关于组合逻辑电路中竞争一冒险的研究
组合电路的竞争和冒险
S = ∑m (1,2,4,7) = ∏ (0,3,5,6) M
= M0 ⋅ M3 ⋅ M5 ⋅ M6 = m0 ⋅ m3 ⋅ m5 ⋅ m6
= Y 0 ⋅Y 3 ⋅Y 5 ⋅Y 6
CO = ∑m (1,2,3,7) = ∏ (0,4,5,6) M
= M0 ⋅ M4 ⋅ M5 ⋅ M6 = m0 ⋅ m4 ⋅ m5 ⋅ m6
0 1 1 1 0 0 0 1
AB AB C 00 01 11 10 C 00 01 11 10 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1
S CO
S = A⊕ B ⊕Ci
CO = AB + ( A⊕B) ⋅ Ci = AB⋅ ( A⊕ B) ⋅ Ci
最后画出用与非门和异或门实现 的全减器逻辑电路图。
多个输入发生状态变化时，冒险是难以消除的。 多个输入发生状态变化时，冒险是难以消除的。当组合 电路的冒险影响了整个系统的工作时， 电路的冒险影响了整个系统的工作时，可以采用取样脉冲的 方法加以解决。 方法加以解决。 A & ☆先判断组合电路 B & 有无冒险产生， A , A⋅ A A+ & F 1 & 若有冒险加取样脉冲与组 C 合电路相与。 ☆取样脉冲仅在输出门处 于稳定值期间到来，保证输出 结果正确，在取样脉冲周期之 外，输出信息无效。 ☆取样脉冲法目的是避开 冒险。
组合逻辑电路的竞争与险象研究
图 ２ 函数Ｆ ： Ａ
＋Ａ 的波形
根据 “ 毛刺 ”的极 性 ，险象 可分 为 以下 两种 ： （ Ｏ ：输 出负尖脉 冲 ，即正 常输 出应 为 高 电平 １ １） 型 ，由于 竞争 的存在 ，产 生低 电平Ｏ 。 （ １ ：输 出正 尖脉 冲 ，即正 常输 出应 为低 电平 ０ ２） 因
②若 存在竞争，则消去表达式 中不存在竞争的变量，仅保
留有竞 争 的变量 ，看是 否满 足以 下关 系 ： ａ Ｆ ＝Ａ＋Ａ ，说 明存在 ０ ． 型险 象 ； ｂ Ｆ＝ ． ，说 明存 在１ 险象。 型
１ ．竞争
在 组 合逻 辑 电路 中 ，输 入 信号 经 过 不 同 的路 径到 达 某 点 汇 合时 产生 “ 时差 ”的 现象 ，称之 为竞 争…。
Ｓ ＳＳ Ｃ ＩＹ 系 安 Ｙ Ｅ ＵＲＴ 统 全
５７
组合逻辑 电路 的竞争 与险象研 究
何其贵 余春 平 （ 江西信息应用职 业技术学 院 江西南 昌 ３０４ ３ ０ ３）
摘要 ：信号在 电路 中传输都会 产生时间的延迟 ，该延迟会 引起数字 电路 中波形参数 变坏 ，甚 至产 生竞争 冒险现 象，从 而 导致电路产生错误的输 出，影 响电路 的可靠性和稳定性 。因此 ，在组合逻辑 电路 的分析 和设计过程 中，研 究电路 的竞争与 冒险现 象是十分必要 的。文章 简要 介绍 了竞争险 象的概念 ，对竞争险 象产 生的原 因进行 了探 讨 ，对险 象的判 断及 竞争险象
若Ｂ ０ ＝ ，则 不计 电路 的延迟 时 （ Ａ＝０ ，Ｆ ０ １） 时 ＝ （ Ａ＝Ｉ ，Ｆ ０ ２） 时 ＝
＋Ａ 。
ＡＢ＝１１，
即 Ａ＝ ＝ 时 ，Ｃ Ｂ Ｉ 变量可产 生０ 险象 。 型
探索组合逻辑电路的竞争冒险现象及消除方法
探索组合逻辑电路的竞争冒险现象及消除方法随着电子技术的不断发展和应用，组合逻辑电路作为数字电路中最简单的一种电路，在电子设备中应用广泛。
然而，在实际应用中，我们常常会遇到一些竞争冒险的问题。
那么，究竟什么是竞争冒险呢？它又是如何产生的呢？如何消除这种现象呢？下面就来一一解答。
一、竞争冒险的定义竞争冒险（Race Hazard）是指输入信号有多条路径到达输出端，而输出信号的正确性与哪条输入路线先到达输出端有关的一种现象。
简而言之，竞争冒险就是同一信号在不同的路径上到达目的地的时间不同，导致信号的正确性无法得到保证。
二、竞争冒险的产生原因竞争冒险通常是在异步电路中产生的。
异步电路是一种没有时钟信号的电路。
因为没有时钟信号控制，异步电路的输入信号会在任何时间到达电路中。
如果异步电路的不同信号路径的延时不相等，就会产生竞争冒险。
三、竞争冒险的消除方法为了消除竞争冒险，我们有以下几种方法：1.插入缓冲器插入缓冲器是一种最基本的解决竞争冒险问题的方法。
在信号到达目的地之前，可以在较长的信号路径中插入缓冲器，使延时较短的信号路径延迟与较长的信号路径相同的时间，达到信号的同步。
2.加强约束条件加强约束条件也可以消除竞争冒险的问题。
在设计电路的时候，我们可以设置更为严格的约束条件，使得各个信号路径的延迟时间尽量相近，从而避免产生竞争冒险。
3.优化电路结构优化电路结构也可以解决竞争冒险的问题。
我们可以在电路设计过程中尽量避免存在长短不一的信号路径，或者在架构设计时就考虑到延迟问题，在电路结构设计时保持信号路径相对简单结构，减少信号传输延迟时间。
总之，竞争冒险是组合逻辑电路中不可避免的现象，我们应该在电路设计与实现中充分考虑其存在，采取相应的措施来消除竞争冒险带来的风险和影响。
组合逻辑电路中的竞争冒险
消除冒险的方法： 1. 加封锁脉冲 2. 加选通脉冲 3. 修改逻辑设计
4. 接入滤波电容 由于尖峰干扰脉冲的宽度很窄，在可能产生尖 峰干扰脉冲的门电路输出端与地之间接入一个容量 为几十皮法的电容就可吸收掉尖峰干扰脉冲。
本章小结
组合逻辑电路指任一时刻的输出仅取决于
该时刻输入信号的取值组合，而与电路原
以逻辑门为基本单元的电路设计，其最简含义 是：逻辑门数目最少，且各个逻辑门输入端的
数目和电路的级数也最少，没有竟争冒险。 以 MSI 组件为基本单元的电路设计，其最简含 义是：MSI 组件个数最少，品种最少，组件之 间的连线最少。
编码器的作用是将具有特定含义的信息编成 相应二进制代码输出，常用的有二进制编码 器、二-十进制编码器和优先编码器。 译码器的作用是将表示特定意义信息的二进 制代码翻译出来，常用的有二进制译码器、 二-十进制译码器和数码显示译码器。
将两式对比只要令数据选择器的输入为：
A1 A, A0 G, D0 R, D1 D2 R , D3 1
则数据选择出逻辑式为： 将给定的逻辑函数式化为与上式对应的形式：
令数据选择器的输入结成如下形式：
A1 A, A0 B, D0 C , D1 1, D2 C , D3 C
尖峰干扰脉冲的现象，称为冒险。 可能导致错误动作
二、竞争冒险的产生原因及消除方法
负尖峰脉冲冒险举例 G1
A Y=A+A G2 Y A 理A 想Y A 考虑门延时 Y 正尖峰脉冲冒险举例
G1 A
1
A G2 理A Y想 Y0 A Y 1tpd
1tpd
1
Y=A· A 考虑门延时
可见，在组合逻辑电路中，当一个门电路(如 G2) 输入两个向相反方向变化的互补信号时，则在输出端 可能会产生尖峰干扰脉冲。
组合逻辑电路中的竞争与冒险现象
F DD
此处两卡诺圈相切， 有两个最小项相邻 但又不在一个卡诺
圈中，会出现
F BB
1.2 组合逻辑电路中的竞争与冒险现象的消除
1．改变逻辑设计（增加冗余项）
使得表达式无论在什么样的逻辑值组合下不会出现 AA 或者 A A 的形式
例 判断F BC AC是否存在冒险，如果有，通过增加冗余项消除冒险
不考虑门电路的延时， 无论A取什么值，输出F
总是为1，不可能为0
考虑门电路的延时产生
“冒险”，因为这个毛刺 是负向的，而逻辑函数F本 身应该为1，所以称为“0
冒险”
上述分析竞争冒险产生的例子都是由于门电路的延时产生了冒险，在逻辑关系上是
由于 AA 或 A A 引起的，因此我们可以根据表达式中某个变量是否同时以原变量
F BC AC AB
2．吸收法（滤波电容）
增加的沉余项，即使A=B=1，C发生 改变，电路有延迟，F始终为1。这
样就避免了冒险现象的发生
3．取样法
数字电路与逻辑设计
和反变量出现来判断是否具备了竞争条件
代数判别法
例 逻辑表达式为 F BC AC AB ，判断是否可能存在竞争冒险。 解：表达式中，变量C和B都存在着原变量和反变量，是否有可能出现 F C C 或者
是 F B B 的取值组合？
当A=1，B=1时，F C C ，出现“0冒险”。
当A=1，C=1时，F B B ，出辑电路中的竞争与冒险现象
以上所讨论的组合逻辑电路都假设逻辑门电路是理想的。即没有延时时间对信号波形的影响。 在实际电路设计中，我们必须考虑延时因素。 因为按理想条件设计的电路，在信号的瞬变时刻有可能在电路的输出端出现不应有的毛刺，使电 路处于不稳定状态，我们称这种现象为“冒险”。 在有多个输入信号的组合电路中，当有两个或两个以上信号同时发生变化时，由于同一个信号通 过不同路径到达某一个门的输入端的先后时间有差别，这种现象称为“竞争”
消除组合逻辑电路竞争冒险的方法
一、概述组合逻辑电路竞争冒险是数字电路设计中常见的问题之一。
它指的是在时序条件下，由于输入信号的变化导致电路输出出现不确定的转换过程，可能造成电路性能下降甚至失效的情况。
消除组合逻辑电路竞争冒险，对于保证电路的可靠性和稳定性具有重要意义。
本文将探讨消除组合逻辑电路竞争冒险的方法。
二、理解组合逻辑电路竞争冒险1.1 组合逻辑电路组合逻辑电路是由逻辑门组成的电路，其输出仅由输入确定的逻辑方程确定，没有状态存储。
典型的组合逻辑电路包括加法器、比较器、译码器等。
1.2 竞争冒险竞争冒险是指在时序条件下，由于输入信号的变化导致电路输出出现不确定的转换过程。
在组合逻辑电路中，竞争冒险可能导致输出信号的瞬时不稳定，从而影响整个电路的功能和性能。
三、消除组合逻辑电路竞争冒险的方法2.1 时序优化设计通过时序优化设计，可以使电路在特定的时间限制内完成逻辑运算，减少竞争冒险的可能性。
时序优化设计包括信号调整、信号同步和时钟分配等技术手段。
2.2 信号同步技术信号同步技术通过控制信号的传输路径和延迟时间，使得输入信号在逻辑运算之前到达，从而避免竞争冒险。
常见的信号同步技术包括流水线技术、同步触发器技术和反馈路径控制技术。
2.3 逻辑优化设计逻辑优化设计可以通过优化逻辑方程、简化逻辑结构等方式，减少竞争冒险的可能性。
逻辑优化设计常常需要依靠专业的逻辑综合工具进行辅助。
2.4 时钟分配技术时钟分配技术可以根据电路的工作频率和时序要求，合理设计时钟信号的分配和布局，避免时钟冲突和竞争冒险。
时钟分配技术需要考虑时钟的传输延迟、时钟的峰值功耗和时钟的抖动等因素。
2.5 引入冗余逻辑通过引入冗余逻辑，可以在一定程度上提高电路的容错能力，从而减少竞争冒险的可能性。
冗余逻辑可以是备用逻辑单元、冗余逻辑判断器或冗余逻辑运算器等。
2.6 仿真验证通过仿真验证，可以对组合逻辑电路进行全面、深入的测试，发现潜在的竞争冒险问题，并及时进行修正。
5组合逻辑电路中的竞争冒险
(b)
L A A 1 稳态逻辑关系
竞争产生负尖脉冲：偏1冒险
产生竞争冒险的原因：门电路的传输延迟使同一变量经过 不同路径到达输出端的时间不同。
竞争冒险的危害性：使对脉冲敏感的系统出现误动作。
2 冒险现象的判别方法（分析法） 1） 代数法
分析输入变量的取值情况，看是否存在某些输入变量的特定 取值使表达式出现L=AA 或者L=A+A 例 判断 L AC AB AC 是否存在冒险现象
B=1, A=0时出现L=C+C
AC AB
C 00 01 11 10
0
1
AB
BC
L= BC+ AC +AB
B=1, A=0时出现L=C+C+1
2） 加滤波电容
A
A
&
C
A
1
&
≥1
L
C
1
&
C
C
B
B
(a)
L AC AB AC
L 冒险
(b)
3） 加选通控制 保证输出在输入信号稳定时有效
组合逻辑电路分析与设计小结
3.5 组合逻辑电路中的竞争冒险
1 竞争冒险的意义
竞争: 在组合逻辑电路中，若某个变量通过2条以上的途 径到达输出端，由于每条路径上的延迟时间不同，到达输 出端的时间有先后区别，这一现象叫做竞争。
A
B
1
G1 C
G3
&
G4
&
G2
L
&
冒险: 当某个变量发生变化时，如果真值表所描述的逻辑 关系受到短暂的破坏，并在输出端出现不应有的尖脉冲， 此种情况称为冒险。
实验六 组合逻辑电路中的竞争冒险现象
实验四组合逻辑电路中的竞争冒险现象解析一实验目的1学会分析组合逻辑电路中有无竞争冒险现象。
2掌握采用修改逻辑电路设计的方法消除冒险现象。
二实验仪器（1）双踪示波器（2）双路直流稳压电源（3）探测器三实验原理四实验步骤1打开Multisim10电子线路仿真界面，在TTL集成电路器件库中，按电路原理图取出元器件；在仪器库中取出示波器以及方波信号源、探针等。
按实验电路图4—1连接好。
2打开工作开关。
展开示波器操作界面，观察到有关波形后，调整扫描时间、灵敏度等，使示波器A、B通道展示波形适当，并画出有关波形。
打开工作开关后可见探针闪亮。
打开示波器调整扫描时间和灵敏度等观察到波形如图A：调整示波器的时间尺度，得出图B：3根据波形，分析出现的问题及其原因。
电路原理图函数表达式F= C A AB +。
图A 、B 的实验电路为B 、C 接高电平5V ，即B=C=1，此时F= A A +，输出为0,，然而由图A 可知电路存在“1”态冒险，即电路存在竞争冒险。
图B 为将图A 放大后的图像，可知输出端滞后于输入端。
4采用增加冗余项的方法消除上述电路中竞争冒险现象。
画出修改后电路，并进行验证。
增加冗余项修改后的电路图（a ）：修改后输入输出波形图（b ）：原来表达式F= C A AB +增加冗余项后得F= BC C A AB ++=F= C A AB +*BC ，则电路图如上图（a ），其输入输出图像如图（b ），由图（b ）可知，增加冗余项后，输出图像为一直线，即增加冗余项的方法已消除竞争冒险现象。
5用示波器观察电路修改后工作时的输出波形，将电路修改前后波形比较分析。
消除互补相乘项修改后的电路图（c ）：修改后输入输出波形图（d ）：6、用示波器观察电路修改后工作时的输出波形，将电路修改前后波形比较分析。
分析：由于原来的函数表达式F= C A AB +=C B B A C A A A +++消除互补相乘项A A 后得到F=C B B A C A ++，此时无论A 这怎么修改，输出结果总为1,。
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关于组合逻辑电路中竞争一冒险的研究
作者：贾世胜
来源：《现代电子技术》2009年第17期
摘要：在组合逻辑电路中，当输入信号改变状态时，输出端可能出现由于竞争一冒险而产生的干扰脉冲信号，如果负载是对干扰脉冲信号十分敏感的电路，有可能引起电路的误动作，因此应该采取措施消除竞争一冒险。
从理论上分析了组合逻辑电路竞争一冒险的产生，及其判断和消除的方法，同时运用EDA软件Protel 99 SE对组合逻辑电路中竞争一冒险的现象以及对提出的几种消除竞争一冒险的方法进行了仿真，结果与理论分析是一致的，达到了预期的效果。
关键词：组合逻辑电路；竞争一冒险；干扰消除；Protel 99 SE。