【 FPGA 】组合逻辑中的竞争与险象问题（四）

上篇博文：组合逻辑中的竞争与险象问题（三）讲解了险象的定义，即竞争引起的非预期输出，同时给出了分析，对什么样的竞争会引起险象。

这篇博文继续讲解险象问题，重要突出险象的分类。

上篇博文最后提出了化简后具有多个半开关的电路，可能会导致险象的阻塞，缩小，传递或方法作用。这篇博文接着这个问题讨论：

（1）一般说来，如果若干个与半开关被一个或半开关级联，或者若干个或半开关被一个与半开关级联，主要会对险象起放大作用；

（2）如果若干个与半开关被一个与半开关级联，或者若干个或半开关被一个或半开关级联，主要会对险象起到截止、缩小作用；

（3）如果若干个与半开关、或半开关被无论是一个与半开关还是或半开关级联，主要会对险象起到传递、缩小的作用。

下面研究险象的一些具体表现形式，概括起来，险象可以分为静态险象和动态险象，下面分别介绍：

静态险象

静态险象，指的是由于竞争，导致的原本输出不应该发生变化的组合逻辑，出现了输出变化现象。从静态险象的定义，我们可以推出，如果一个组合逻辑，在某一种输入条件下存在静态险象，那么其逻辑表达式在该条件下一定可以简化为F = 1或F = 0。

按其所应保持的电平，又可以将这类险象细分为0险象和1险象。

（1）0 险象

0险象指的是组合逻辑的初识输出为0，当其输入改变时，若新输入对应的输出仍应该是0，却在输出端出现了短暂的不为0的情况。（这种情况很常见，上篇博文中，一个两输入的与门半开关就是如此，当输入从1变为0时，就会出现短暂的1逻辑，这种险象就是0 险象。）

下图为典型的0险象的波形：

当出现半开关级联的情况，0险象中1的脉冲个数可能不只一个，例如，若简化后的电路如下图，则叠加后的0险象可能会出现两个1脉冲，当然也可能是一个更宽的1脉冲。

上图是两个与门半开关和一个或门半开关级联的情况，如开头所说，这种级联会导致险象的放大。

下图是两个与门半开关和一个与门半开关级联的情况，如开头所说，这种级联会缩小险象，如下：

上图的这种级联会消减1脉冲的宽度，甚至会完全阻止1脉冲。

（2）1 险象

1险象是指组合逻辑的输出初始值为1，当其输入改变时，若新输入对应的输出仍应该是1，却出现了短暂不为1的情况。

这种情况和0险象的情况完全对偶，我们可以给出如下两个级联的例子：

上图这种，两个或半开关和一个与门半开关的级联，会使0脉冲变大，或者出现两个0脉冲。

而下图这种级联会使0脉冲缩小，或完全阻塞。

动态险象

动态险象，指的是由于竞争，导致原本输出只应该发生一次变化的组合逻辑，出现了输出多次变化的现象。

如果一个组合逻辑在某一种输入条件下存在动态险象，那么其逻辑表达式在该条件下一定可以化简为 F = A 或 F = $\bar A$ 。经过前面的分析，我们得知只有当半开关的M个输入中有0也有1时，竞争才可能导致险象。因此，对于单个半开关来说，它的表达式只能化简为F = 1（或类型半开关）或F = 0（与类型半开关），因此动态险象发生的前提是电路中一定存在半开关的级联，且前级的半开关先导致静态险象。

按其初始和稳定时所对应的逻辑电平，又可将这类险象细分为01险象和10险象。

（1）01 险象

01 险象，是指组合逻辑初始输出为0，当其输入改变时，对应新的输出应该为1，本来输出只应该出现一次从0到1的翻转，但实际中却出现了多次的0,1翻转情况。

典型的 01 险象如下图：

例如，若简化后的电路图如下图，就会出现上述典型的01险象：

上述电路中，当输入端A从0变化到1时，由于下半部分路径延迟比较大，导致或类型半开关先传递了上半部分的静态0险象后输出恒为1，因此形成了动态01险象。如果简化电路再复杂一些，则01险象的翻转次数也可能会更加多一些，例如若本例或类型半开关上半部分输入的是一个叠加后成双1脉冲的0险象，那么输出就可能翻转3次。

（2）10 险象

上面的讨论分析了01险象，有了01险象，那么10险象就很容易了。

如下电路：

当输入端从1变化到0时候，由于下半部分延迟较大，所以与类型半开关先传递了上半部分的静态1险象后，再传递下半部分，输出恒为0，形成了10险象。

这篇博文暂时到这里，下篇博文讲解险象对数字电路的影响以及如何对待险象。