文档介绍：基于EWB的逻辑电路竞争冒险现象仿真研究
前言
在当今电子设计领域,EDA设计和仿真是一个十分重要的设计环节。在众多的EDA设计和仿真软件中,EWB以其强大的仿真设计应用功能,在各高校电信类专业电子电路的仿真和设计中得到了较广泛的应用。EWB及其相关库包的应用对提高学生的仿真设计能力,更新设计理念有较大的好处。
EWB最突出的特点是用户界面友好,各类器件和集成芯片丰富,尤其是其直观的虚拟仪表是EWB的一大特色。EWB所包含的虚拟仪表有:示波器,万用表,函数发生器,波特图图示仪,失真度分析仪,频谱分析仪,逻辑分析仪,网络分析仪等。而通常一个普通实验室是无法完全提供这些设备的。这些仪器的使用使仿真分析的操作更符合平时实验的习惯。
本次毕业设计主要是应用EWB(电子工作平台)软件结合竞争冒
险现象原理的和实际判断过程来设计和仿真相关电路,并通过仿真结果来进一步说明竞争冒险现象。
EWB软件简介
EWB软件的操作界面
EWB软件基本操作方法介绍
EWB软件具体操作方法很细,下面就常用仪器举例说明:
(1) 数字多用表
数字多用表的量程可以自动调整。下图是其图标和面板。
(2)示波器
示波器为双踪模拟式,其图标和面板如下图所示。
(3)信号发生器
信号发生器可以产生正弦、三角波和方波信号,其图标和面板如
下图所示。可调节方波和三角波的占空比。
(4)波特图仪
波特图仪类似于实验室的扫频仪,可以用来测量和显示电路的幅度频率特性和相位频率特性。波特图仪的图标和面板如下图所示。
波特图仪有IN和OUT两对端口,分别接电路的输入端和输出端。每对端口从左到右分别为+V端和-V端,其中IN端口的+V端和-V端分别接电路输入端的正端和负端,OUT端口的+V端和-V端分别接电路输出端的正端和负端。此外在使用波特图仪时,必须在电路的输入端接入AC(交流)信号源,但对其信号频率的设定并无特殊要求,频率测量的范围由波特图仪的参数设置决定。
1)直流工作点的分析
直流工作点的分析是对电路进行进一步分析的基础。在分析直流工作点之前,要选定Circuit/Schematic Option中Show nodes(显示节点)项,以把电路的节点号显示在电路图上。
2)交流频率分析
交流频率分析即分析电路的频率特性。需先选定被分析的电路节点,在分析时,电路的直流源将自动置零,交流信号源、电容、电感等均处于交流模式,输入信号也设定为正弦波形式。
3)瞬态分析
瞬态分析即观察所选定的节点在整个显示周期中每一时刻的电压波形。在进行瞬态分析时,直流电源保持常数,交流信号源随着时间而改变,电容和电感都是能量储存模式元件。在对选定的节点作瞬态分析时,一般可先对该节点作直流工作点的分析,这样直流工作点的结果就可作为瞬态分析的初始条件。
4)傅里叶分析
傅里叶分析用于分析一个时域信号的直流分量、基频分量和谐波分量。一般将电路中交流激励源的频率设定为基频,若在电路中有几个交流源时,可以将基频设定在这些频率的最小公因
数。
竞争冒险相关原理
产生竞争冒险现象的原因
由于延迟时间的存在,当一个输入信号经过多条路径传送后又重新会合到某个门上,由于不同路径上门的级数不同,或者门电路延迟时间的差异,导致到达会合点的时间有先有后,从而产生瞬间的错误输出。这一现象称为竞争冒险。
图(a)所示的电路中,逻辑表达式为,理想情况下,输出应恒等于0。但是由于G1门的延迟时间tpd,下降沿到达G2门的时间比A信号上升沿晚1tpd,因此,使G2输出端出现了一个正向窄脉冲,如图(b)所示,通常称之为“1冒险”。
图1 产生1冒险(a)逻辑图(b)波形图
同理,在图2(a)所示的电路中,由于G1门的延迟时间tpd,会使G2输出端出现了一个负向窄脉冲,如图2(b)所示,通常称之为“0冒险”。
图2 产生0冒险(a)逻辑图(b)波形图
“0冒险”和“1冒险”统称冒险,是一种干扰脉冲,有可能引起后级电路的错误动作。产生冒险的原因是由于一个门(如G2)的两个互补的输入信号分别经过两条路径传输,由于延迟时间不同,而到达的时间不同。这种现象称为竞争。
任何一个门电路都具有一定的传输延迟时间t,即当输入信号发生突变时,输出信号不可能跟着突变,而要滞后一段时间变化。由于各个门的传输时间差异,或者输入信号通过的路径(即门的级数)不同造成的传输时间差异,会使一个或几个输入信号经不同的路径到达同一点的时间有差异。犹如赛跑,各个运动员到达终点的时间会有先后一样,这种现象称为竞争。
如下图所示,变