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,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冒险。
一、 产生竞争冒险的原因
分析以下电路
与门G2的输入是A和 两个互补信号,通常理解 。但是由于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,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(俗称“毛刺”),这是按逻辑设计要求本不改出现的干扰脉冲,如上图(b)所示。与门G2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的现象,通常称为竞争,由此而产生输出干扰脉冲的现象称为冒险。
总结: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。
二、 消去竞争冒险的方法
针对上述原因,可以采取以下措施去除竞争冒险现象:
1. 发现并消掉互补变量
例如函数式 ,在 时 。若直接根据这个逻辑表达
式组成电路,则可能出现竞争冒险。可以将原式变换为 ,此时已经消掉互补变量,组成逻辑电路不会出现竞争冒险。
2. 增加乘积项
基本思想就是利用逻辑代数中常用恒等式 。例如原图:
增加冗余项后:
上述两种方法均属修改逻辑设计以消除竞争冒险的方法。
3. 输出端并联电容器
如果逻辑电路在较慢速度下工作,为了消去竞争冒险,可以在输出端并联一个电容器,
其容量在4~20pF之间。如图所示:
(a)电路 (b)输出波形