LTspice中邏輯門的使用介紹

本文解釋了如何成功地將邏輯門集成到LTspice模擬中。

SPICE模擬器主要用于模擬電路。盡管如此，在許多情況下，例如設(shè)計(jì)混合信號(hào)電路，數(shù)字組件可以增強(qiáng)SPICE模擬。因此，LTspice組件庫(kù)有一個(gè)名為Digital的目錄。如圖1所示，它包含幾個(gè)數(shù)字組件。

LTspice組件庫(kù)中的數(shù)字組件目錄。

圖1。LTspice數(shù)字元件目錄。

然而，當(dāng)你開(kāi)始使用這些組件時(shí)，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)它們并不像看起來(lái)那么用戶友好。本文將參考相關(guān)的LTspice文檔，探討將數(shù)字組件整合到LTspice原理圖中的一些不太明顯的方面。更具體地說(shuō)，我們將重點(diǎn)介紹如何連接這些組件，以便它們?cè)谀M過(guò)程中正常工作。

五輸入與門？

除了反相門和緩沖器外，LTspice的基本邏輯功能還包括以下多個(gè)輸入門：

以及

或

XOR

圖2顯示了從左到右排列的AND、OR和XOR組件。

LTspice的AND、OR和XOR門。

圖2:從左到右：LTspice的AND、OR和XOR門。

圖2中的所有三個(gè)門都有八個(gè)端子：五個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端和一個(gè)沒(méi)有標(biāo)簽的端子。第八個(gè)未標(biāo)記的終端用作設(shè)備的公共終端。當(dāng)我想到標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件時(shí)，我肯定不會(huì)想到五輸入兩輸出門，但這里的意圖是每個(gè)組件都能適應(yīng)多種電路應(yīng)用。

例如，LTspice文檔指出AND設(shè)備“充當(dāng)12種不同類型的AND門”。這意味著LTspice AND組件可以充當(dāng)兩輸入、三輸入、四輸入或五輸入AND門。這四種輸入配置中的每一種都可以與三種輸出配置中的一種組合：

非反相輸出信號(hào)。

反向輸出信號(hào)。

互補(bǔ)輸出信號(hào)。

這為我們提供了總共12種輸入/輸出配置。

為了在SPICE的模擬環(huán)境中正常工作，這些數(shù)字組件需要為電流提供某種相干路徑。因此，文檔規(guī)定電流從輸出中獲取或吸收，并通過(guò)公共端子返回。不需要正極電源連接，因此圖2中明顯沒(méi)有正極電源引腳。

如何處理未使用的輸入

實(shí)際上，很少有模擬需要五輸入邏輯門，因此您可能會(huì)有一個(gè)或多個(gè)未使用的輸入。在這種情況下，正確的程序是將任何未使用的輸入連接到設(shè)備的公共端子。這樣做告訴LTspice從模擬中消除這些輸入。

考慮圖3中的OR門。其公共端子接地，其三個(gè)未使用的輸入端連接到公共端子。

LTspice中的雙輸入或門。其三個(gè)未使用的輸入端連接到公共端子，從而將其從模擬中消除。

圖3。雙輸入或門。其三個(gè)未使用的輸入端已正確連接到公共端子。

就模擬計(jì)算而言，該器件確實(shí)是一個(gè)雙輸入或門。因?yàn)樗鼈冞B接到公共端子，所以未使用的輸入既不會(huì)影響電路的電氣行為，也不會(huì)影響模擬速度。

相比之下，圖4中的圖表顯示了處理未使用輸入的非最佳方式。未使用的輸入端連接到0V邏輯低電壓，而不是連接到OR門的公共端子。

LTspice中的OR門，其未使用的輸入端未正確連接到0V而不是公共端子。

圖4。OR門，未使用的輸入連接到0V而不是公共端子。

因?yàn)槿齻€(gè)未使用的輸入是邏輯低，所以它們不會(huì)影響OR門的電氣行為。然而，它們將增加模擬的復(fù)雜性。

最后，圖5在功能上存在問(wèn)題，在模擬效率方面也不是最優(yōu)的。三個(gè)未使用的輸入再次連接到0V節(jié)點(diǎn)，而不是接地的公共端子。不過(guò)，這一次，我們看到的是AND門，而不是OR門。

LTspice中的AND門，其未使用的輸入未正確連接到0V而不是公共端子。

圖5。AND門，未使用的輸入連接到0V節(jié)點(diǎn)，而不是門的公共端子。

因?yàn)檫@是一個(gè)AND門，將未使用的輸入連接到0V電源或信號(hào)會(huì)干擾設(shè)備的運(yùn)行。AND門的輸出永遠(yuǎn)不會(huì)是邏輯高電平，無(wú)論兩個(gè)活動(dòng)輸入的狀態(tài)如何——其他三個(gè)輸入始終是邏輯低電平，除非它們連接到公共端子，否則LTspice不會(huì)將它們排除在模擬之外。

另一方面，將輸入連接到公共端子總是會(huì)將其從模擬中刪除。如果柵極的公共端子接地，并且您將兩個(gè)活動(dòng)輸入中的一個(gè)接地以使其邏輯低，則不會(huì)使該輸入引腳邏輯低。相反，您將消除它。然后，該設(shè)備將表現(xiàn)得像緩沖器（VOUT=VIN）。

如果您真的需要優(yōu)化模擬性能，您還可以通過(guò)將未使用的輸出直接連接到門的公共端子來(lái)消除模擬中的未使用輸出。

總結(jié)

我希望本文能幫助您在將邏輯門集成到LTspice電路中時(shí)避免混淆故障或意外行為。在本系列的下一篇文章中，我們將討論如何定制這些組件的電氣行為。