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数字电路中的竞赛与冒险

在了解竞争与冒险之前,先从一个很简单的电路入手。上面这个电路中,整个电路由非门G1和与门G2构成,输入输出之间不存在任何形式的反馈,亦不存在存储电路,所以这个电路是个组合逻辑电路。

  在了解竞赛与冒险之前,先从一个很简单的电路下手。

  上面这个电路中,整个电路由非门G1和与门G2构成,输入输出之间不存在任何方式的反应,亦不存在存储电路,所以这个电路是个组合逻辑电路。

  输入信号为A,输出信号为L,G1门的输出为 。

  每个门电路从输入鼓励呈现到输出呼应,会有必定的时刻延迟,这个时刻一般叫做门电路的开关延迟时刻。

  制作工艺、门的品种乃至制作时细小的工艺误差,都会引起这个开关延迟时刻的改变,是一个十分随机离散的常量,这儿只需求知道有这么个时刻差存在。

  OK,回到电路中来,了解数字电路的朋友应该很快会得到输出的表达式: ,依照这个表达式,L应该输出一个稳定的低电平或许说逻辑“0”才对。

  可是实际情况真的是这样吗?

  假如考虑上面说到的门电路延迟时刻,能够发现,一切都变了,如下图:

  信号A经过G1门,因为G1门的延迟时刻的存在,会导致G1门的输出 会落后于A一个极细小的时刻抵达G2门的输出端,这样就导致A和 的信号波形之间有一个极小的“错位”,正是因为这个“错位”的存在,使得输出L在“错位”的瞬间输出了理论上本不应该呈现的高电平(逻辑“1”),如图中虚线对应的赤色电平区域。这种窄脉冲或许叫毛刺的呈现,会对后级逻辑电路发生不行估计的影响,特别是在一些高速的数字电路中。

  从上面的剖析,不难得出结论,假如门电路的多个输入信号抵达输入端的时刻不同,就有或许引起输出逻辑的紊乱。

  为什么会抵达时刻不同呢?不外乎便是,不同信号经过的途径不同,相同工艺制作条件下,输入信号传输到指定输入端的传输途径上的门电路越多,需求耗费的时刻也就越多,假如每个信号的途径差异都比较大,抵达指定输入端的信号就会有先后,输出就有或许呈现逻辑过错。当然,一些PCB走线的寄生效应也会引起这种现象,这儿不评论。

  OK,把上面的考虑概括一下。

  在数字电路中,信号因为经由不同途径传输抵达某一集合点的时刻有先有后的现象,就称之为竞赛,英文名Race;因为竞赛现象所引起的电路输出发生瞬间过错的现象,就称之为冒险,英文名Hazard或许Risk。英文名字仍是相对比较好了解,幻想一下,两个成果彻底相同的跨栏运动员(racer),一起跑110米栏,一个跑11个栏,一个跑20个栏,最终必定不会一起抵达结尾;而Hazard或许Risk,则指未来或许存在的危机和危险。不得不慨叹,有些东西,仍是看鸟文比较好了解。

  可是需求留意的是,竞赛和冒险之间的联系。有竞赛不必定有冒险,但呈现了冒险就必定存在竞赛。假如信号的传输途径不同,或各信号延时时刻的差异,信号改变的互补性等原因都很简单发生冒险现象。

  该怎么躲避这种竞赛与冒险所带来的电路设计失利危险呢?下次再聊。

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