使用可编程逻辑器件实现同步时序逻辑电路解析

"用可编程逻辑器件实现同步时序逻辑电路-迪普交换机使用手册" 在数字电子技术中，时序逻辑电路是一种重要的电路类型，它的输出不仅取决于当前的输入，还与电路自身的状态有关。时序逻辑电路通常由两部分组成：组合逻辑电路和存储电路，其中存储电路用来保存电路的状态，而组合逻辑电路则根据输入信号和存储电路的输出计算新的状态。 在本章节中，特别提到了使用可编程逻辑器件（PLD）来实现同步时序逻辑电路。PLD是一种灵活的硬件平台，能够根据设计者的需要配置成各种逻辑功能。以下是一些常见的可编程逻辑器件类型： 1. 时序逻辑型PLA（可编程逻辑阵列）：这种器件可以配置为实现特定的布尔函数，并且包含了存储信息的触发器，使得它能用于构建时序逻辑电路。 2. 输出缓冲器：这些器件用于增强信号驱动能力，确保信号在电路中正确传输。 3. 寄存器：寄存器是用来存储数据的电路，它们在时序逻辑电路中用于保存状态。 4. 可编程的或阵列和可编程的与阵列：这些阵列允许设计者自定义逻辑函数，通过编程来连接内部的与门和或门，以实现所需的逻辑操作。 在同步时序逻辑电路中，所有触发器通常由同一个时钟信号控制，以保证在每个时钟周期内所有操作同步进行。然而，存在一种潜在的问题叫做“竞争-冒险”现象，这在第6.6节中进行了讨论。竞争-冒险现象是指在电路中由于信号传播延迟导致的瞬时错误，可能会在组合逻辑电路中或触发器的工作过程中发生。 组合逻辑电路中的竞争-冒险通常发生在不同路径的信号到达组合逻辑门的时间不一致时。而在触发器中，如果输入信号和时钟信号没有正确同步，触发器可能会因为时钟边沿检测的不确定性而产生错误的动作，这就是触发器的竞争-冒险现象。这种问题在异步时序电路中尤为显著，因为它们不依赖单一的全局时钟。 为了解决竞争-冒险问题，设计者可能需要采用以下策略： 1. 增加信号传播路径的延迟一致性，使所有信号在同一时间到达目的地。 2. 使用适当的时钟偏置，确保输入信号在时钟边沿到来之前稳定。 3. 在触发器输入端添加滤波器或施密特触发器来消除毛刺和噪声。 了解并有效地处理竞争-冒险现象对于设计可靠的数字系统至关重要，因为它可以避免不必要的错误和不稳定行为。通过使用可编程逻辑器件，工程师可以灵活地设计和优化时序逻辑电路，同时解决可能出现的竞争-冒险问题，从而确保系统的正确运行。