組合邏輯電路的競爭冒險及仿真

1、組合邏輯電路的競爭冒險及仿真摘要：大部分的組合邏輯電路中都存在競爭現(xiàn)象，而競爭往往會引起電路產(chǎn)生冒險現(xiàn)象，從而破壞電路原有的邏輯功能并使電路產(chǎn)生錯誤動作。闡述了組合邏輯電路競爭冒險的仿真、冒險現(xiàn)象的識別和消除冒險的方法。關(guān)鍵詞：組合邏輯電路；競爭冒險仿真；冒險現(xiàn)象的識別；消除冒險現(xiàn)象的方法0引言信號在通過連線和邏輯單元時，都有一定的延時。延時的大小與連線的長短和邏輯單元的數(shù)目有關(guān)，同時還受器件的制造工藝、工作電壓、溫度等條件的影響。信號的高低電平轉(zhuǎn)換也需要一定的過渡時間。由于存在這兩方面因素，多路信號的電平值發(fā)生變化時，在信號變化的瞬間，組合邏輯的輸出有先后順序，并不是同時變化，成為“競爭”。

2、大部分的組合邏輯電路中都存在競爭現(xiàn)象，而競爭往往會引起電路產(chǎn)生冒險現(xiàn)象。冒險表現(xiàn)為輸出端產(chǎn)生尖峰脈沖或“毛刺”現(xiàn)象，從而破壞電路原有的邏輯功能并使電路產(chǎn)生錯誤動作。有些組合邏輯電路存在競爭現(xiàn)象，但并不產(chǎn)生冒險現(xiàn)象。因?yàn)榭赡茉诮M合電路中，各個輸入在中間的門電路產(chǎn)生了時差，但到最后的門電路時剛好沒有時差，就不會產(chǎn)生毛刺。冒險現(xiàn)象降低了邏輯電路的可靠性，因此在設(shè)計組合電路時要盡量地發(fā)現(xiàn)和消除冒險現(xiàn)象。1組合邏輯電路競爭冒險的仿真（1）產(chǎn)生“1冒險”。電路如圖1所示，該電路的邏輯功能為L=AA，從邏輯表達(dá)式來看，無論輸入信號A如何變化，輸出L應(yīng)保持不變，恒為0（低電平）。但實(shí)際情況并非如此，從仿真的結(jié)

3、果可以看到，由于74LS05非門電路的延時，在輸入信號的上升沿，電路輸出端有一個正的窄脈沖輸出，這種現(xiàn)象稱為1（高電平）型冒險。（2）產(chǎn)生“0冒險”。電路如圖2所示，該電路的邏輯功能為L=A+A，從邏輯表達(dá)式來看，無論輸入信號如何變化，輸出應(yīng)保持不變，恒為1（高電平）。但實(shí)際情況并非如此，從仿真的結(jié)果可以看到，由于74LS05非門電路的延時，在輸入信號A的下降沿，電路輸出信號L有一個負(fù)的窄脈沖輸出，這種現(xiàn)象稱為0（低電平）型冒險。2冒險現(xiàn)象的識別（1）可采用代數(shù)法判斷是否存在冒險。寫出組合邏輯電路的邏輯表達(dá)式，當(dāng)某些邏輯變量取特定值（0或1）時，如果表達(dá)式能轉(zhuǎn)換為：L=AA則存在1冒險；L=A

4、+A則存在0冒險。例：判斷函數(shù)L=（A+B）（B+C）是否存在冒險。解：如果令A(yù)=C=O，則有L=B?B因此該電路存在1冒險。（2）利用卡諾圖判斷是否存在冒險。具體做法如下：根據(jù)邏輯函數(shù)的表達(dá)式，作出其卡諾圖，若卡諾圖中填1的格所形成的卡諾圖有兩個相鄰的圈相切，則該電路就存在競爭冒險的可能性。例：判斷函數(shù)L=BC+AC是否存在競爭冒險現(xiàn)象?？ㄖZ圖如圖3(a)所示，有兩個相鄰的圈相切，則該電路就存在競爭冒險的可能性。3消除冒險的方法(1)修改邏輯設(shè)計。增加冗余項(xiàng)：例：函數(shù)L=BC+AC存在競爭冒險現(xiàn)象。如在其表達(dá)式中增加乘積項(xiàng)AB，卡諾圖如圖3(b)所示使其變?yōu)椋篖=BC+AC+AB，消除了冒險

5、現(xiàn)象；變換邏輯式，消去互補(bǔ)變量：例：邏輯式L=(A+B)(B+C)存在冒險現(xiàn)象。如將其變換為：L=AB+AC+BC，則在原來產(chǎn)生冒險的條件A=C=0時，L=0，不會產(chǎn)生冒險。(2)加封閉脈沖。輸進(jìn)信號產(chǎn)生競爭冒險的時間內(nèi)，引進(jìn)一個脈沖將可能產(chǎn)生尖峰干擾脈沖的門封閉住。封閉脈沖應(yīng)在輸進(jìn)信號轉(zhuǎn)換前到來，轉(zhuǎn)換結(jié)束后消失。(3)增加選通信號。在電路中增加一個選通脈沖，接到可能產(chǎn)生冒險的門電路的輸入端。當(dāng)輸入信號轉(zhuǎn)換完成，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，才引入選通脈沖，將門打開。這樣，輸出就不會出現(xiàn)冒險脈沖。(4)增加輸出濾波電容。在可能產(chǎn)生冒險的門電路輸出端并接一個濾波電容(一般為420pF),利用電容兩端的電壓不能突變的特性，使輸出波形上升沿和下降沿都變得比較緩慢，從而起到消除冒險現(xiàn)象的作用，如圖4所示。參考文獻(xiàn)：1康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分M.第4版北京：北京高等教育出版社，2000.2許小軍.電子技術(shù)試