4. Основные сведения о генераторах цифровых последовательностей

При компьютерном моделировании цифровых устройств и их тестировании необходимы источники цифровых сигналов, подобные тем, которые используются при анализе аналоговых схем: SIN, PULSE, USER и др. Цифровые генераторы вырабатывают на выходе пачку из n импульсов с заданной частотой следования, которая может иметь ряд дискретных значений.

4.1. Аппаратурная реализация генератора цифровых последовательностей.

На рис 3. показана упрощенная функциональная схема такого цифрового источника. Кварцевый генератор выдает высокостабильное колебание с частотой, например, 10 МГц. Десятичный делитель обеспечивает ряд дискретных частот в двоичной форме. Для этого каждое из десятичных чисел последовательно делится на 2 с записью остатка от деления на каждом шаге. Результат преобразования десятичного кода в двоичный – последовательная запись остатков, начиная с младшего значащего разряда (МЗР). Символическое обозначение такого преобразователя – (1/2) Двоично – десятичные переключатели обеспечивают формирование числа n и его запись в высокоскоростные вычитающие счетчики, тактируемые непосредственно импульсами от десятичного делителя. При двоично–десятичном представлении чисел каждая десятичная цифра числа записывается в виде группы из четырех двоичных разрядов (двоично–десятичный код). Триггеры (ТГ1 и ТГ2) и различные типы вентилей: И, ИЛИ, НЕ и др. обеспечивают синхронизацию и формирование заданной импульсной последовательности.

Для аппаратурной реализации цифровых устройств используется ТТЛ, КМОП, ЭСЛ–логика: каждой серии соответствуют свои источники питания и, следовательно, свои величины напряжений логических уровней 0 и 1.

Выходной каскад может обеспечить две пары прямых и инвертированных сигналов (если не запараллеливать выходы инверторов 1,2,3,4), при попарном параллельном включении увеличивается нагрузочная способность схемы и уменьшается количество выходов. Добавление преобразователя уровня 5, 6 со своим, отличным от схемы, источником питания позволяет регулировать величину напряжения логических уровней.

4.2. Компьютерное моделирование генератора цифровых сигналов (Stimulus generator)

Как видно, реальный цифровой генератор содержит аналоговые и цифровые узлы. При компьютерном моделировании программа автоматически разрывает цепи в узлах, где сходятся аналоговые и цифровые схемы и вставляет интерфейс: аналого-цифровой преобразователь (АЦП) при переходе от аналога к цифре и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) при переходе от цифрового узла к аналоговому. При этом в схему добавляются дополнительные источники питания для введенного интерфейса.

Состояния цифровых узлов и их условные обозначения приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Условное обозначение	Состояние
1	логическая 1,высокий уровень,high
0	логический ноль, низкий уровень, low
R	переход от низкого уровня к высокому, rize
F	переход от высокого уровня к низкому, fall
X	состояние 1, 0 или нестабильное
Z	любое из перечисленных выше состояний (состояние высокого импеданса, при котором логический уровень неопределенный)

Рис. 3

В программе МС каждому реальному цифровому компоненту ставятся в соответствие следующие модели:

• для сопряжения с аналоговыми устройствами, которые могут подключаться к его входу и выходу, ставятся два устройства интерфейса Д/А (А/Ц) и А/Д (Ц/А),которые осуществляют обмен данными между подпрограммами, моделирующими аналоговые и цифровые устройства;

• модели вход/выход (I/O model) ,отражающие входные и выходные комплексные сопротивления данного цифрового компонента;

• временные модели, учитывающие запаздывания сигналов в различных элементах схемы.

Модели цифровых компонентов, стандартные и создаваемые пользователем, размещаются в библиотеке программы LIBRARY в файлах с префиксом dig.

При соединении нескольких цифровых компонентов различного назначения необходимо соблюдать соответствие длительностей переходных процессов составляющих элементов: времени установления и спада, называемых временем переключения TSWLH и TSWHL, и длительности сигналов. В свою очередь эти параметры зависят от величин входных и выходных сопротивлений и емкостей цифровых моделей.