基于實驗方法揭示競爭冒險的成因奧秘

基于實驗方法揭示競爭冒險的成因奧秘1引言本文依據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行研究，給出10Hz～1MHzTTL信號下競爭冒險的成因見解。2競爭冒險的測試2.1競爭冒險概念在數(shù)字電路中，如果輸入端信號之間存在著時間延遲[1]，那么輸出端有可能產(chǎn)生干擾脈沖[1-2]。當(dāng)干擾脈沖幅度達(dá)到開門電平，對后級電路、敏感電路將會造成危害。將時間延遲比作競爭，干擾脈沖比作冒險，即所謂的“競爭冒險”。競爭冒險的核心是干擾脈沖，研究競爭冒險實質(zhì)是研究干擾脈沖。2.2測試電路經(jīng)過對多種邏輯電路的試驗和比較，能同時在脈沖信號上升沿、下降沿產(chǎn)生干擾脈沖，異或門表現(xiàn)突出?，F(xiàn)以異或門74LS86芯片為例，設(shè)計出7級異或門競爭冒險測試電路。異或運(yùn)算表達(dá)式：Z=AB+AB，其輸入相同(00，11)，輸出為0;輸入不同(01，10)，則輸出為1。若將A、H端接入TTL數(shù)字信號源，B～G端接1態(tài)，分析奇數(shù)門A7的輸入和輸出。信號源初始態(tài)假設(shè)為0，即H為0，Z6為0，A7輸入為00，則Z7為0;假設(shè)為1，即H為1，Z6為1，A7輸入為11，則Z7仍為0。經(jīng)分析：當(dāng)A、H接入信源，B～G都為1態(tài)時，A7的輸入或為00或為11，而Z7都為0。由于H、Z6是延遲信號(兩信號間存在時間延遲)，所以，Z7示波器觀測時將會顯示出一根帶有干擾脈沖的橫亮線。2.3測試方法競爭冒險的測試，主要是對時間延遲t和干擾脈沖幅度Vp-p的測試[1，3]。為對干擾脈沖全面認(rèn)識，本文同時也對干擾脈沖寬度(簡稱干脈寬)tp、干擾脈沖10狀態(tài)位置(簡稱干脈態(tài))Vp1/Vp0進(jìn)行了測試。⑴將A、H端接入100kHzTTL信號，B～G端接1態(tài)。示波器探極Y1、Y2分別接入H、Z6端，反復(fù)調(diào)節(jié)示波器捕捉測試對象，測出時間延遲t，即上升沿t≈75ns，下降沿t≈90ns。⑵保持⑴測試條件和方法，只將探極Y2改接到Z7，測出干擾脈沖幅度Vp-p。即上升沿Vp-p≈2.9V，下降沿Vp-p≈2.6V。⑶整合H，Z6，Z7為完整的上升沿、下降沿競爭冒險波形(見圖4)tp，Vp1/Vp0參數(shù)標(biāo)在圖中。3競爭冒險的產(chǎn)生條件3.1干擾脈沖產(chǎn)生過程在上升沿：當(dāng)先到的H由0→1過渡上升了Vp-p≈1.9V為1態(tài)，此時的Z6也在上升(約上升0.6V)但仍為0態(tài)，H、Z6的異或使Z7由0變1;當(dāng)后到的Z6也由0→1過渡上升了Vp-p≈3.3V為1態(tài)，此時H、Z6都為1態(tài)，它們的異或使Z7由1回到0，所以Z7的橫亮線上瞬間產(chǎn)生出干擾脈沖。時間延遲t≈75ns，干擾脈沖幅度Vp-p≈2.9V，干脈寬tp≈80ns，干脈態(tài)Vp1位置在H上升約1.9V處的垂線上，Vp0位置在Z6上升約3.3V處的垂線上。根據(jù)干脈寬tp，可知另一干脈態(tài)Vp0位置。在下降沿：當(dāng)先到的H，由1→0過渡下降了Vp-p≈3.8V為0態(tài),此時的Z6也在下降(約下降1.2V)但仍為1態(tài)，H、Z6的異或使Z7由0變1;當(dāng)后到的Z6也由1→0過渡下降了Vp-p≈4.0V為0態(tài)，此時H、Z6都為0態(tài)，它們的異或使Z7由1回到0，所以Z7的橫亮線上瞬間也產(chǎn)生出干擾脈沖。時間延遲t≈90ns，干擾脈沖幅度Vp-p≈2.6V，干脈寬tp≈70ns，干脈態(tài)Vp1位置在H下降約3.8V處的垂線上，Vp0位置在Z6下降約4.0V處的垂線上。也根據(jù)干脈寬tp，可知另一干脈態(tài)Vp0位置。在上升沿和下降沿，干擾脈沖幅度大小不等。由于線間電容、電感等噪聲的存在和影響，干擾脈沖是個非對稱波形，表現(xiàn)為上升時間長變化緩慢，下降時間短變化陡峭并且存在過沖現(xiàn)象。3.2競爭冒險產(chǎn)生條件由圖4可以看出，競爭冒險的產(chǎn)生受到四個要素的制約，即時間延遲、過渡時間、邏輯關(guān)系和延遲信號相位。時間延遲[1]，即信號在傳輸中受路徑、器件等因素影響，輸入端信號間出現(xiàn)的時間差異[2];過渡時間，即脈沖信號狀態(tài)不會發(fā)生突變，必須經(jīng)歷一段極短的過渡時間[2];邏輯關(guān)系，即邏輯函數(shù)式[4];延遲信號相位，即延遲信號狀態(tài)間的相位關(guān)系，涵蓋延遲信號同相位和延遲信號反相位兩個方面。延遲信號狀態(tài)變化相同的則是延遲信號同相位，反之則是反相位。H、Z6是延遲信號同相位，在異或邏輯產(chǎn)生了干擾脈沖。若H、Z6是延遲信號反相位，即便異或邏輯也產(chǎn)生不了干擾脈沖。信號在傳輸中，時間延遲現(xiàn)象隨時存在，而干擾脈沖則時有時無，究其原由是邏輯關(guān)系和延遲信號相位要素在起關(guān)鍵作用。干擾脈沖是延遲信號在狀態(tài)改變的過渡期間產(chǎn)生的，所以，時間延遲和過渡時間要素是競爭冒險的產(chǎn)生原因[2]，邏輯關(guān)系和延遲信號相位要素是競爭冒險的產(chǎn)生機(jī)制。由原因和機(jī)制，構(gòu)成競爭冒險的產(chǎn)生條件。當(dāng)電路滿足產(chǎn)生條件時，則一定產(chǎn)生干擾脈沖。4競爭冒險的演變過程4.1不同路徑、頻率信號的競爭冒險測試將圖1電路由7級擴(kuò)大到11級(電路圖略)，可通過更長路徑和不同頻率信號來探究各奇數(shù)門競爭冒險的產(chǎn)生以及演變情況，見表的測試參數(shù)。表1記錄了11級異或門電路在10Hz～1MHzTTL信號時，各奇數(shù)門信號在上升沿(￡)和下降沿(￡)的時間延遲t、干擾脈沖幅度Vp-p，以及干脈寬tp和干脈態(tài)Vp1/Vp0的測試參數(shù)。對于1MHz以上信號的競爭冒險，擬作另文研究。表1中的陰影部分是“2競爭冒險的測試”中的