4.3. Описание цифровых компонентов

4.3.1. 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.

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.

Рис. 4.22. Модель цифровой ИС

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.