Описание цифровых компонентов

Основные понятия

Первоначально программа PSpice была предназначена для моделирования чисто аналоговых устройств. В настоящее время она обеспечивает моделирование смешанных аналого-цифровых цепей, которые, в частности, могут состоять только из цифровых устройств и не содержать аналоговых блоков. Обычно смешанные устройства моделируются в режиме .TRAN (расчет переходных процессов), однако другие режимы также доступны. В режиме .DC задержки сигналов в цифровых блоках игнорируются и рассчитываются логические уровни выходов цифровых компонентов в стационарном режиме. В режимах .AC, .NOISE, .TF и .SENS цифровые компоненты не участвуют в анализе малосигнальных частотных характеристик цепи, лишь для аналоговых частей аналого-цифровых и цифроана-логовых интерфейсов составляются линеаризированные схемы замещения их входных и выходных комплексных сопротивлений. Директивы программы PSpice описаны в разд. 4.1, здесь же обсудим специфику моделирования цифроаналоговых устройств.

Рис. 4.22. Модель цифровой ИС

Реальные цифровые ИС в программе PSpice представлены в виде примитивов U xxx, отражающих их функционирование на логическом уровне, и двух аналого-цифровых и цифроаналоговых интерфейсов А/Ц и Ц/А, отображающих их входные и выходные каскады (рис. 4.22). В задании на моделирование указываются только примитивы цифровых устройств Uxxx. Если при этом цифровые ИС соединяются непосредственно друг с другом, то блоки интерфейсов во внимание не принимаются. Если же ко входу или выходу ИС подключен аналоговый компонент, то необходимо включить соответствующий интерфейс. В принципе они могут быть вручную включены в описание задания на моделирование (в файл.*.СIR) как отдельные компоненты, однако программа PSpice Schematics делает это автоматически.

Итак, смешанные аналого-цифровые цепи состоят из компонентов трех типов:

аналоговые компоненты;
устройства сопряжения аналоговых и цифровых компонентов (устройства интерфейса);
цифровые компоненты (примитивы).

Соответственно различают три типа узлов:

аналоговые узлы, к которым подключены только аналоговые устройства;
цифровые узлы, к которым подключены только цифровые устройства;
узлы интерфейса, к которым подключена комбинация аналоговых и цифровых устройств

Программа PSpice Schematics автоматически расщепляет каждый узел интерфейса на два узла - чисто аналоговый и чисто цифровой - и включает между ними макромодель аналого-цифрового или цифроаналогового интерфейса. Кроме того, к моделям интерфейсов автоматически подключается источник питания цифровых схем.

Логические уровни цифровых узлов принимают одно из пяти значений:

1 - высокий уровень;
0 - низкий уровень;
R - положительный фронт (Raise, переход из состояния «0» в «1»);
F - отрицательный фронт (Fall, переход из состояния «1» в «0»);
X - неопределенное состояние (может принимать значение «0», «1», промежуточное или нестабильное состояние);
Z - состояние высокого выходного сопротивления (логический уровень может быть высоким, низким, промежуточным или нестабильным).

При вычислении логических уровней узлов, к которым подключено несколько цифровых компонентов, принимаются во внимание выходные сопротивления источников сигналов.

Приведем далее описания устройств интерфейса и цифровых компонентов.

Устройства интерфейса

Устройства интерфейса включаются между аналоговыми и цифровыми компонентами и выполняют две функции. Во-первых, с их помощью при моделировании электрических процессов в аналоговой части цепи задаются схемы замещения входных и выходных каскадов цифровых компонентов, соединенных непосредственно с аналоговыми компонентами. Во-вторых, они обеспечивают преобразование электрического напряжения в логический уровень и наоборот, чтобы обеспечить обмен данными между подпрограммами моделирования электрических процессов в аналоговой части цепи и логического моделирования цифровой части. Они подразделяются на устройства передачи данных от аналоговых на вход цифровых компонентов, называемые интерфейс А/Ц (Digital Output), и на устройства передачи данных от цифровых на вход аналоговых компонентов, называемые интерфейс Ц/А (Digital Input).

Если аналоговые и цифровые компоненты взаимодействуют в процессе моделирования, устройства интерфейса включаются в схему замещения цепи автоматически, когда они соединяются друг с другом. Пользователь при этом не включает устройство сопряжения в файл описания цепи с расширением *.CIR. Для обеспечения такого режима предварительно в библиотеки цифровых компонентов включаются ассоциируемые с каждым компонентом модели устройств интерфейса, оформленные в виде макромоделей. При расщеплении узла интерфейса для автоматического включения устройства интерфейса программа PSpice Schematics создает новый цифровой узел. Перечень этих узлов, созданных программой, помещается в выходном файле с расширением *.OUT в разделе Generated AtoD and DtoA. Заметим, что узел интерфейса характеризуется электрическим напряжением, а дополнительный цифровой узел - логическим состоянием. Пользователь имеет право непосредственно включить в описание цепи устройства интерфейса А/Ц и Ц/А, при этом программа новые устройства включать уже не будет.

Рис. 4.23. Пример смешанной аналого-цифровой цепи

Рассмотрим в качестве примера смешанную цепь на рис. 4.33, а. Она состоит из двух цифровых компонентов: генератора цифрового сигнала U1 и логического вентиля 2И-НЕ, представленного в виде макромодели XI. На один вход вентиля XI подключается генератор аналогового сигнала VSIN, на другой - генератор цифрового сигнала U1, а к выходу - аналоговая RС-цепь. Таким образом, здесь имеются два узла интерфейса 1 и 2. К узлу 1 подключены аналоговый компонент VSIN и вход цифрового компонента XI, поэтому между этими компонентами про-грамма включит в схему замещения интерфейс А/Ц и создаст дополнительный цифровой узел l$AtoD. Аналогично между выходом цифрового компонента XI и аналоговой ЯС-цепью будет включен интерфейс Ц/А и создан дополнительный цифровой узел 3$DtoA, как показано на рис. 4.23, б. Имена дополнительных цифровых узлов составляются по следующему правилу: в начале их имени повторяется имя узла интерфейса, к нему добавляется символ $ и затем суффикс AtoD или DtoA в зависимости от типа интерфейса (имя узла на выходе А/Ц приобретает суффикс AtoD, на входе Ц/А - DtoA). Если к одному узлу интерфейса подключается не один, а несколько однотипных компонентов, то образуются дополнительные цифровые узлы, в конце имен которых добавляются цифры 2, 3 ... Кроме того, в схеме замещения на рис. 4.23, б к интерфейсу Ц/А автоматически подключается источник питания через глобальный узел $G_POS.

Отметим, что схема замещения на рис. 4.23 содержит аналоговые узлы 1, 3, $G_POS и цифровые узлы l$AtoD, 2, 3$DtoA. Потенциалы аналоговых узлов и логические состояния цифровых узлов можно вывести на печать, например, по директиве

.PRINT TRAN V(l) D(2) V(3)

Итак, каждому реальному цифровому компоненту ставятся в соответствие:

1) два устройства интерфейса для сопряжения с аналоговыми устройствами, которые могут подключаться к его входу и выходу, названные нами для краткости интерфейсами Ц/А и А/Ц; они осуществляют обмен данными между подпрограммами моделирования аналоговых и цифровых устройств программы PSpice;

2) модели вход/выход, отображающие его входные и выходные комплексные сопротивления;

3) модели динамики, учитывающие запаздывания сигналов. Модели цифровых компонентов и ассоциируемые с ними сопутствующие модели помещаются в специальные библиотеки.

⇐ Предыдущая17181920212223242526Следующая ⇒

Поделиться: