数字电路基础知识 |
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在数字逻辑设计中,并不是说最简的逻辑表达式在设计组合逻辑时一定是最优的,可能就会出现本次介绍的竞争与冒险问题,所以需要了解竞争与冒险的检验以及竞争与冒险的避免消除方法。 一、竞争与冒险现象及其形成原因两个输入信号同时向相反方向的逻辑电平跳变的现象(即一个由1- > 0, 另一个从0 -> 1),称为竞争。 因竞争导致在输出端可能产生尖峰脉冲的现象,称为冒险。 通俗一点的说,信号由于经由不同路径传输达到某一汇合点的时间有先有后的现象,就称之为竞争,由于竞争现象所引起的电路输出发生瞬间错误的现象,就称之为冒险。 竞争表现在输出波形上,则是出现0电平或者1电平的尖峰,称 “毛刺”。 对于一个非门和一个与门,本来在理想情况下Y的输Y出应该是一直稳定的0输出,但是实际上每个门电路从输入到输出是一定会有时间延迟的,这个时间通常叫做电路的开关延迟。而且制作工艺、门的种类甚至制造时微小的工艺偏差,都会引起这个开关延迟时间的变化。 下图图很好的说明了组合逻辑中的冒险竞争对于电路的影响。 逻辑表达式化简法 如果输出端门电路的两个输入信号A和A’是输入变量A经过两个不同的传输途径而来,则当输入变量发生变化时,输出端就可能产生尖峰脉冲。 故对于输出端的逻辑函数在一定条件下能化简成:Y=A+A’ , 存在 “0” 型竞争;Y=AA’ ,存在 “1” 型竞争; 的情况下,则判定一定有竞争冒险现象。 卡洛图法 即如果一个逻辑函数的表达式的卡洛图中所画圈没有重叠并且相切,则判定有竞争冒险。(本质上还是利用上面的方法,只是比较直观形象的判断) 对于以下卡洛图,左图存在竞争冒险,而由图不存在竞争冒险。 例:对于逻辑函数Y=AB+A’C 当B=C=1时,Y=A+A’,故此函数存在竞争冒险。 画出此逻辑函数的卡洛图,发现和上左图有类似的,因此存在竞争与冒险。 四、消除冒险竞争加滤波电容,消除毛刺的影响 在输出端并联接一个很小的滤波电容,削弱尖峰脉冲的幅度至门电路的阈值以下。 简单易行,但是会增加输出电压波形上升时间和下降时间,使波形变坏。 加选通信号,避开毛刺 引入选通信号p,因为p的高电平出现在电路到达稳定状态后,所以上图中的G0-G3每个门都不会出现尖峰脉冲。 注意: G0-G3的信号也会变成脉冲信号,并且宽度需要和脉冲相同。如,当AB=11时,Y3并不会立刻变为1,需要等到p脉冲出现过后,才给出一个正脉冲。 增加冗余项,消除逻辑冒险。(卡洛图) 1)存在竞争的情况下,增加冗余项,实现输出消除毛刺。 例:逻辑表达式如下:Y = A’BC + AB 当B = C = 1时, 电路存在“0”型竞争。增加项:冗余项 B&C 更变后:Y = A’BC + AB + B C (利用消去冗余项公式) 2)还有卡诺图法,在两个相切的圆之间,相切接触的地方增加一个连接圆。 |
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