10.2. Динамическое цифровое моделирование: временные диаграммы
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.
10.2.1 Обозначения узлов и отображение цифровых состояний 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 Currents и Subcircuits Nodes в центральной части окна Add Traces (рис. 10.7).
Рис. 10.7. Окно Add Traces с 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 9 Установите 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 Value и 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 10 Проведите моделирование этой схемы с теми же установками для анализа, какие были выполнены на предыдущем шаге, затем откройте окно Add Traces и деактивизируйте в нем опции указания токов Currents, узлов подсхем Subcircuits Nodes и альтернативных имен Alias Names. В итоге ваш список диаграмм должен быть таким, как на рис. 10.9.
Рис. 10.9. Содержание списка диаграмм после моделирования схемы, узлы которой были снабжены метками
Если вы, путем поочередной активизации одной из опций Analog или Digital, будете давать PROBE установку отражать в списке диаграмм либо только аналоговые, либо только цифровые величины, то вам станет ясен принцип указания данных моделирования подобного рода:
• аналоговые напряжения обозначаются по-прежнему (V(out), V(in), V(R1:1)), при моделировании схем с цифровыми компонентами к ним добавляются только обозначения цифровой «массы» V($G_DGND) и цифрового напряжения питания V($G_DPWR);
• для узлов, на которых расположены как аналоговые, так и цифровые компоненты, наряду с указанием аналоговых напряжений есть также указание цифровых состояний. Их имена состоят из имени соответствующей метки и окончания $AtoD или $DtoA;
• для узлов, на которых находятся исключительно цифровые компоненты, выдаются только цифровые состояния. В их обозначениях также используются имена меток.
Шаг 11 Выведите на экран PROBE аналоговые узловые потенциалы входного V(in) и выходного напряжений V(out) — см. рис. 10.10. В середине, между двумя инверторами, расположен чисто цифровой узел. Поэтому значения напряжения на нем нет.
Рис. 10.10. Временная диаграмма входного и выходного напряжения
Шаг 12 В дополнение к аналоговым напряжениям выведите на экран три цифровых состояния: in$AtoD, middlee и out$DtoA (рис. 10.11).
Рис. 10.11. Аналоговые напряжения и цифровые состояния
Вы видите, что теперь экран PROBE разделен на две части: в нижней отображаются аналоговые напряжения, в верхней представлены цифровые состояния. При желании вы можете изменять пропорции двух этих частей.
Шаг 13 Откройте в PROBE меню Plot и щелкните по строке Digital Size… (Размер цифровой части). Выделите для изображения цифровой части 15% всего экрана, чтобы привести его в соответствие с рис. 10.12.
Рис. 10.12. Экран PROBE с увеличенной аналоговой частью
10.2.2. Изображение неопределённых состояний в PROBE[35]
В этом разделе вам снова понадобится то изображение, которое вы получили после выполнения предыдущего шага (см. рис. 10.12), чтобы точнее исследовать области перехода между цифровыми состояниями. Для этого вам потребуется отобразить одну из областей перехода в сильно увеличенном виде. Вам уже известны два способа увеличить фрагмент изображения в PROBE: либо внести необходимые изменения в масштаб оси координат X, вызвав из меню Plot окно X Axis Settings, либо выбрать и увеличить интересующий вас фрагмент с помощью кнопки с увеличительным стеклом. Эти способы годятся и для увеличения масштаба фрагмента цифровой части экрана PROBE. Хотя кнопка с увеличительным стеклом работает там несколько иначе.
Шаг 14 Выведите на экран изображение, как на рис. 10.12, и затем, чтобы увеличить фрагмент цифровой части, действуйте следующим образом:
1. Щелкните по кнопке с изображением увеличительного стекла, соответствующей команде View Area (см. рецепт 6 в главе 6). Курсор превратится в крест.
2. Установите курсор-крест внутри цифровой части где-нибудь на левом крае области, которую хотите увеличить, и, удерживая левую клавишу мыши, переместите его к правому краю увеличиваемой области.
3. Отпустите клавишу мыши и насладитесь видом увеличенного фрагмента.
4. Повторите процедуру, если полученного увеличения недостаточно.
5. Чтобы вернуть изображение к первоначальному состоянию, надо щелкнуть по кнопке с увеличительным стеклом (см. рецепт 6 в главе 6).
Шаг 15 С помощью только что освоенных возможностей изменения масштаба цифровой части добейтесь, чтобы изображение на вашем экране было аналогично рис. 10.13.
Рис. 10.13. Увеличенный фрагмент изображения
На рис. 10.13 видно, как в PROBE показываются неопределенные исходные состояния ТТЛ-компонентов в области от 0.8 В до 2 В: в цифровой части экрана эта область обозначается с помощью параллелограмма, в аналоговой части - стабилизированным напряжением от 0.8 В до 2 В.
35
Выходы многих триггеров, счетчиков и других компонентов цифровой техники имеют неопределенные состояния непосредственно после подачи напряжения. Но иногда бывает нужно, чтобы к началу моделирования эти выходы уже имели определенные состояния. В таком случае вы можете задать соответствующую настройку, щелкнув в окне Analysis Setup по кнопке Digital Setup….