Современная электроника №7/2020

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 64 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2020 Рис. 1. Структурная схема вентиля микросхемы MC14520B из спецификации с текстовыми обозначениями элементов работки моделей могут стать открытые источники информации о компонен- тах, например спецификация фирмы изготовителя. От разработчика модели требуется: определить структуру состав- ных частей модели, выразить состав- ные части при помощи доступных ими- татору базовых моделей, выполнить параметризацию модели (если тре- буется), выполнить идентификацию параметров модели, произвести вери- фикацию, сформировать паспорт моде- ли для её пользователей. В спецификации микросхемы MC14520B [3] указано, что она пред- ставляет собой сдвоенный четырёхраз- рядный счётчик импульсов с входами сброса и установки. На рисунке 1 пред- ставлена логическая схема половины счётчика. Этот рисунок будет являть- ся основой для построения структуры модели счётчика. Построение структуры модели Логическая структура Логическая структура, предлагаемая в спецификации, содержит следующие элементы: ● инвертор с инверсией на выходе; ● инвертор с инверсией на входе; ● элемент 2И–НЕ; ● элемент 2НЕ–И; ● элемент 3НЕ–И; ● элемент 4НЕ–И; ● динамический D-триггер с инверси- ей на входе C. Необходимо выразить элементы логической структуры через базовые логические элементы, поддерживаемые имитатором. Рисунок, приведённый в спецификации, не содержит услов- ных текстовых обозначений элемен- тов, поэтому для улучшения изложе- ния введём обозначения D1…D20 (см. рис. 1), а логическая схема будет выра- жена в виде принципиальной электри- ческой схемы в Altium Designer. Поскольку прямые соответствия некоторым элементам логической схе- мы среди базовых моделей логических устройств имитатора установить невоз- можно, то придётся выразить таковые элементы через композицию базовых моделей. Это несколько меняет логи- ческую схему, что может повлиять на задержки сигналов, поскольку в ими- таторе каждая модель логического устройства имеет ненулевую задерж- ку распространения. Для парирова- ния дополнительной задержки рас- пространения в электрической цепи можно применить один из двух приё- мов: уменьшить задержку последующе- го элемента по пути распространения сигнала или добавить аналогичные эле- менты задержки в параллельные участ- ки электрической цепи. Первый способ позволяет явно парировать задерж- ку, второй способ предоставляет воз- можность выполнить выравнивание задержки на параллельных участках. При выполнении компенсации задерж- ки следует отдать приоритет первому способу по той причине, что он связан с изменением параметров существую- щих элементов и не требует добавления дополнительных элементов, что снижа- ет временные издержки на выполнение расчёта, так как не приводит к излиш- нему увеличению сложности электри- ческой цепи. При разработке структуры модели рекомендуется ориентироваться на допустимые значения электрических и временны ′ х параметров, соответ- ствующих рабочей температуре +25 ° C. В спецификации указано, что типич- ные значения электрических параме- тров не должны использоваться при решении задач проектирования, а ука- заны для демонстрации потенциальной производительности микросхемы. Структура входов Информация о технологии изготов- ления и внутреннем устройстве микро- схемы может быть использована для формирования структуры входов и выходов микросхемы. В спецификации указано, что микро- схема изготавливается по КМОП- технологии с P- и N-канальными транзисторами. Все входы имеют диодную защиту. Допустимый диапа- зон напряжения питания от 3 до 18 В. В спецификации указано, что вход- ное напряжение зависит от напряже- ния питания микросхемы (см. табл. 2). Входы микросхемы имеют предельную ёмкость 7,5 пкФ. Предельный постоян- ный ток потребления для входов ука- зан равным 0,1 мкА при напряжении питания 15 В. Таким образом, для формирования структуры входа следует разработать схему замещения, которая должна быть чувствительна к напряжению питания, а также иметь диодную защиту. К сожа- лению, в спецификации отсутствует детальная информация о напряжении срабатывания входов от напряжения для типичной микросхемы, а приве- дены только предельные значения. Если построить зависимость напря- жения срабатывания входа от напря- жения питания (см. рис. 2), то мож- но увидеть, что кривая зависимости меняет свой наклон примерно в обла- сти 10 В. Эти характеристики можно аппроксимировать при помощи поли- нома второй степени (см. линии тренда на рисунке 2). При этом для трёх точек коэффициент корреляции получает- ся равным 1, и применение полино- Таблица 2. Зависимость входного напряжения от напряжения питания Характеристика Напряжение питания, В Напряжение входа, В Vil («0») 5 1,5 Vil («0») 10 3,0 Vil («0») 15 4,0 Vih («1») 5 3,5 Vih («1») 10 7,0 Vih («1») 15 11,0