Роберт Хайнеманн - Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE

Взглянув на рис. 10.3, вы можете заметить, каким интересным качеством обладает PSPICE при одновременном моделировании аналоговых (резисторы, конденсаторы, транзисторы, источники напряжения аналогового сигнала и т.п.) и цифровых (логические элементы) компонентов. В тех местах, где узловые пункты связывают исключительно цифровые компоненты, моделирование выявляет цифровые состояния (1 или 0). Там, где на узле находится хотя бы один аналоговый компонент, выдаются значения напряжения. Видно, что напряжение на выходе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (X-OR) как раз немногим выше двух вольт. Значит, этот резистор может быть подключен напрямую, то есть без дополнительных формирователей.

Шаг 6Уменьшите сопротивление резистора до 180 Ом, сохраните схему под именем DIGI3.sch и с помощью моделирования убедитесь, что при таком сопротивлении напряжение уже не преодолевает TTЛ-границу равную 2 В. Напряжения, имеющие значения от 0.8 до 2 В, в технике выполнения ИС в базисе ТТЛ считаются неопределенными состояниями. Обратите внимание: неопределенное состояние логического элемента X-OR приводит к тому, что выход, где установлена метка out, также принимает неопределенное состояние, которое программа PSPICE обозначает как X (рис. 10.4).

Рис. 10.4. Цифровая схема, где выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ D18A перегружен и не может передать сигнал достаточно высокого уровня

Протестируйте «интеллект» программы PSPICE, выбрав для схемы с недопустимым сопротивлением R=180 Ом такую комбинацию входных напряжений, которая создаст сигнал логической единицы на выходе элемента ИЛИ-НЕ и, следовательно, несмотря на неопределенное состояние элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, обеспечит ясный сигнал выхода (лог. 1). Поймет ли это PSPICE?

Как вы уже выяснили, лампа с сопротивлением 200 Ом не приводит цифровую схему к неопределенным состояниям, однако хорошим решением это не назовешь, поскольку лампа с номинальным напряжением 5 В при напряжении около 2 В, которое предоставляется на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, будет работать всего лишь как коптилка. Кроме того, игнорируется требование о соблюдении в ТТЛ-схемах запаса помехоустойчивости в размере 0.4 В. То есть на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ должно быть напряжение как минимум 2.4 В.

Шаг 7Дополните свою схему, установив в ней в качестве формирователя транзистор BC548B (рис. 10.5), и сохраните ее под именем DIGI4.SCH. Заново проведите моделирование. В результате изображение на вашем экране должно соответствовать образцу на рис. 10.5. [34] Способность моделировать смешанные аналоговые и цифровые схемы является отличительной особенностью программы PSPICE. Такое моделирование называется Mixed-Mode Simulation. Благодаря этому программа PSPICE имеет значительное превосходство перед другими логическими анализаторами.

Рис. 10.5. Смешанная аналого-цифровая схема с индикаторами логических состояний на чисто цифровых узлах и аналоговых напряжений на смешанных аналого-цифровых узлах

Допустимый ток коллектора BC548B составляет I Cmax=200 мА. Определите, какое наименьшее сопротивление должна иметь лампочка при таком токе коллектора, чтобы ее можно было приводить в действие с помощью схемы, изображенной на рис. 10.5. Проведите моделирование схемы с данным сопротивлением и выясните, насколько при этом удовлетворительна ее работа. Если необходимо, внесите в схему соответствующие изменения.

Когда требуется исследовать временную зависимость цифровых процессов, на помощь проектировщику приходит программа-осциллограф PROBE. Однако для успешной работы в PROBE необходимо умение ориентироваться в тех обозначениях, которые программа PSPICE присваивает узлам моделируемых вами схем. Вы имели возможность убедиться в этом, начиная с ваших самых первых опытов работы в PROBE.

Чтобы выяснить, какие обозначения программа PSPICE присваивает узлам цифровых и смешанных аналого-цифровых схем, возьмем в качестве примера аналого- цифровую схему с двумя инверторами (рис. 10.6).

Рис. 10.6. Смешанная аналого-цифровая схема

Шаг 8 Начертите эту схему и сохраните ее в папке Projects под именем DIGI5.sch. Проведите анализ переходных процессов в интервале времени от 0 до 2 мс с шириной шага вычислений 0.2 мкс (поле Step Ceiling). По завершении моделирования откройте список диаграмм (окно Add Traces). Чтобы легче было работать с этим списком, удалите из него обозначения токов и величин, которые программа PSPICE рассчитала в узлах подсхем, сняв флажки рядом с опциями Currentsи Subcircuits Nodesв центральной части окна Add Traces(рис. 10.7).

Рис. 10.7. Окно Add Tracesс указанным содержанием списка диаграмм

Для того чтобы полностью разобраться в списке диаграмм, ваших прежних знаний будет недостаточно. К счастью, вам это и не понадобится, если вы воспользуетесь одним несложным приемом: установите в тех местах своей схемы, которые представляют для вас интерес, особые метки, иными словами, дадите узлам собственные обозначения.

Шаг 9Установите на схеме, изображенной на рис. 10.6, такие метки, чтобы входной узел назывался in, выходной — out, а узел между двумя инверторами — middl.

Как вы помните, чтобы установить метку на каком-либо сегменте проводки, нужно двойным щелчком мыши по этому месту открыть окно Set Attribute Valueи ввести в нем желаемое имя. Если вы сделали все правильно, то ваша схема должна выглядеть так, как показано на рис. 10.8.

Рис. 10.8. Схема с узлами, снабженными метками

Шаг 10Проведите моделирование этой схемы с теми же установками для анализа, какие были выполнены на предыдущем шаге, затем откройте окно Add Tracesи деактивизируйте в нем опции указания токов Currents, узлов подсхем Subcircuits Nodesи альтернативных имен Alias Names. В итоге ваш список диаграмм должен быть таким, как на рис. 10.9.