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知识点八 组合逻辑电路的竞争-冒险




前面分析组合逻辑电路时,都没有考虑门电路的延迟时间对电路产生的影响。实际上,从信号输入到稳定输出需要一定的时间。由于从输入到输出的过程中,不同通路上逻辑门的级数不同,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。由于这个原因,当输入信号发生变化并进入稳定状态时,输出信号并不能马上进入稳定状态,而要经历一段时间,这可能会使逻辑电路产生错误输出。通常把这种现象称为竞争与冒险。


3.4.1产生竞争与冒险的原因


首先来分析图3-20所示电路的工作情况,以建立竞争冒险的概念。

在图3-20中,图(a)的与门G2输入是A和两个互补信号。由于G1门的延迟,的下降沿要滞后于A的上升沿,因此在很短的时间间隔内(虚线之间),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窄脉冲(这是逻辑设计要求不应出现的干扰脉冲),如图3-20(b)所示。这是因为G2门的两个输入信号分别由G1和A端两个路径在不同时刻到达所形成的。这种现象通常称为竞争,由此而产生输出的干扰脉冲现象称为冒险。 上面的冒险是由正跳变脉冲产生的,同样,负跳变脉冲也可产生冒险。

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。


3.4.1 消除竞争与冒险的方法


针对上述原因,可以采取以下措施消去竞争与冒险现象。

1.发现并消掉互补变量 

例如,逻辑式L=(A+B)( +C)在B=C=0时,L=A。若直接根据这个逻辑表达式组成逻辑电路,则可能出现竞争与冒险。可以将该式变换为,这里已将A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

例如,对于逻辑表达式来说,通过门电路来实现,会产生竞争与冒险现象(画出逻辑图与各变量输出波形图即可看出)。但是,增加一个乘积项AB,就可消除竞争与冒险。即按下面的逻辑表达式来实现电路:

3.输出端并联电容器

如果逻辑电路在较慢速度下工作,为了消去竞争与冒险,可以在输出端并联电容器,其容量为4-20pF之间。通过电容使输出波形上升沿和下降沿变化比较缓慢。这样,对于很窄的跳变脉冲起到平波的作用,在输出端不会出现逻辑错误。 

以上介绍了产生竞争与冒险的原理和克服竞争与冒险的方法。要能很好的解决这一问题,还必须根据实际电路,在实践中总结经验。


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