第13章+数字电路分析.doc

39第2篇 Cadence OrCAD EE 简明教程 第13章 数字电路分析Eval.olb13.1数字电路的基本分析方法 图13-1 四位二进制异步加法计数器1. 电路图的绘制1) 输入电路图名称（如COUNTER），呼叫元器件符号并设置相关属性，绘制电路图。2) 数字输入信号的编辑Clock图13-2 新激励源类型选择框在“Name”信息框中键入激励源名称“Digstim”，在“Digital”栏中单选“Clock”，单击【OK】，出现如图13-3所示的时钟属性设置框。时间延迟初始值占空比Frequency图13-3 时钟属性设置框2. 创建新仿真文件，名称为TT，注意瞬态分析参数设置方法如图13-4所示。 图13-4 瞬态分析参数设置方法3. 运行PSpice程序，输出波形如图13-5所示。图13-5 二进制加法计数器进行数字电路分析必须有2个库：digital.lib 、Dig_io.lib。前者存放各种数字器件；后者存放各类数字和模拟电路之间转换的接口模型电路。132 数字信号源1、 数字信号源类型OrCAD提供的数字信号源类型共有4类17种见表13-1。表13-1 数字信号源类型时钟信号一般信号2位总线信号4位总线信号8位总线信号16位总线信号32位总线信号设置方法DIGCLOCK时钟型DigClock与器件参数设置相同STIMn基本型STIM1STIM1STIM4STIM8STIM16与器件参数设置相同FILESTIMn文件型FileStim1FileStim1FileStim2FileStim4FileStim8FileStim16FileStim32与器件参数设置相同DIGTIMn图形编辑器型DigStim1DigStim1DigStim2DigStim4DigStim8DigStim16DigStim32调用StmEd编辑器2 、 数字信号（激励）发生器描述格式它的描述格式为： Uname STM (，) digital ground value + (IOlevel=) +(Timestep= )这些都以子电路形式存储在元器件库中。3、 时钟型信号源（DigClock）时钟型信号源（DigClock）可在PSpice/SOURCE库中提取。图13-6时钟型信号源（DigClock）图13-7 DigClock的信号设置图13-8时钟型信号源设置框表13-2 OPPVAL、STARTVAL、OFFTIME、ONTIME和DELAY的意义意 义补 缺 值0PPVAL时钟高电平状态 1STARTVALT=0时时钟初值0OFFTIME每个时钟周期低电平状态的持续时间0.5msONTIME每个时钟周期高电平状态的持续时间0.5msDELAY延迟时间04、 基本型信号源（STMn）基本型信号源（STIMn）主要是设置总线信号。 a) b)图13-9基本型信号源符号图13-10 基本型信号源信号设置图13-11基本型信号源信号参数设置WIDTH:指定总线信号的位数，本图是4位。FORMAT：指定总线信号采用何种进位制。5、 文件型信号源（FileStim-n）文件型信号源因信号波形是用一个以STL为扩展名的波形文件来描述而得名。它有如下6个不同功能的FileStim-n： FileStim1；FileStim2；FileStim4；FileStim8；FileStim16；FileStim32。 FileStim-n的波形设置：信号名波形描述文件名波形描述文件“Stimulus Files”波形描述文件是在专案管理窗口下的“Stimulus Files”中进行编写的，如图13-13所示。图13-13 “Stimulus Files”它是由两部分组成的：文件头和描述表。1）文件头 即文件开始的那一部分。其一般格式如下： TIMESCALE= ， OCT(，) HEX(，)2) 描述表例题：有如下四个信号名为：A0、A1、A2和A3.试用四位文件型信号描述其波形。用2进制描述用2/8进制描述用16进制描述TIMESCALE=0.5msTIMESCALE=0.5msTIMESCALE=0.5msA0，A1，A2，A3OCT (A1，A2，A3)HEX(A0，A1，A2，A3)0 11000 140 C9 11109 169 E10 011010 0610 618 010018 0418 420 010120 0520 56、 图形编辑型(DIGSTIMn) 信号源可在SOURCSTM中提取其符号，如图13-15所示。DIGSTIM信号有1位，2位，4位，8位，16位和32位共6种 图13-15 DIGSTIMn信号源总线信号波形设置1）设置新建总线信号名：在激活DIGSTIM信号符号后，在Edit/New Stimulus设置框的NAME栏，填写信号名如DSTM1，在Digital栏目，选定“Bus”。Width: 设置总线信号位数，缺省值为8。Initial Value: 设置总线信号初值，缺省值为0。 图13-16 选定“BUS”图13-17 StmEd窗口2）进入设置总线信号波形画面：点选Edit项，选定Add子命令项或按下按钮。3）用铅笔型光标点击某一点，即从该时刻开始变化。图13-18设置总线信号波形总线信号波形编辑修改1) 选中一个总线信号电平“变化沿”后，选择执行Edit/Attrobutes子命令或连击变化沿或点选按钮。Set ValueIncrementDecrement数字信号转换栏4种逻辑电平开始时间 图13-19修改总线信号对话框12）另外还可以单击两个变化沿之间的总线信号波形。与图13-19相比，该图中多出了Duration一项，即给出了变化沿之间的时间范围。 图13-20修改总线信号对话框2总线信号设置相关的任选项参数在StmEd窗口中选择执行Tools/Option子命令，出现如图13-21所示对话框。总线信号的信号位数几进制设置总线信号参数图13-21任选项设置对话框13.3数字电路最坏情况逻辑模拟分析1、数字电路模型在7400.LIB模型参数皆以子电路形式存储。数字元器件描述的一般形式：Uname () +(Mntymxdly=) (IO-level=)举例： U1 nand (2) A B Y D-00 IO-STD+ Mntymxdly=1 IO-level=3nand:“与非”门，A、B输入；Y输出；D-00门单位时间模型名；用最小延迟时间值；用标准I/O接口模型；用较精确的接口模型子电路。 时序模型以7402的时序模型为例说明： model D_02 ugate(+ tplhty=12ns tplhmx=22ns+ tphlty=8ns tphlmx=15ns+ )2、最坏情况逻辑模拟分析以简单的组合逻辑电路为例, 介绍如何进行最坏情况逻辑模拟分析。电路如图13-22所示。图13-22组合逻辑电路表13-4 信号时间及状态值设置DSTM1DSTM2DSTM3时间状态时间状态时间状态0u00u10u01u12u03u16u05u14u07u17u08u115u010u114u0设置完的信号图形如图13-23所示。图13-23信号图形设置瞬态分析设置：初值0s, 终值20us, 步长0.1us。执行PSpice分析程序，标准状态下输出波形如图13-24所示。图13-24 标准状态下输出波形再次打开模拟仿真设置对话框，选择任选项(Options)标签页，设置最坏情况逻辑模拟分析，如图13-25所示。图13-25设置情况逻辑模拟分析设置完毕后，运行PSpice分析程序，输出波形如图。图13-26最坏情况逻辑模拟分析输出波形13.4数字电路的自动查错功能将数字激励信号均设置成高频信号，如图13-27所示，试探一下J-K触发器对高频信号的处理能力。图13-27设置数字激励信号源参数重新运行PSpice分析程序，分析结束，Probe窗口出现如图13-28所示的仿真查错信息框提示有955条查错信息产生。图13-28 仿真查错信息框选择“是”，出现如图所示的仿真信息查错总结对话框。图13-29 仿真信息查错总结对话框图中，在“Minimum Severity Level”中根据逻辑错误的严重程度从高到低的顺序共分为4类：(1) FATAL: 致命错误； (2) SERIOUS: 严重错误；(3) WARNING: 警告； (4) INFO: 提示信息。13.5数字电路分析例题例13-1 对常用的数字信号源进行瞬态分析，电路如图13-30所示。图13-30常用的数字信号源DSTM2的参数数设置如图13-31所示。图13-31 DSTM2的参数数设置瞬态分析参数设置：初值0s, 终值10ms, 输出波形如图。 图13-32瞬态分析输出波形例13-2 数/模混合电路如图13-33所示，试分析输出输入波形。图13-33数/模混合电路再调用Pspice作瞬态分析：初值设为0s，终值设为100us。分析结果如图13-34所示。 图13-34数/模混合电路分析结果Rb的误差设置是用如下所示的参数设置栏进行设置的。图13-36 Rb的误差设置数/模混合电路也可以作蒙特卡洛分析：蒙特卡洛分析参数设置为：变量为（V(RL:!)）；分析次数为10次；全部输出ALL。分析结果如图13-37所示。 图13-37 蒙特卡洛分析结果例13-3 用555作成方波发生器如图13-38所示。为进行分析可在C1参数设置中填加IC=2V即电容初始存储能量。图13-38 IC555脉冲发生器瞬态分析参数为：终值为60us；初值为0us。结果如图。图13-39 IC555瞬态分析结果在此基础上也可以进行最差情况分析，为此，先设置R2、R3有10%的误差。也可以调整IC555模型参数中延迟时间，也是数字模型唯一能进行调整参数。图13-40最差情况分析将输出的内容全选结果如图13-41所示。图13-41输出最小和最差情况13.6 Cadence OrCAD PSpice A/D分析小结1分析类型表13-5 PSpice A/D分析功能一览表直流分析.DC(DCSweep)交流分析.AC(ACSweep)瞬态分析.TRAN(Transient)参数分析.PARAM(ParametriSweep)静态工作点分析 .OP(Bias Point)温度分析.TEMP(Temperature)数字电路分析二次扫描（Second Sweep）噪声分析.NOICE(Noice Analysis)傅立叶分析.FOUR（FourierAnalysis）直流传输特性.TF(Transfer Function）蒙特卡洛分析 . MONTE(MonteCarlo)直流灵敏度分析(.Sens)最坏情况分析.WOST(Wost Case)输入、输出电阻2. PSpice的数据输出在PSpice中已将计算数据用Probe图形编辑器，处理成各种图形供用户使用。如需要某些原始数据和图形时，可在SPECIAL.olb库中提取相同的“.PRINT”、“.PLOT”等点语句的图形符号，如图13-42所示。图13-42 SPECIAL.olb库 从中调用所需图标放在预定位置如图13-43所示。图13-43 原始数据的输出电路以IPRINT属性设置框为例，如图13-44所示。图13-44 属性设置框实际应用的数据输出电路如图13-45所示。 图13-45 实际应用的原始数据输出电路 运行后原始数据输出（部分）如图13-46所示。 图13-46 原始数据输出Probe图形编辑器的使用注意：一是作瞬态分析时程序必然先做静态工作点分析。以便确定小信号模型的初始值，所以可用按下V和I 键观察静态工作点。二是图形中Probe游标的使用技巧，如图13-47所示。A1为高峰值13.739V、A2为低峰值13.722V，dif为峰峰值16.577V。 图13-47 图形中游标的使用3. 参数初始偏置条件的设置1) 电路图编辑时: 可以设置电