组合逻辑电路的竞争冒险及仿真

1、组合逻辑电路的竞争冒险及仿真摘要：大部分的组合逻辑电路中都存在竞争现象，而竞争往往会引起电路产生冒险现象，从而破坏电路原有的逻辑功能并使电路产生错误动作。阐述了组合逻辑电路竞争冒险的仿真、冒险现象的识别和消除冒险的方法。关键词：组合逻辑电路；竞争冒险仿真；冒险现象的识别；消除冒险现象的方法0引言信号在通过连线和逻辑单元时，都有一定的延时。延时的大小与连线的长短和逻辑单元的数目有关，同时还受器件的制造工艺、工作电压、温度等条件的影响。信号的高低电平转换也需要一定的过渡时间。由于存在这两方面因素，多路信号的电平值发生变化时，在信号变化的瞬间，组合逻辑的输出有先后顺序，并不是同时变化，成为“竞争”。

2、大部分的组合逻辑电路中都存在竞争现象，而竞争往往会引起电路产生冒险现象。冒险表现为输出端产生尖峰脉冲或“毛刺”现象，从而破坏电路原有的逻辑功能并使电路产生错误动作。有些组合逻辑电路存在竞争现象，但并不产生冒险现象。因为可能在组合电路中，各个输入在中间的门电路产生了时差，但到最后的门电路时刚好没有时差，就不会产生毛刺。冒险现象降低了逻辑电路的可靠性，因此在设计组合电路时要尽量地发现和消除冒险现象。1组合逻辑电路竞争冒险的仿真（1）产生“1冒险”。电路如图1所示，该电路的逻辑功能为L=AA，从逻辑表达式来看，无论输入信号A如何变化，输出L应保持不变，恒为0（低电平）。但实际情况并非如此，从仿真的结

3、果可以看到，由于74LS05非门电路的延时，在输入信号的上升沿，电路输出端有一个正的窄脉冲输出，这种现象称为1（高电平）型冒险。（2）产生“0冒险”。电路如图2所示，该电路的逻辑功能为L=A+A，从逻辑表达式来看，无论输入信号如何变化，输出应保持不变，恒为1（高电平）。但实际情况并非如此，从仿真的结果可以看到，由于74LS05非门电路的延时，在输入信号A的下降沿，电路输出信号L有一个负的窄脉冲输出，这种现象称为0（低电平）型冒险。2冒险现象的识别（1）可采用代数法判断是否存在冒险。写出组合逻辑电路的逻辑表达式，当某些逻辑变量取特定值（0或1）时，如果表达式能转换为：L=AA则存在1冒险；L=A

4、+A则存在0冒险。例：判断函数L=（A+B）（B+C）是否存在冒险。解：如果令A=C=O，则有L=B?B因此该电路存在1冒险。（2）利用卡诺图判断是否存在冒险。具体做法如下：根据逻辑函数的表达式，作出其卡诺图，若卡诺图中填1的格所形成的卡诺图有两个相邻的圈相切，则该电路就存在竞争冒险的可能性。例：判断函数L=BC+AC是否存在竞争冒险现象。卡诺图如图3(a)所示，有两个相邻的圈相切，则该电路就存在竞争冒险的可能性。3消除冒险的方法(1)修改逻辑设计。增加冗余项：例：函数L=BC+AC存在竞争冒险现象。如在其表达式中增加乘积项AB，卡诺图如图3(b)所示使其变为：L=BC+AC+AB，消除了冒险

5、现象；变换逻辑式，消去互补变量：例：逻辑式L=(A+B)(B+C)存在冒险现象。如将其变换为：L=AB+AC+BC，则在原来产生冒险的条件A=C=0时，L=0，不会产生冒险。(2)加封闭脉冲。输进信号产生竞争冒险的时间内，引进一个脉冲将可能产生尖峰干扰脉冲的门封闭住。封闭脉冲应在输进信号转换前到来，转换结束后消失。(3)增加选通信号。在电路中增加一个选通脉冲，接到可能产生冒险的门电路的输入端。当输入信号转换完成，进入稳态后，才引入选通脉冲，将门打开。这样，输出就不会出现冒险脉冲。(4)增加输出滤波电容。在可能产生冒险的门电路输出端并接一个滤波电容(一般为420pF),利用电容两端的电压不能突变的特性，使输出波形上升沿和下降沿都变得比较缓慢，从而起到消除冒险现象的作用，如图4所示。参考文献：1康华光电子技术基础数字部分M.第4版北京：北京高等教育出版社，2000.2许小军.电子技术试