Пятизначное моделирование для анализа цифровых элементов в системе автоматизированного проектирования OrCAD

Применение пятизначного моделирования для анализа цифровых элементов в системе автоматизированного проектирования OrCAD с наличием статических и динамических рисков сбоя.

Асинхронное моделирование

Асинхронный метод моделирования применяется для анализа переходных процессов в логических схемах. В этом методе учитывается время распространения сигналов в элементах и соединительных цепях схемы.
Изменение значений выходных сигналов логического элемента происходит с некоторым запаздыванием по отношению к входным сигналам, которое учитывается задержкой в моделях элементов. Каждый элемент характеризуется некоторой средней задержкой, значение которой может меняться в зависимости от режима работы элемента, комбинации входных сигналов, температуры, отклонения в технологии изготовления элемента и т.д. В зависимости от требуемой степени адекватности моделирования учет задержек производится с той или иной степенью детализации. Задержки в линиях связи весьма малы и обычно не учитываются, однако при моделировании устройств с очень высоким быстродействием учитываются и они.
Временное рассогласование входных сигналов элемента может привести к появлению ложного сигнала на выходе логического элемента. Такая возможность появления ложных сигналов носит название риска сбоя. Если сигналы на выходе схемы для двух смежных наборов входных воздействий остаются одинаковыми, а во время переходного процесса возможно появление ложного сигнала противоположного значения, то такая ситуация называется статическим риском сбоя. Такое временное рассогласование сигналов приводит к появлению на выходе ложного сигнала (рис. 1, а, б.).

Рис. 1, а

Рис. 1, б. Временная диаграмма работы элемента ИЛИ при статическом риске сбоя

Динамический риск сбоя предполагает возможность многократного изменения сигнала на выходе при переходе от входного набора A к набору B, когда выходной сигнал меняется на противоположный (рис. .2.). Как видно из рисунка, при переходе от набора A=X1X2X3={010} к набору B= X1X2X3={101} возникает динамический риск сбоя. Динамический риск сбоя является следствием статического риска сбоя.

Рис. 2. Временная диаграмма работы элемента при динамическом риске сбоя

В логических схемах с памятью, т.е. в схемах с обратными связями, под воздействием входных сигналов могут изменить состояние сразу несколько элементов памяти. Окончательное состояние схемы очень часто зависит от очередности переключения элементов памяти. В этих случаях говорят, что в схеме существуют состязания сигналов обратных связей, или просто - состязания сигналов. Если под воздействием входного сигнала схема из одного состояния может перейти в различные состояния в зависимости от задержек в элементах схемы, то в этом случае состязания называют критическими.
Асинхронное моделирование позволяет выявлять риски сбоев и критические состязания.

По сравнению с синхронным, асинхронное моделирование требует выполнения существенно большего количества вычислений. Объем программ также возрастает из-за необходимости моделирования элементов задержек.
Недостатком асинхронного моделирования является существенно большее по сравнению с синхронным время моделирования.

Значительно быстрее риски сбоев и критические состязания могут быть выявлены моделированием логических схем с использованием многозначного представления сигналов.

Более детально сведения о работе схемы могут быть получены при использовании пятизначного моделирования.
В системе автоматизированного проектирования OrCAD применяется пятизначное моделирование для проектирования цифровых устройств. Для того, чтобы убедится в заложенных методах моделирования, на вход цифровых элементов следует подать нестабильные сигналы (то есть подключить к входам цифровых элементов аналоговые источники питания). В данной лабораторной работе рекомендуется использовать три основных источника сигнала: синусоидальный, импульсный и экспоненциальный.

Справочная информация по элементам
Источники аналоговых сигналов

Источник сигнала	Название	Изображение	Описание параметров
Синусоидальный	VSIN		VOFF	Начальное напряжение
			VAMPL	Амплитуда сигнала относительно VOFF
			FREQ	Частота колебаний
			PHASE	Смещение фазы (в градусах)

Источник сигнала	Название	Изображение	Описание параметров
Импульсный	VPULSE		V1	Начальное напряжение
			V2	Последующее напряжение
			TD	Длительность задержки
			TR	Длительность переходного процесса переключения V1 ® V2
			PW	Длительност импульса
			PER	Длительность периода

Источник сигнала	Название	Изображение	Описание параметров
Экспоненци-альный	VEXP		V1	Начальное напряжение
			V2	Последующее напряжение
			TD1	Время начала переключения в V2
			TC1	Длительность переходного процесса переключения V1 ® V2
			TD2	Время начала переключения в V1
			TC2	Длительность переходного процесса переключения V2 ® V1