门电路延迟时间的Multisim仿真测试方案

摘要：介绍了用Multisim仿真软件测试门电路延迟时间的方法，提出了三种测试方案，即将奇数个门首尾相接构成环形振荡电路，用虚拟示波器测试所产生振荡信号的周期，计算门的传输延迟时间；奇数个门首尾相接构成环形 门电路延迟时间是衡量数字电路性能的关键参数，它表示了信号通过门电路所需的时间。本文主要探讨了如何利用Multisim这款电子设计自动化（EDA）软件来仿真测试门电路的延迟时间，提出了三种不同的测试方案。 第一种测试方案是通过构建奇数个门电路首尾相接形成的环形振荡电路。这是因为这样的电路会产生稳定的振荡信号，其周期T等于2N倍的门的传输延迟时间tpd。在Multisim中，选用74LS04N反相器作为例子，通过设置门的上升和下降延迟时间为10ns，建立仿真电路。然而，直接仿真会出现问题，因为软件会将所有门的初始输出设置为0，导致无法启动振荡。解决这个问题的方法是在第一个门的输入端添加一个转换开关，先将其接地启动振荡，然后再切换到环形状态。仿真结果显示的振荡周期可以用来计算传输延迟时间，结果与预设值吻合。 第二种测试方案同样使用环形振荡电路，但重点是观察单个门的输入和输出信号，直接测量延迟时间。这种方法可以更直观地看到信号的变化过程。仿真结果显示的延迟时间和第一种方案略有不同，这是由于示波器同时连接到输入和输出端，产生了额外的负载效应。 第三种方案是在门电路的输入端施加一个特定频率的矩形脉冲，该频率使得门的工作频率与前两种方案相同。这里选择10MHz的信号，通过比较输入和输出信号的相位差来测量延迟时间。结果同样与预设值接近，但因为示波器的负载影响，测量值略大。 误差分析表明，示波器的接入会影响门电路的输入和输出，导致测量值比设定值稍大。在第一种方案中，示波器只影响输出端，因此延迟时间较小；而在第二种和第三种方案中，示波器同时影响输入和输出端，所以延迟时间较大且两者相近。 Multisim提供了灵活的仿真工具来测试门电路延迟时间，但需要注意的是，实际应用中必须考虑负载效应对测量结果的影响。这些方法不仅适用于反相器，也可以应用于其他类型的逻辑门的传输时间仿真测试，从而在不依赖硬件的情况下，精确评估和优化数字电路的设计。