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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C=0且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。 |
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