競爭與冒險產生的原因，判斷方法和避免競爭與冒險的方法

在實際的電路設計過程中，存在傳播延時和信號變換延時。由延時引起的競爭與冒險現象會影響輸出的正確與否。下面將就競爭與冒險產生的原因，判斷方法和避免競爭與冒險的方法進行討論，希望對諸位有所幫助。

產生原因

競爭：在組合邏輯電路中不同路徑的輸入信號到達同一個門級電路時，在時間上有先有后，這種先后時間上的差異稱之為競爭（Competition）

冒險：由于競爭的存在，信號在過渡時間瞬間可能產生錯誤的輸出，例如尖峰脈沖。成為冒險。

有競爭不一定產生冒險，但是有冒險一定存在競爭。

判斷方法

代數法

在電路的邏輯表達式中保持一個變量不變，其余變量用0或者1替代如果邏輯表達式可以化成：

F = A + ~A

或

F = A·~A

的形式則可以判斷出此邏輯存在競爭與冒險。

卡諾圖法

存在兩個相切的卡諾圖，若在相切處沒有其他卡諾圖包圍，可能會出現競爭與冒險現象。如下圖所示：

F = ~A·~B + A·C

F = A·~B + B·~C

消除方法

常見的避免競爭與冒險的辦法有以下四種：

增加濾波電容，濾除窄脈沖

在輸出端并聯一個小電容，將尖峰脈沖幅度削弱至門電路閾值以下。這種方法的突出問題是會增加輸出電壓的翻轉時間，容易破壞波形。

修改邏輯，增加冗余項

在卡諾圖中兩個相切的圈之間增加一個圈，并加入邏輯表達式之中。如下圖所示：

F = ~A·~B + A·C + ~B·C

使用時鐘同步電路，利用觸發(fā)器進行打拍延遲

同步電路信號的變化都發(fā)生在時鐘邊沿，對于D觸發(fā)器的輸入端而言，只要毛刺不出現在時鐘上升沿并且還不滿足建立保持時間要求，就不會對系統(tǒng)產生危害，即D觸發(fā)器對輸入端毛刺不敏感。因此在時鐘邊沿驅動下，對組合邏輯信號進行延遲打拍即可消除競爭冒險。實際設計過程中可以根據設計需求對信號進行合理的打拍延遲。

采用格雷碼計數器

在遞加的多bit位計數器，計數值有時候會發(fā)生多bit的跳變，產生短暫的尖峰脈沖。而格雷碼計數器，計數時相鄰的數之間只有一個bit數據發(fā)生跳變，所以能有效避免競爭與冒險。

總結

在消除競爭與冒險的辦法中，增加濾波電容和邏輯冗余都不是在代碼層面考慮的問題。利用觸發(fā)器在時鐘同步電路下對異步信號進行打拍延時常在Verilog中使用。

審核編輯 黃宇