【ch02】数字逻辑电路及模数混合电路仿真

数字逻辑电路及模数混合电路仿真“电子设计系列规划教材电子线路CAD仿真与综合设计(第2版)第二章01数字电路激励源为了与实际电路状态更加吻合，PSpice将数字电路中各节点的逻辑状态分成了6种。其数字型节点的逻辑状态如表2-1所示。数字电路激励源数字电路的仿真分析离不开数字信号源的驱动，OrCAD提供了4类共17种数字信号源。其中，DigClock、FileStimn、STIMn被放置在库文件source.olb内，DigStimn被放置在库文件sourcstm.olb内，4类数字信号源对比如表2-2所示。数字电路激励源02数字电路逻辑模拟分析数字电路逻辑模拟分析激励源DigClockDigClock是数字电路仿真过程中最常用的激励源，按照类似设置占空比的方式来产生周期变化的脉冲信号。激励源DigClock如图2-1所示。数字电路逻辑模拟分析激励源DigClock数字电路逻辑模拟分析数字激励源FileStimn激励源FileStimn的输出波形由后缀名为.STL的波形描述文件确定。在描述波形变化的数据量比较大或数据是另一个软件输出结果的情况下，采用波形描述文件设置激励源是一种比较好的选择方案。1.波形描述文件的格式波形描述文件大致分成两部分：文件头和描述表。文件头包含时间倍乘因子的定义和信号名称列表。描述表包含时间值和信号逻辑编码，非总线分支信号的逻辑编码须使用空格隔开。(1)文件头及描述表其一般格式为数字电路逻辑模拟分析数字激励源FileStimn②信号名列表：●二进制数描述的信号可直接列出信号名。信号名之间使用空格或“,”间隔开。●文件头中最多可设置255个信号名，可以多行表示，每行结尾不需要用“,”表示结束。③信号名组：●八进制数表示的由3个信号组成的信号组的关键词为OCT。十六进制数表示的由4个信号组成的信号组的关键词为HEX。信号组使用圆括号括起来。信号组内信号的高低位从左向右依次降低。④波形描述：●文件头与描述表之间至少空一行。●时间值与信号逻辑编码之间使用空格隔开，每行的信号逻辑编码之间可以不使用空格间隔。⑤时间值设置：3种形式，单位为s。●绝对时间模式(如10ns、1e-8等)。●相对时间模式(如+10ns、+1e-8等)。●TIMESCALE设置模式，设置值乘以时间值(TIMESCALE=10ns,4004E1,实际时间为10ns×4=40ns)。●时间值的后一行必须大于前一行，即依次递增。数字电路逻辑模拟分析数字激励源FileStimn数字电路逻辑模拟分析数字激励源FileStimn2.FileStimn使用方法波形描述文件设计完成后，可以在原理图编辑窗口下调用该文件完成电路仿真。原理图编辑窗口下执行命令File→New→TextFile建立波形描述文件，后缀为.stl。下面以FileStim4为例介绍激励源FileStimn的使用和仿真过程。波形描述文件如图2-5所示，编辑完成保存时注意添加文件的后缀。打开原理图编辑窗口，双击FileStim4元件的“FILENAME=”属性，在Value栏添加编辑好的波形描述文件的名称。“SIGNAME=”属性在使用2位、4位、8位、16位、32位总线时可以空置，不进行编辑。特别的，在使用FileStim1时，“SIGNAME=”属性中应输入相应的信号名。数字电路逻辑模拟分析数字激励源FileStimn数字电路逻辑模拟分析数字激励源FileStimn根据要求放置总线、总线分支线和网络名。总线命名为A[3:0]或A[3..0],总线分支线分别命名为A3、A2、A1、A0,电路原理图如图2-6所示。选择PSpice→NewSimulationProfile命令，如图2-7所示，选择Stimulus选项卡，单击Browse按钮查找编辑好的波形描述文件，找到文件后单击AddtoDesign按钮，文件就被添加到了工程中。选择Analysis选项卡，设置仿真类型为瞬态扫描，配置好仿真选项及仿真起止时间等参数后，单击运行按钮可得到仿真结果。数字电路逻辑模拟分析数字激励源FileStimn数字电路逻辑模拟分析激励源STIMn激励源STIMn主要用于产生总线信号，双击元件图标，调出属性修改对话框，如图2-8所示。从众多的属性可以看出，该激励源的设置过程相对比较复杂。数字电路逻辑模拟分析激励源STIMn激励源STIMn的属性参数COMMAND1、COMMAND2、…、COMMAND16对应波形描述语句。给定参数时按照参数COMMANDn中n先小后大的顺序依次设置。FORMAT:表示总线信号逻辑编码采用的进制，1表示二进制，2表示八进制，4表示十六进制。也可使用混合进制编码方式，如4位总线的激励源STIM4中的前3位使用八进制，后一位使用二进制，可设置FORMAT为“21”。TIMESTEP:与FileStimn中的TIMESCALE=<时间倍乘因子>类似，在使用相对时间时可使用符号“c”。WIDTH:指定信号位数。数字电路逻辑模拟分析激励源DigStimn激励源DigStimn的突出特点是可在StimulusEditor编辑界面中直观地编辑激励源的逻辑编码，可产生1位、2位、4位、8位、16位、32位总线的激励信号。数字电路逻辑模拟分析01020304(1)创建激励源DigStimn信号。(3)改变当前状态值。(4)重复步骤(2)、(3),完成整根时间轴上总线信号的设置。(2)编辑总线编码。激励源DigStimn-设置步骤数字电路逻辑模拟分析激励源DigStimn-编码修改当光标在“箭头”样式下(其他样式下按Esc键退出)时，选中总线信号编码的“变化边沿”,在变化点处出现红色标记“～”,如图2-14所示。选择Edit→Attributes命令或单击快捷工具栏中的按钮或双击总线编码，弹出EditDigitalTransition对话框，改变标记点右侧的状态编码。在EditDigitalTransition对话框中，TransitionType的三个选项SetValue、Increment和Decrement分别表示设定总线编码为编辑框Value中的值、相对前一编码增大编辑框Value中的值和相对前一编码减小编辑框Value中的值。使用Increment或Decrement选项时，编辑框Value中的值必须为整数。数字电路逻辑模拟分析激励源DigStimn-编码修改数字型节点的数字逻辑状态如表2-1所示，仿真结果显示的数字电路节点逻辑状态如图2-16所示。数字电路的仿真结果中各节点的状态与信号的驱动强度和各信号的叠加状态密切相关。数字逻辑状态与强度数字电路逻辑模拟分析传输延时实际的门电路及各种功能的集成电路的输入信号、输出信号之间都存在着传输延迟现象，为了在数字电路的模拟仿真中准确地表现这一电路特性，PSpice的数字电子元器件库中设置了传输延迟参数。以7400的传输延时模型为例说明：.modelD_00ugate(+

tplhty=11nstplhmx=22ns+tphlty=7nstphlmx=15ns+)数字电路逻辑模拟分析传输延时数字电路逻辑模拟分析传输延时运行仿真时可根