Параметры моделей типовых вентилей

Имя параметра	Параметр
TPLHMN	Задержка при переходе от низкого уровня к высокому, минимальное значение
TPLHTY	То же, типовое значение
TPLHMX	То же, максимальное значение
TPLHMN	задержка при переходе от высокого уровня к низкому, минимальное значение
TPHLTY	То же, типовое значение
TPHLMX	То же, максимальное значение

2.1.3. При составлении моделей сложных логических устройств можно применить опцию Logic Expression (LOGICEXP) - составление логических выражений [2, с. 226-228]. Логическое выражение можно ввести в строку для оси ординат при выполнении анализа во времени.

Л

56

огическое выражение заключается в фигурные скобки {}. При записи на нескольких строках их необходимо соединить символом + в первой позиции. Операторы логических выражений следующие: ~ - отрицание; & - умножение; | - сложение; ^ - исключающее ИЛИ (суммирование по модулю 2). Для группировки операндов применяют круглые скобки.

6) IO_LEVEL - это номер модели вход/выход цифрового устройства [2, c. 200]. Выбирается одна из четырёх моделей (по умолчанию - простейшая, t_ЗР¹⁰ = 1,4 нс; t_ЗР⁰¹ = 3,4 нс). Модель источника питания выбирается с именем DIGIFPWR (по умолчанию напряжение питания В).

7) POWER NODE - вывод "+" источника питания. Обычно присваивается глобальное имя цифровой шины питания $G_DPWR.

8) GROUND NODE - вывод "-" источника питания. Обычно присваивается глобальное имя цифровой "земли" $G_DGND.

2.1.2. В МСАР-5 цифровые компоненты описываются одним образом [2, с. 208-210; 260-262]. Часть параметров модели аналогична приведённым выше. К новым относятся следующие:

1) TIMING MODEL - модель динамики, учитывающая задержку сигналов в компонентах, например берётся DLY_TTL. Модель UGATE - типовой вентиль; UTGATE - вентиль с тремя состояниями; UEFF - триггер с динамическим управлением; UGFF - триггер с потенциальным управлением.

2

55

)MNTYMXDLY - выбор значения задержки: 1 - минимальное значение; 2 - типичное значение; 3 - максимальное значение; 4 - расчёт наихудшего случая (минимум/максимум). Если значение задержки назначается параметром DIGMNTYMX окна Global Setting - оно равно нулю (по умолчанию параметр равен 2).

Рис.2.2.2.. Представление электрического сигнала в различных координатах

Импульсный сигнал имеет вид, показанный на рис. 2.2.3.. Для оценки импульса используется ряд параметров: длительность импульса  - определяется по уровню 0,5U_m.

8

Рис. 2.2.3. Импульсный сигнал

Длительность фронта _ф и длительность среза (спада) _с определяются по интервалу времени между уровнями импульса 0,1U_m и 0,9U_m. Если минимальное мгновенное значение импульса не равно нулю, то для такого сигнала дополнительного вводятся параметры: напряжение низкого значения (уровня) u_l и напряжение высокого значения (уровня) u_h. При описании последовательности импульсов может вводиться параметр "скважность" Q, равный отношению периода следования импульсов к длительности импульса: Q = T/.

2

9

.3. При выполнении п.п. 1.2, 1.3 задания следует ознакомиться с материалом, изложенным в [3, с. 14-19]. Вид протекающего в цепи тока определяет форму выходного напряжения цепи. Коэффициент передачи в комплексной форме позволяет получать выражения для амплитудно-частотной (АЧХ) и фазочастотной (ФЧХ) характеристик. Реакция цепи на

с меткой LABEL и её имени.

Если перед значением переменной t стоит знак +, то эта переменная задаёт приращение относительно предыдущего момента времени. Измерение времени в секундах S и её производных.

Имя метки может быть использовано для организации цикла с помощью оператора перехода GOTO. При этом задаётся количество повторяющихся циклов переменной n: <t> GOTO <имя метки> <n> . Если n = -1, то устанавливается бесконечное повторение цикла.

Например, для ГТС с именем IN1 при выполнении первой инструкции без задержки (TIMES):

.DEFINE IN1

+0ns 0

+LABEL=START

+ +50ns 1

+ +50ns 0

+ +50ns GOTO START -1 TIMES

4) I/O MODEL - это имя модели вход/выход цифрового устройства (например, IO_STD: подробно [2, с. 201]), отображающей его входные и выходные сопротивления.

5

54

)TIMESTEP - шаг по времени. Необязательный параметр (равен 0), если заданы абсолютные значения моментов фронта и среза.

2.1.1. Для заданий тестовых воздействий на схему в ППП МСАР-5 могут использоваться генераторы цифровых сигналов (Stimulus Generators), или, как часто их называют в отечественной литературе, генераторы тест-сигналов (ГТС) [2, с. 203-205]. Одноразрядный (одноканальный) цифровой сигнал представляется ГТС Stim1. Его описание следующее:

1) PART - это позиционное обозначение;

2) FORMAT - это спецификация данных, в которых представлены логические уровни сигналов ГТС (для одноканального равна единице). Эта переменная представляет собой последовательность цифр, общее число которых равно числу выходов ГТС. Каждая цифра принимает значения 1 (для двоичной системы), 3 (для восьмеричной системы) и 4 (для шестнадцатеричной системы). Каждая из цифр представляет собой логический уровень сигнала на соответствующем выходе, представленный в системе счисления 2^m (m = 1, 3, 4).

Логические уровни записываются символами: 0; 1; R -фронт; F - срез; Х -неопределённое состояние; Z - высокое выходное сопротивление.

3

53

) СOMMAND - это команды описания формы сигнала. При вводе указывается имя ГТС (например, IN1). Представляют из себя произвольную комбинацию одной или нескольких строк, состоящих из переменных t, определяющих положение фронта или среза сигнала, и логического уровня сигнала, и другой строки

воздействие единичного скачка напряжения отражает переходную характеристику цепи (ПХ). Для обеих цепей необходимо изучить выражение для коэффициента передачи, найти модуль (АЧХ) и фазу (ФЧХ). Необходимо знать выражения, описывающие выходное напряжение цепи во времени.

Схемы цепей для данного исследования приведены на рис. 2.3.1.

Рис.2.3.2. Делитель напряжения, ФНЧ и ФВЧ

3. Указания к выполнению работы

3.2. Для выполнения задания по п.п. 1.1 в ППП MCAP получить:

3.1. Получаемые в ходе работы результаты объяснять препоавателю.

10

1) гармонический косинусоидальный сигнал, имеющий параметры: U_m = 1 В, f = 50 Гц, внутреннее сопротивление источника сигнала 1 Ом и сопротивление внешней нагрузки 100 Ом. Указать начальную фазу сигнала. При работе пользоваться описанием элементов схемы в библиотеке компонентов, временным (переходным) режимом анализа (моделирования).

Вычислить среднеарифметическое, средневыпрямленное и среднеквадратичное значения напряжения полученного сигнала.

2) импульсный сигнал (Pulse source) с параметрами: f = 1 кГц, _ф = _с = 100 нс, u_l = 0,3 В и u_h = 2,4 В при Q = 2 и нагрузке 100 Ом. Определить амплитуду полученного сигнала. Проверить соответствие параметров сигнала на временной диаграмме заданию, в т.ч. что получен сигнал "меандр" (имеющий скважность два).

3.3. Для выполнения задания по п. 1.2 рассчитать резистивный делитель напряжения, рис. 5, с коэффициентом передачи 0,1 и выходным сопротивлением 100 Ом, построить его АХ в диапазоне от минус 10 В до 10 В. АХ - это зависимость выходного напряжения объекта от входного. Здесь могут быть использованы выражения для коэффициента передачи и выходного сопротивления делителя:

11

Таблица 2.1.2.

Значения параметра t_ЗР различных ИС различных схемотехнических базисов

Интегральные схемы		Функция	tЗР10/ tЗР01, нс, не более	РПОТ0/ РПОТ1, мВт
ТТЛ	1533ЛА1	4И-НЕ	28/14	5,23/-
	1533ЛА3	2И-НЕ	14/14	10,59/-
	КР1531ЛИ1	2И	5/5,5	16,9/10,9
	К555ЛИ6	4И	24/24
	КР1531ЛЕ1	2ИЛИ-НЕ	3,5/4,8	17,1/7,4
	1533ЛН1	НЕ	12/12	12,25 мВт средняя
КМДП	К561ЛА7	2И-НЕ	160/160	UИП = 5 В
	К561ЛА8	4И-НЕ	160/250	"
	К561ЛЕ5	2ИЛИ-НЕ	180/260	"
	КР1561ЛИ2	2И	250/250	"
	К561 ЛН2	НЕ	110/120	"
ЭСЛ	К500ЛМ102	2И-НЕ	2,9/2,9	135 мВт
	К500ЛМ109	4И-НЕ	2,9/2,9	73
	К500ЛЕ106	4ИЛИ-НЕ	2,9/2,9
52 БПЛ	К6500ЛР1	2_2И-ИЛИ-НЕ	0,42	550 мВт
	К6500ЛР2	(НЕ-2И)-2И-ИЛИ-НЕ	0,42	550

Таблица 2.1.1.

Значения параметра t_ЗР базовых элементов ИС различных схемотехнических базисов

Интегральные схемы		tЗР, нс	Потребляемая мощность, мВт
ТТЛ	Серия 155	10	10
	Серия 555	10	2
	Серия 531	3	20
	Серия 1533	4	2
	Серия 1531	3	4
КМДП (КМОП)	Серия К561	50	UИП = 15 В; 0,4 мкВт
ЭСЛ	Серия 500	1,8	14 мВт
	Серия 1500	0,75	40
БПЛ	Серия 6501	0,15	5

51

(3.3.1.)

Зафиксировав полученные результаты, в ППП MCAP исследовать схему резистивного делителя сначала во времени, а затем в режиме анализа по постоянному току при тех же условиях. Сравнить расчётные результаты и данные, полученные в ходе моделирования.

Выполнить многовариантный анализ (Stepping) по величине сопротивления R₂ (8-10 дискретных значений).

3.4. Рассчитать интегроцепь и дифцепь с частотой среза 1 МГц и резистором в цепи сопротивлением 500 Ом, построить их АЧХ (зависимость модуля коэффициента передачи от частоты) и ФЧХ (зависимость фазы коэффициента передачи от частоты), полученные данные зафиксировать. Могут быть изначально использованы выражения:

(3.4.1.)

(3.4.2.)

(3.4.3.)

12

. (3.4.4.)

В ППП MCAP исследовать схемы интегро и дифцепи: по полученным АЧХ и ФЧХ определить полосу пропускания соответствующих фильтра нижних частот и фильтра верхних частот, подавление на удвоенной частоте среза 2f_ср, оценить вносимый фазовый сдвиг на частотах f_ср и 2f_ср. Необходимо помнить, что частота среза (полоса пропускания) определяется на уровне минус 3 дБ (или 1/2^1/2). Сравнить полученные данные с расчётными.

В этом же пакете оценить переходные характеристики h(t) обеих цепей, используя соответствующий вид анализа. Зафиксировать форму и оценить время установления выходного напряжения на выходе интегрирующей и дифференцирующих цепей. При проведении данного опыта следует описать импульсный сигнал с параметрами: U_m = 1 B, f = 1 кГц, _ф = _с = 1 нс, _и = 800 мкс, и воздействовать этим сигналом на исследуемую цепь. Правильность полученных результатов может быть проверена соответствием оценкам по выражениям для выходных напряжений цепей:

(3.4.5.)

(3.4.6.)

13

ИС, выбирают необходимый типофункционал, но имеющий время задержки распространения сигнала t_ЗР такое, чтобы логическая функция была реализована на одном такте изменений всех входных сигналов схемы.

В табл 2.1.1. приведены примеры значений параметра t_ЗР базовых элементов ИС различных схемотехнических базисов: ТТЛ - транзисторно-транзисторной логики; КМДП - комплементарные металл-диэлектрик-полупроводник; ЭСЛ - эмиттерно-связанная логика; БПЛ - буферизированная полевая логика [3, 4]. Следует помнить, что чем сложнее типофункционал, тем больше величина параметра t_ЗР такой ИС, табл. 2.1.2.

50

. (2.1.2.)

Минимизация функции в ДНФ или КНФ равноправна. Представление результата минимизации в ДНФ или КНФ зависит от вида функции и состава используемых логических элементов. Реализация функции в ДНФ требует преимущественного использования логических элементов И (И-НЕ), а в КНФ - логических элементов ИЛИ (ИЛИ-НЕ). При использовании логических элементов И (И-НЕ) логическую функцию целесообразно представить в виде произведения переменных, а логических элементов ИЛИ (ИЛИ-НЕ) - в виде суммы переменных. Задачу решают, воспользовавшись правилом двойной инверсии и теоремой де Моргана. Для рассматриваемой функции соответственно имеем:

. (2.1.3.)

Н

49

ахождение логических функций и последующую их минимизацию широко применяют при проектировании логических схем комбинационного типа. Для составленной электрической схемы необходимо выбрать серию ИС и типофункционал логических элементов с учётом задержки распространения сигнала. Выбор проводится исходя из обзора справочников по дискретным (цифровым) ИС и литературе, отражающей схемотехнику базовых элементов различных технологий ИС. Исходя из частоты, на которой должны работать

(3.4.7.)