数字电路基础_D0305组合逻辑电路中的竞争冒险.docVIP

3.5组合逻辑电路中的竞争-冒险 在前面的章节中，对组合逻辑电路的分析和设计，都没有考虑门电路的传输延迟时间对组合电路性能的影响。信号从输入经不同的途径传输到输出级，存在着不同的延迟时间。若传输延迟时间过长，就可能发生信号尚未传输到输出端，输入信号的状态又发生了新的变化，使 电路工作不正常；由于各种门的延时不同，或输入信号状态变化的速度不同，也可能使电路无法正常工作，使电路的逻辑功能遭到破坏。 这种在电路的状态变化过程中，由于传输延迟时间而使组合电路输出波形出现尖脉冲信 号(也称电压毛刺)的现象称为组合逻辑电路中的竞争-冒险现象。 3.5.1产生竞争-冒险的原因 由于两个信号到达门电路输入端的时间不同，当组合逻辑电路中存在由反相器产生的互 补信号，状态发生变化时，组合逻辑电路有可能产生竞争-冒险现象。 我们以图3-5-1(a)为例进行分析。图中假定G2门的输入信号A和A非是理想的阶跃脉 冲，但是信号A非经反相器Gl延迟后到达G2门的输入端。因此信号A非的下降沿滞后于信号A的上升沿，使G2的输出波形Y在状态的过渡过程中产生了一个不应有的负向尖脉冲信号(负向电压毛刺)，如图3-5-1(b)所示，即该电路产生了竞争一冒险现象。 由上述分析可见，由于门的延时，当组合逻辑电路中存在由反相器产生的互补信号，状态发生变化时，组合逻辑电路就可能产生竞争一冒险现象。 由于电路中各个门的传输延迟时间不同，也有可能引起竞争一冒险现象。我们以图3-5-2(a)为例进行分析。图中假定Gl门的传输延迟时间为tPdl，G2门的传输延迟时间为tpd2，G3门的传输延迟时间为tpd3＝0，并设如tpd2 〉tPdl 。 当输入信号A、B、C的状态由111变化为101时，仅变量B发生变化，与非门Gl和G2的输出Yl和Y2则分别由B和B非的变化所决定。 当B由1、0时，则B非 由0，1，由于tpd2 tPdl ，因此，Yl先由0 — l，然后Y2由1 - 0，使该组合电路的输出Y在电路的瞬时过渡状态中出现负向电压毛刺，如图3—5—2(b)所示，即该电路产生了竞争-冒险现象。 由此可以推理，组合电路中各个门的传输延迟时间不同，也有可能引起竞争一冒险现象。 此外，当组合电路中有两个或两个以上输入变量同时发生状态变化或门电路中有两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变时，组合电路均有可能引起竞争一冒险现象。 3.5.2检查竞争-冒险的方法 当组合电路的输入变量每次只有一个改变状态，或虽有p(＞1)个变量同时变化，但对应的2n种输入状态下，电路的输出为全“0”或全“1”时，可用逻辑表达式判断法和卡诺图法来判别。 1．逻辑表达式判断法 根据组合逻辑电路写出逻辑表达式，只要该输出逻辑表达式在一定的条件下能化简为 Y＝A十 或Y＝A· 则该组合电路存在竞争一冒险现象。 [例3-5—1]试判断图3—5—3所示组合逻辑电路是否存在竞争-冒险现象。 解： 图3—5—3(a)所示电路的输出逻辑表达式为 当输入变量A＝C＝l时，上式将成为 Y＝B十 故该组合电路存在竞争-冒险现象。 图3—5—3(b)所示电路的输出逻辑表达式为 当输入变量B＝0，C＝l时，上式将成为 Y＝A· 故该组合电路也存在竞争-冒险现象。 2.卡诺图法 当输入变量的状态由最小项mi变到mj时，若mi和mj分属于相邻，但又不相交的两个卡诺圈中，或最小项mi和mj分属于两个彼此相交的卡诺圈中，但不处在相交的区域内，则该组合电路有可能存在竞争-冒险现象。 当组合电路的输入变量每次有两个以上同时发生变化时，通常可采用在计算机上运行数字电路的模拟程序，它能迅速查出电路是否会由于竞争一冒险而输出尖峰脉冲。 另一种方法是在组合电路的输入端，加所有可能发生的输入状态的变化，通过实验来检查该组合电路的输出端是否有因竞争一冒险而产生的尖峰脉冲。 3.5.3消除竞争-冒险的方法 组合电路中的竞争一冒险主要是由信号到达的时差产生的，它仅发生在电路状态变化瞬间过渡过程中，因此可采取如下措施来消除竞争-冒险现象。 1．消去互补变量 2．增加校正项 3．加选通脉冲 4．输出端并接电容 小 结 本章讨论了组合逻辑电路的特点及组合逻辑电路的分析和设计方法。 组合逻辑电路在逻辑功能上的特点是：电路任一时刻的输出仅取决于该时刻的输入状态，与电路前一时刻的状态无关。在电路结构上的特点是：只包含门电路，没有存储元件，没有反馈支路。 组合逻辑