组合逻辑电路中的竞争冒险
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。
数电组合逻辑电路应用举例竞争冒险
3.7.1 奇偶发生器/校验器在数据传播中旳应用 奇偶校验：
对于一种任意旳多位数码组，一种奇偶校验位附加到多位数码组中，使得这组数 码中1旳个数总保持偶数或者奇数。
一种偶校验位使得1旳总数保持偶数，而奇校验位使得1旳总数为奇数
数据位
01001011 11001011
校验位 1 0
奇校验位
数据位
01001011 11001011
（a）电路接法 （b）电压波形
P118 3.24 3.25 3.26
0型冒险 1型冒险
只要输出 端 旳逻辑函数在一定条件下能简化
为： Y A A ；Y A A 则可判断存在
竞争— 冒险
例：判断下列函数是否存在冒险现象。 1） F AC AB AC
BC F 0 0 A+A 01 A 10 A 11 A
AB F 0型冒险 0 0 0
01 0 10 1 11 C
处理旳措施：
1.利用计算机辅助分析旳手段。
2.试验旳措施。
三.消除竞争冒险旳措施 1.引入封锁脉冲 目旳：在输入信号发生竞争时间内，把可能产生干 扰旳门封住。
A
A• &
A
& FP P
F “1”
缺陷：封锁脉冲旳宽度和作用时间要求严格
2.修改设计，增长多出项
目旳：使F再也不能化为 A+A 或 A•A旳形式，故不存 在冒险。
1
Y0
A2
Y1
A1
Y2
A0
Y3
74138 Y4
S1
Y5
S2
Y6
S3
Y7
& Si
& Ci
4.采用数据选择器实现
3
第四章 组合逻辑电路的竞争冒险
3.4组合逻辑电路中竞争--冒险现象理想情况电路中的连线和逻辑门都没有延迟。
电路的多个输入信号发生变化时都是同时瞬间完成的。
实际情况信号通过逻辑门需要响应时间。
信号的变化需要一定的过渡时间。
多个信号发生变化时有先后快慢的差异。
冒险逻辑冒险功能冒险不同的冒险，产生的原因不同，消除冒险的方法也不相同。
3.4.1 竞争 冒险现象及其成因两个输入信号（一个从1将出现毛刺竞争不一定都会产生尖峰脉冲不产生毛刺t pd2<t pd1+t 出现毛刺检查逻辑冒险的方法稳态时输出1，输入变化瞬间输出0的冒险，称为偏1型冒险。
稳态时输出0，输入变化瞬间输出1的冒险，称为偏0型冒险。
方法代数法卡诺图法方法比较繁琐，适用范围广，对两级（含）以上电路都适用。
注意：不能对函数进行化简。
方法简单，只适用于两级电路。
计算机模拟检查法实验检查法功能冒险输入从Ii 变到Ij时产生功能冒险的条件：2、有P个（P≥2）变量同时发生变化；1、输入变量变化前后函数值相同。
即F( I i)=F( I j)；3 、由P个变量组合所构成的2P个格，既有1又有0。
例3-14：判断下面卡诺图所示逻辑函数，当输入ABCD从0110→1100，1111→1010，0011→0100，1000→1101变化时，是否存在功能冒险。
功能冒险的消除方法选通脉冲加入的位置和极性的确定：与非门实现函数F=AB+CD正极性脉冲加在第二级功能冒险的消除方法或非门实现函数F=(A+B)(C+D)负极性脉冲加在第一级功能冒险的消除方法负极性脉冲加在一个与门上功能冒险的消除方法方法二：在对输出波形边沿要求不高的情况下，可以在输，滤除毛刺。
出端接一个几十到几百皮法的滤波电容CL在输出端加小电容可以消除毛刺。
但是输出波形的前后沿将变坏,只适用于低速电路，在对波形要求较严格时，应再加整形电路。
3.4.2 消除竞争 冒险的方法加冗余项：只能消除逻辑冒险，而不能消除功能冒险，适用范围有限。
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。
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
组合逻辑电路是指一些由多个逻辑门组成的逻辑电路。
它们一般不具有记忆性，不涉及时钟信号，是根据输入信号直接输出结果的电路。
虽然组合逻辑电路看起来非常简单，但是在实际应用中存在着一些竞争冒险，这可能导致电路输出错误的结果。
本文将探讨组合逻辑电路的竞争冒险现象及消除方法。
竞争冒险是指当多个逻辑门的输入信号在不同的时间到达时，电路不能准确地确定输出信号。
这是由于电路中存在着多条不同的信号路径，当这些路径的信号到达的时间不同，就会发生竞争冒险。
这个现象如果不及时解决，就会导致电路输出错误的结果，甚至会使整个系统崩溃。
竞争冒险可以通过添加延迟元件来解决。
这些延迟元件包括反相器和缓冲器。
反相器可以改变输入信号的极性，并将输出信号延迟一定时间后输出。
缓冲器可以加强信号的强度，并将信号的延迟控制在很小的范围内。
通过添加这些延迟元件，可以精确地控制信号的延迟时间，从而避免竞争冒险。
另外，竞争冒险问题也可以通过优化电路结构来解决。
由于冒险问题是由信号路径的不同导致的，我们可以尽可能地减少信号路径的长度和数量。
在优化电路时，需要考虑到电路的性能和延迟时间之间的平衡。
如果性能过于复杂，就会增加信号延迟时间，从而导致冒险问题。
如果性能过于简单，就会降低电路的效率和稳定性。
总之，竞争冒险是组合逻辑电路中常见的问题之一。
通过添加
延迟元件和优化电路结构，可以有效地解决这个问题。
在实际应用中，我们必须注意电路的稳定性和效率，以便顺利地解决竞争冒险问题，保证电路的正确性。
组合逻辑电路中的竞争冒险
组合逻辑电路中的竞争冒险
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，使信号从输人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
首先来分析下图所示电路的工作情况，可以建立竞争冒险的概念。
在图中，与门G2的输入是Ａ和两个互补信号。
由于G1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（它是按逻辑设计要求不应出现的干扰脉冲），见图中的波形部分所示。
与门G2的２个输入信号分别由G1和Ａ端两个路径在不同的时刻到达的现象，通常称为竞争，由此而产生输出干扰脉冲的现象称为冒险。
下面进一步分析组合逻辑电路产生竞争冒险的原因。
设有一个逻辑电路如上图所示，其工作波形如下图所示。
它的输出逻辑表达式为。
由此式可知,当Ａ和Ｂ都为1时，L＝1，与C的状态无关。
但是，由波形图可以看出，在Ｃ由１变０时，Ｃ由０变１有一延迟时间，在这个时间间隔内,G2和G3的输出ＡＣ和同时为０，而使输出出现一负跳变的窄脉冲，即冒险现象。
这是产生竞争冒险的原因之一，其他原因这里不作详述。
由以上分析可知，当电路中存在由反相器产生的互补信号，且在互补信。
竞争冒险
消除竞争－ 消除竞争－冒险现象的方法 则消除由A带来的竞争 带来的竞争－ 则消除由 带来的竞争－冒险的如图所示
注:为了使电路所用 为了使电路所用 器件最少， 器件最少，将逻辑函 数化简， 数化简，而为了消除 竞争－ 竞争－冒险又要增加 冗余项， 冗余项，这是一对矛 盾。首先不考虑竞争 冒险， －冒险，将逻辑函数 化简， 化简，然后检查有否 竞争－冒险现象， 竞争－冒险现象，再 用增加冗余项来消除 它。
A 1 (a) A A Y1 (b) & Y1 A 1 (a) ≥1 Y2
Y1 = AA = 0
A A Y2
Y2 = A + A = 1
(b)
干扰信号
二、竞争冒险现象的判别
在组合逻辑电路中，是否存在冒险现象， 在组合逻辑电路中，是否存在冒险现象，可通过逻辑函 数来判别。 数来判别。如根据组合逻辑电路写出的输出逻辑函数在一定 条件下可简化成下列两种形式时， 条件下可简化成下列两种形式时，则该组合逻辑电路存在冒 险现象 。 如果输出端门电路的两个输入信号A和 ′是输入变量A经过两个 如果输出端门电路的两个输入信号 和A′是输入变量 经过两个 不同的传输途径而来，则当输入变量A的状态发生突变时输出 不同的传输途径而来，则当输入变量 的状态发生突变时输出 端有可能产生尖峰脉冲， 端有可能产生尖峰脉冲，故只要输出端的逻辑函数在一定条件 下能简化成Y＝A＋ A′或 Y＝A· A′,则可判定存在竞争－冒险现 下能简化成 ＝ ＋ ′ ＝ ′ 则可判定存在竞争－ 则可判定存在竞争 象
Y = AB + A C
当B＝C＝1时， ＝ ＝ 时
B 1 C 4.4.2
≥1
Y
Y = A+ A
故此电路存在竞争－冒险现象。 故此电路存在竞争－冒险现象。 若将上述逻辑式改为
竞争与冒险的专业解释
竞争与冒险的专业解释竞争与冒险是数字电路中存在的一种现象。
由于元器件质量和设备工艺已达到相当高的水平，因而数字电路的故障往往是竞争与冒险引起的，所以要研究它们。
在一个复杂的数字电路的设计阶段，就完全预料电路中的竞争与冒险是困难的，有一些要通过实验来检查。
下面将说明组合数字电路中竞争与冒险的基本概念和确定消除它的一些基本方法。
竞争：在组合电路中，信号经由不同的途径达到某一会合点的时间有先有后，这种现象称为竞争。
冒险：由于竞争而引起电路输出发生瞬间错误现象称为冒险。
表现为输出端出现了原设计中没有的窄脉冲，常称其为毛刺。
竞争与冒险的关系：有竞争不一定会产生冒险，但有冒险就一定有竞争。
在组合逻辑中，由于门的输入信号通路中经过了不同的延时，导致到达该门的时间不一致叫竞争。
产生毛刺叫冒险。
如果布尔式中有相反的信号则可能产生竞争和冒险现象。
解决方法：一是添加布尔式的消去项，二是在芯片外部加电容。
当组合逻辑电路存在冒险现象时，可以采取修改逻辑设计，增加选通电路，增加输出滤波等多种方法来消除冒险现象。
当一个门的输入有两个或两个以上的变量发生改变时，由于这些变量是经过不同路径产生的，使得它们状态改变的时刻有先有后，这种时差引起的现象称为竞争（Race）。
竞争的结果若导致冒险或险象（Hazard）发生（例如毛刺），并造成错误的后果，那么就称这种竞争为临界竞争。
若竞争的结果没有导致冒险发生，或虽有冒险发生，但不影响系统的工作，那么就称这种竞争为非临界竞争。
组合逻辑电路的险象仅在信号状态改变的时刻出现毛刺，这种冒险是过渡性的，它不会使稳态值偏离正常值，但在时序电路中，冒险是本质的，可导致电路的输出值永远偏离正常值或者发生振荡。
组合逻辑电路的冒险是过渡性冒险，从冒险的波形上，可分为静态冒险和动态冒险。
输入信号变化前后，输出的稳态值是一样的，但在输入信号变化时，输出信号产生了毛刺，这种冒险是静态冒险。
若输出的稳态值为0，出现了正的尖脉冲毛刺，称为静态0险象。
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冒险及分类
逻辑门因输入端的竞争而导致输出产生不应有的尖峰 干扰脉冲（又称为过渡干扰脉冲）的现象。
静态险象：输入变化输出不应变化的情况下，产生短暂错 误输出的险象。
动态险象：输入变化输出应变化的情况下，输出在变化过 程中产生了短暂的错误输出的现象。
动态险象一般是由静态险象引起的，消除了静态险象也就 消除了动态险象。
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三、冒险现象的消除
1. 利用冗余项
如图所示卡诺图，只要在两圈相切处增加一个圈（冗余），就能 消除冒险。由此得函数表达式为
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17
YABBC
2
A B
AB
1 1
& 3
4 ≥ 1
C 00 01 11 10 Y 00 0 0 1
& C
Байду номын сангаас
10 1 1 1
有圈相切，则有竞争冒险
增加冗余项， A 消除竞争冒险
险象会使电路输出端产生短暂的不稳定，应当避免
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4
在组合电路中，当输入信号的状态改变时，输出 端可能会出现不正常的干扰信号，使电路产生错 误的输出，这种现象称为竞争冒险。
产生竞争冒险的原因：主要是门电路的延迟时间产生的。
A
1
&
Y1 AA0
(a)
A A Y1
(b)
正尖峰冒险 可编辑ppt
Y1 A
A A Y2
1
≥1
Y2
(a)
Y2AA1
(b)
干扰信号
负尖峰冒险 5
分析下图电路的输出波形
A
1
≥1
F
结论：1、变量的变化会产生竞争； 2、当元器件有延时时，输出可能会产生险象。
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6
分析下图电路的输出波形（B=C=1，每个元器件处理 延时为td）
B &
A
&
F
1
C
&
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7
结果分析：
BC＝00，F＝A；B＝ C 0， 1F＝ A
BC＝10，F＝A；B＝ C1， 1F＝ A＋ A
可见BC＝11时，变量A的变化可能使电路产生 险象。
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13
Eg：判断YABAC 是否BC 可能出现冒险现象。
解：当A=1、C=0时，YBB，出现冒险现象。 当B=0、C=1时，YA，A出现冒险现象。 当A=0、B=1时，Y CC ，出现冒险现象。 可见，函数Y存在冒险现象。
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8
3、并不是有了竞争就有险象，在本例中，A变化了两 次的过程中，只有一次有险象，而另一次没有险象。
4、利用波形来分析和判断有无险象，比较麻烦，有无 好的简单方法来判断电路有无险象呢？
5、竞争和险象是针对具体电路的，虽然逻辑函数功能 一样，不同电路会有不同的险象结果。
6、险象对于电路产生结果是在输出端产生不应该有的 短暂的尖峰脉冲，一旦延时时间经过，而恢复到正常 状态。
Eg：试判别Y(AB)(B是否C)存在冒险现象。
解：当A=0、C=0时，YB•，B因此存在冒险现象。
说明：由于冒险出现的可能性很多，而且组合电路的冒
险现象只是可能产生，而不是一定产生，更何况非临界
冒险是允许的。因此，实用的判别冒险的方法是测试。
可以认为只有实验的可结编辑果ppt才是最终的结论。
14
卡诺图法判断险象
• 首先画出函数的卡诺图，并画出和函数表 达式中各“与”项对应的卡诺圈。
• 然后观察卡诺图，若发现某两个卡诺圈存 在“相切”关系，即两个卡诺圈之间存在 不被同一个卡诺圈包含的相邻最小项，则 该电路可能产生险象。
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15
• 例2 判断函数 F＝ AD＋ A C＋ AC 对B应的逻 辑电路是否可能产生险象。
1.理想情况
输入与输出为稳定状态。（没有考虑信号通过导线和 逻辑门的传输延迟时间）。
2.实际情况
信号通过导线和门电路时，都存在时间延迟；
信号发生变化时也有一定的上升时间或下降时间。
3.电路设计中要考虑的因素
尽量采用最简电路；
尽量采用相同规格的元器件，以免由于元器件性能差异 产生错误；
电路设计应考虑导线延时、元器件处理延时和元器件级
4.3 组合逻辑电路中的竞争 组合逻辑电路中与的险竞象争冒险
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1
竞争冒险的概念及其原因
• 竞争：输入信号经过不同的路径到达输出端的时
间有先有后，这种现象称为竞争。
• 产生的原因：信号经过门的级数、具体逻辑门
的时延大小、导线的长短。
• 竞争会给电路带来什么样的影响？
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2
竞争冒险的概念及其原因
• 若有，则消去函数表达式的其他变量，再 看函数表达式是否能化成或的形式，若能， 则对应的逻辑电路存在产生险象的可能性。
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12
• 例1 判断函数表达式 F＝ACABA对C应的 逻辑电路是否可能产生险象。
解：由函数表达式可知，变量A和C具备竞争的
条件，所以应对这两个变量进行分析。先考察变 量A，将B和C的各个取值组合分别代入函数表达 式，可得
0型险象：错误输出信号为负脉冲的险象。
1型险象：错误输出信号为正脉冲的险象。
静态险象和动态险象均可分为0型险象和1型险象。
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10
险象的判断
• 判断组合逻辑电路中是否有可能产生险象 的方法有两种，即代数法和卡诺图法。
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11
代数法判断险象
• 首先检查函数表达式中是否存在具备竞争 条件的变量，即是否有某个变量同时以原 变量和反变量的形式在函数表达式中出现。
本题实际分析产生输出F不是恒1（理论值应为恒1），可 知，在A变化过程中（1→0），F产生了一个负尖峰脉冲， 这就是险象，产生的根本原因是元器件处理延时以及输入 变量的变化。 1、当输入变量A出现跳变时，输入信号A经过多条通路到达 输出F，其元器件级数不一样，从而产生竞争和冒险。
2、从波形图中可以看出，输入A变化了两次，即0→1→0， 当A由0→1时，经过分析，电路也存在竞争，但是没有险 象，是一次非临界竞争；而A 由1→0时，产生负尖峰脉冲， 是一次临界竞争，产生险象。
数等
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3
竞争：输入信号经不同路径到达输出的时间有先 有后的现象称为竞争。
竞争是普遍存在的，不可避免的，有竞争不一定 产生错误。 竞争分为： 临界竞争：导致错误输出的竞争。 非临界竞争：不产生错误输出的竞争。
如果电路中存在竞争现象，则当输入信号变化时就有 可能引起输出信号出现非预期的错误输出，这种现象称为 险象或冒险。
2
& 1
1
3
B
&
C
YABBC AC
4
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&
5
≥1
Y
18
三、冒险现象的消除
２. 增加惯性延时环节
在输出端加小电容C可以消除毛刺如图3-58所示。但是输 出波形的前后沿将变坏, 在对波形要求较严格时，应再加整形 电路。