我们来详细、系统地解释一下它是什么、为什么会产生、以及如何消除。
在一个组合逻辑电路中，如果某一个输入变量通过两条或两条以上的路径传播到输出端，由于每条路径的门电路延时不同，导致这个变量变化到达输出端的时间有先有后，这种现象就称为 “竞争”。
核心要点：
* 对象： 同一个输入变量的不同传输路径。
* 原因： 逻辑门固有的传输延迟时间（t~pd~）。
* 普遍性： 只要有多条路径，竞争就客观存在。
由于竞争的存在，在输入信号变化的瞬间，在输出端产生一个不应有的、持续时间很短的错误尖峰脉冲（或称“毛刺”）的现象，就称为 “冒险”。
核心要点：
* 表现： 一个短暂的、非预期的输出脉冲（正尖峰或负尖峰）。
* 关系：有竞争不一定有冒险，但有冒险就一定存在竞争。
可以把它们的关系理解为：
* 竞争 是 原因 和 可能性。
* 冒险 是 结果 和 现象。
冒险产生的根本原因是 信号通过不同路径的延迟不同，导致在某个短暂的时刻，电路的输出状态出现了暂时的逻辑错误。
我们用一个最简单的例子来说明：
电路： 一个两输入与门 `Y = A & B`
假设： 输入 `B = A'`（即 B 是 A 的反相）。那么理论上，`Y = A & A‘ = 0`，输出应恒为0。
实际情况（考虑非门延迟）：
1. 初始状态：`A=1` -> `A'=0` -> `Y = 1 & 0 = 0`
2. `A` 从 `1` 变为 `0`：
* 路径1（直接）：`A` 直接连接到与门，几乎无延迟地变为 `0`。
* 路径2（经反相器）：`A` 变为 `0`，但需要经过反相器的一个延迟时间 t~pd~ 后，`A'` 才从 `0` 变为 `1`。
3. 在反相器延迟的这个短暂时间内：
* `A` 已经变成了 `0`
* `A'` 还未来得及变化，仍然是 `0`
* `Y = 0 & 0 = 0`，没有异常。
* 看起来没问题？那我们再看另一个变化。
4. `A` 从 `0` 变为 `1`：
* 路径1（直接）：`A` 直接变为 `1`。
* 路径2（经反相器）：`A` 变为 `1`，但 `A'` 需要经过 t~pd~ 后才从 `1` 变为 `0`。
5. 在这个短暂的 t~pd~ 时间内：
* `A` 已经变成了 `1`
* `A'` 还未来得及变化，仍然是 `1`
* `Y = 1 & 1 = 1`！
* 当 t~pd~ 时间过后，`A'` 变为 `0`，`Y` 恢复为 `0`。
结果： 在输出端 Y 产生了一个宽度约为 t~pd~ 的正向尖峰脉冲（即 “1” 的毛刺），而理论上 Y 应该始终为 0。这就是一次 冒险。
*(这是一个简化的波形图示意，展示了在A上升沿时，由于反相器延迟，输出Y产生了一个正向毛刺)*
根据产生的毛刺极性，冒险可以分为两类：
1. “1”型冒险
* 表现： 输出端产生了不应有的正向尖峰脉冲。
* 产生条件： 在稳态下，输出应为 `0`，但由于竞争，在输入变化瞬间，输出暂时跳变到 `1`。
* 常见于： 与或结构的电路（例如，上面 `Y=A&A’` 的例子，本质是与结构）。
2. “0”型冒险
* 表现： 输出端产生了不应有的负向尖峰脉冲。
* 产生条件： 在稳态下，输出应为 `1`，但由于竞争，在输入变化瞬间，输出暂时跳变到 `0`。
* 常见于： 或与结构的电路（例如，`Y = A + A‘`，理论上恒为1，但在A变化时可能产生负毛刺）。
检查逻辑函数表达式，是否存在某个变量以原变量和反变量形式同时出现，并且在一定条件下表达式可以化简为 `X + X‘` 或 `X · X’` 的形式。
z6com·尊龙(中国)时凯集团* 若可化为 `Y = ... + X · X‘ + ...`，则可能产生 “0”型冒险（因为 `X · X’` 在稳态时为0，但竞争可能导致其暂时为1，从而让 `Y` 暂时为1）。
* 若可化为 `Y = ... (X + X’) ...`，则可能产生 “1”型冒险（因为 `X + X‘` 在稳态时为1，但竞争可能导致其暂时为0，从而让 `Y` 暂时为0）。
示例： `Y = A B + A’ C`
* 当 `B = C = 1` 时，`Y = A + A‘`。
* 表达式化简为了 `A + A’`，所以该电路在 `B=C=1` 时，变量 A 发生变化可能产生 “0”型冒险（负毛刺）。
1. 增加选通脉冲
* 在电路达到稳定之前，用一个选通信号将输出门封锁，待输入变化完成、电路进入新的稳定状态后，再让选通信号有效，读取正确的输出。
* 这是一种时序控制方法。
2. 增加输出滤波电容
* 在输出端并联一个小电容（通常几十到几百皮法）。
* 原理： 毛刺是一个高频分量，电容可以吸收这些高频尖峰，将其滤除，使输出边沿变得平缓。
* 优点： 简单、成本低。
* 缺点： 增加了输出波形的上升/下降时间，降低了速度。
3. 修改逻辑设计（增加冗余项）
* 这是最常用和最理想的方法。
* 原理： 在逻辑在逻辑表达式中增加额外的冗余项，以消除产生冒险的条件。
* 方法： 使用卡诺图，将原本不相切的两个卡诺圈，用一个额外的圈连接起来。
示例： 消除 `Y = A B + A’ C` 的冒险。
* 画出卡诺图，有两个主蕴含项 `AB` 和 `A‘C`，它们之间是相切的。
* 增加一个冗余项 `B C`，将这两个圈连接起来。
* 新的逻辑函数为 `Y = A B + A’ C + B C`。
* 验证： 当 `B=C=1` 时，无论 A 如何变化，由于冗余项 `BC` 始终为1，输出 Y 恒为1，成功消除了冒险。
| 方面 |方面 | 关键内容 |
| :--
| 核心概念 | 竞争：同一信号多路径传播导致的延时差异。
冒险：因竞争而产生的输出毛刺。 |
| 根本原因 | 逻辑门的传输延迟。 |
| 主要类型 | “1”型冒险：产生正向毛刺。
“0”型冒险：产生负向毛刺。 |
| 判断方法 | 检查逻辑式是否能化为 `X + X‘`（“0”型冒险）或 `X · X’`（“1”型冒险）的形式。 |
| 消除方法 | 1. 修改逻辑（最佳）：增加冗余项。
2. 硬件滤波：输出端并联电容。
3. 时序控制：引入选通脉冲。 |
理解竞争与冒险对于设计可靠、稳定的数字系统至关重要，尤其是在对时序要求严格的场合（如时钟电路、计数器、状态机等），必须采取措施消除其影响。
