基于EWB的逻辑电路竞争冒险现象仿真研究.doc

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****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。 1 EWB 软件简介 EWB 软件的操作界面 1. EWB 的主窗口 2 .元件库栏 3 .信号源库 4 .基本器件库二极管库 5 .指示器件库 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。 3. 基本分析方法 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。 2 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 AAL?,理想情况下,输出应恒等于 0 。但是由于 G 1 门的延迟时间 t pd,A 下降沿到达 G 2 门的时间比 A 信号上升沿晚 1 t pd, 因此,使 G 2 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”。 1 A L=A A G 1 G 2 AA L & pd t (b ) (a )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 G 1 门的延迟时间 t pd ,会使 G 2 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”。 1G A G 1 L=A+A 2 ≥1 (a ) A (b ) L A pd t 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 G 2 )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。 1. 竞争现象任何一个门电路都具有一定的传输延迟时间