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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