

3.4 总结判断竞争-冒险的方法：
1、逻辑函数在一定条件下可简化为Y=A+A反或Y=A*A反；
2、真值表卡诺图法；
3、计算机辅助分析。

4. 如何消除竞争冒险？
消除竞争-冒险的方法：
1、引入封锁脉冲；
2、引入选通脉冲；
3、修改逻辑设计,增加冗余乘积项；
4、接入滤波电容。
顺便提一句：时序逻辑中的竞争冒险可以用D触发器，格雷码计数器，同步电路等优秀的设计方案消除。

网址：组合逻辑电路中竞争冒险的分析 http://c.mxgxt.com/news/view/249655

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