數字電路中的競爭與冒險

　　在了解競爭與冒險之前，先從一個很簡單的電路入手。

　　上面這個電路中，整個電路由非門G1和與門G2構成，輸入輸出之間不存在任何形式的反饋，亦不存在存儲電路，所以這個電路是個組合邏輯電路。

　　輸入信號為A，輸出信號為L，G1門的輸出為 。

　　每個門電路從輸入激勵出現到輸出響應，會有一定的時間延遲，這個時間通常叫做門電路的開關延遲時間。

　　制造工藝、門的種類甚至制造時微小的工藝偏差，都會引起這個開關延遲時間的變化，是一個非常隨機離散的常量，這里只需要知道有這么個時間差存在。

　　OK，回到電路中來，了解數字電路的朋友應該很快會得到輸出的表達式： ，按照這個表達式，L應該輸出一個恒定的低電平或者說邏輯“0”才對。

　　可是實際情況真的是這樣嗎?

　　如果考慮上面提到的門電路延遲時間，可以發現，一切都變了，如下圖：

　　信號A通過G1門，由于G1門的延遲時間的存在，會導致G1門的輸出 會落后于A一個極微小的時間到達G2門的輸出端，這樣就導致A和 的信號波形之間有一個極小的“錯位”，正是由于這個“錯位”的存在，使得輸出L在“錯位”的瞬間輸出了理論上本不應該出現的高電平(邏輯“1”)，如圖中虛線對應的紅色電平區域。這種窄脈沖或者叫毛刺的出現，會對后級邏輯電路產生不可預計的影響，特別是在一些高速的數字電路中。

　　從上面的分析，不難得出結論，如果門電路的多個輸入信號到達輸入端的時間不同，就有可能引起輸出邏輯的錯亂。

　　為什么會到達時間不同呢?不外乎就是，不同信號通過的路徑不同，相同工藝制造條件下，輸入信號傳輸到指定輸入端的傳輸路徑上的門電路越多，需要消耗的時間也就越多，如果每個信號的路徑差異都比較大，到達指定輸入端的信號就會有先后，輸出就有可能出現邏輯錯誤。當然，一些PCB走線的寄生效應也會引起這種現象，這里不討論。

　　OK，把上面的思考歸納一下。

　　在數字電路中，信號由于經由不同路徑傳輸達到某一匯合點的時間有先有后的現象，就稱之為競爭，英文名Race;由于競爭現象所引起的電路輸出發生瞬間錯誤的現象，就稱之為冒險，英文名Hazard或者Risk。英文名字還是相對比較好理解，想象一下，兩個成績完全一樣的跨欄運動員(racer)，同時跑110米欄，一個跑11個欄，一個跑20個欄，最后肯定不會同時到達終點;而Hazard或者Risk，則指未來可能存在的危機和風險。不得不感慨，有些東西，還是看鳥文比較好理解。

　　但是需要注意的是，競爭和冒險之間的關系。有競爭不一定有冒險，但出現了冒險就一定存在競爭。如果信號的傳輸途徑不同,或各信號延時時間的差異，信號變化的互補性等原因都很容易產生冒險現象。

　　該如何規避這種競爭與冒險所帶來的電路設計失敗風險呢?下次再聊。