3.7组合电路中的竞争冒险3.7.1竞争冒险的概念及其产生原因一、竞争冒险的概念在组合电路中，当输入信号改变状态时，输出端可能出现虚假信号—过渡干扰脉冲的现象，叫做竞争冒险。如果负载是对脉冲信号十分敏感的电路(例如下一章要介绍的触发器)，就应采取措施消除竞争冒险。二、产生竞争冒险的原因(一)原因分析在数字电路中，任何一个门电路只要有两个输入信号同时向相反方向变化(即由01变10，或者相反)，其输出端就可能产生干扰脉冲，现以图3.7.1所示TTL与门为例进行简要说明。在图3.7．1(a)中，因Y=AB，当AB取值为01或10时，Y的值应恒为0，然而在AB由01变为10过程中却产生了干扰脉冲。图3.7.1与门的竞争冒险(a)TTL与门(b)与门的电压传输特性(c)因竞争冒险产生的干扰脉冲出现这种现象的原因是：1.信号A、B不可能突变，状态改变都要经历一段极短的过渡时间；2．信号A、B改变状态的时间有先有后，因为它们经过的传输路径长短不同，门电路的传输时间也不可能完全一样。从而使得信号A先上升到关门电平UoFF，信号B后下降到开门电平UON，这样在与门的输出端Y就产生了正向干扰脉冲。当然，如果是B先下降到开门电平，A后上升到关门电平，由在信号改变状态过程中与门始终被封住了，显然不会产生干扰脉冲。我们说电路中存在竞争冒险,并不等于一定有于扰脉冲产生，然而，在设计时，既不可能知道传输路径和门电路传输时间的准确数值，也无法知道各个波形上升时间和下降时间的微小差异，因此只能说有产生干扰脉冲的可能性，这也就是冒险一词的具体含义。(二)电路举例：图3.7.2是一个由竞争冒险产生干扰脉冲的例子。在图3.7.2(a)所示2位二进制译码器中，如输入信号B和A的变化规律如表3.7.1中第一列的箭头所示，则由于G5和G6的传输时间不同，在BA从01变为10过程中，门G1将会输出一个很窄的脉冲，见图3.7.2(b)Y0。而根据逻辑设计要求，这时Y0端是不应该有输出信号的，所以这是一个干扰脉冲。此外还可以看到，由于A、B改变状态分别要经历一段上升和下降时间，因而在转换过程中，可能出现G4的两个输入信号同处于开门电平以上的情况，这时也会在门G4的输出端形成干扰脉冲，见图3.7.2(b)Y3。3.7.2消除竞争冒险的方法检查一个组合电路中是否存在竞争冒险，有多种方法，其中最直观的方法就是逐级列出路的真值表，并找出哪些门的输入信号会发生竞争—一个从0变为1，而另一个同时从1变为0，然后，判断是否会在整个电路的输出端产生干扰脉冲，如果可能产生则有竞争冒险，否则；没有。在有竞争冒险存在的情况下，而负载又是对脉冲敏感的电路，那么就应设法消除。下面是几种常用的消除竞争冒险的方法。一、引入封锁脉冲为了消除因竞争冒险所产生的干扰脉冲，可以引入一个负脉冲，在输入信号发生竞争的时间内，把可能产生干扰脉冲的门封住，图3.7.3中的负脉冲P1就是这样的封锁脉冲。从图3.7.3(b)的波形图上可以看到，封锁脉冲必须与输入信号的转换同步，而且它的宽度不应小于电路从一个稳态到另一个稳态所需要的过渡时间。二、引入选通脉冲第二种可行的方法是在电路中引进一个选通脉冲，如图3.7.3中的P2。由于P2的作用时间取在电路到达新的稳定状态之后，所以G1、G4的输出端不再会有干扰脉冲出现。不过，这时G1，G4正常的输出信号也变成脉冲形式了，而且它们的宽度也与选通脉冲相同。例如，当输入信变为11以后，Y3并不马上变成高电平，而要等到P2出现时，它才给出一个正脉冲。三、接入滤波电容因为竞争冒险所产生的干扰脉冲一般很窄，所以可以采用在输出端并接一个不大的滤波容的方法，消除干扰脉冲。图3.7.3(a)中的Cf，就表示这种滤波电容。由于干扰脉冲通常门电路的传输时间属于同一个数量级，所以在TTL电路中，只要Cf有几百微微法的数量，就足以把干扰脉冲削弱至开门电平以下。四、修改逻辑设计增加冗余项当竞争冒险是由单个变量改变状态引起时，则可用增加冗余项的方法：予以消除.例如给定的逻辑函数是Y=AB+AC则可以画出它的逻辑图，如图3.7.4所示。不难发现，当B=C=1时，有Y=AB+AC=1若A从1变为0(或从0变为1)，则在门G4的输入端会发生竞争，因此输出可能出现干扰脉冲。根据第一章介绍的冗余定理，增加冗余项BC，即将函数表达式改写为y=AB+AC+BC并在电路中也相应地增加门G5，则当A改变状态时，由于门G5输出的低电平封住了门G4，故不会再发生竞争冒险。在组合电路中，当单个输入变量改变状态时，分析有无竞争冒险存在的一个简便方法，就是写出函数的与或表达式，画出函数的卡诺图，检查有无几何相邻的乘积项(两个不同的乘积项如果包含了几何相邻的最小项，则这