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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分析：A和C在表达式中分别出现原变量和反变量，因此有可能存在竞争。
当 B=1，C=0 时， L A A
所以A可以产生冒险
对于C，无论A、B取何种值，都不会出现C C或者C+C的情况,故C不会出现冒险
2） 卡诺图法
由卡诺图上包围圈的相对位置，判别是否存在冒险现象。
(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
分析
逻辑电路图
编 译加 码 码法 器 器器
表达式 卡诺图
设计
真值表 波形图
逻辑功能
编 译全 码 码加
A
1
G1
A
&
L
A
G2 L
(a)
(b)
L A A 0 稳态逻辑关系
由于反相器传输延迟的影响，A 波形的下降沿滞后于A波形的上升沿， 从而导致输出波形出现一个高电平窄脉冲，此时L = 1，这与逻辑分析结果 矛盾。即电路存在冒险 。
竞争产生正尖脉冲：偏0冒险
瞬态
A
1
G1
A
≥1
L
A
G2
L
(a)
(b)
两个卡诺圈相切，则会出现冒险； 两个卡诺圈相交，则不会出现冒险。
相切时存在原变量和反变量 相交时同一变量出现重复
BC
AC
A 00 01 11 10 AB
0
111
11
1
AC
在AB与AC两个卡诺圈相切处，当B=1,C=0，A发生变化时，出现冒险。
3 消除冒险现象的方法
1）修改逻辑设计
消除互补变量（表达式展开变形） 增加多余项 （卡诺图中包围圈相交）
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
AC AB
C 00 01 11 10 0 1
BC L= BC+ AC
B=1, A=0时出现L=C+C
AC AB
C 00 01 11 10
0
1
AB
BC
L= BC+ AC +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