门电路延迟时间的Multisim仿真测试方案

门电路延迟时间的Multisim仿真测试方案作者：李明标
来源：《现代电子技术》2011年第01期
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振荡电路，用虚拟示波器测试其中一个门的输入信号、输出信号波形及延迟时间；在一个门的输入端加入矩形脉冲信号，测试一个门的输入信号、输出信号波形及延迟时间。

所述方法的创新点是，解决了受示波器上限频率限制实际硬件测试效果不明显的问题，并给出Multisim软件将门的初始输出状态设置为0时，使测试电路不能正常工作的解决方法。

关键词：门电路；延迟时间； Multisim；仿真测试
中图分类号：TN782-34文献标识码：A
文章编号：1004-373X(2011)01-0191-03
Multisim Simulation Testing Plan of Gate Circuit′s Delay Time
LI Ming-biao
(Department of Physics, Bohai University, Jinzhou 121000, China)
Abstract： A method to test the delay time of gate circuit by Multism simulation software is introduced. Three kinds of testing projects are proposed: the odd gate circuit is connected from head to end to form the ring vibrator circuit, and then calculate the transmission delay time of gate with the oscillator signal period produced by the virtual oscillograph; the odd gate circuit is connected from head to end to form ring vibrator circuit, and then test the waveform delay time of the input and output signals on one of the gates by the virtual oscillograph; the rectangle pulsing signal is added at the input port of a gate to test the waveform and delay time of input & output signal on a gate. The method solved the problem that the test effect is unconspicuous because oscillographeh upper frequency limit, and also solved the problem that testing circuit can not work normally as Multisim simulation software initial state is set up zero.
Keywords： gate circuit; delay time; Multisim; simulation testing
0 引言
门电路的传输延迟时间是表示工作速度的指标［1-2］，实验室硬件测量的一般方法是［3］，将N个门(N为奇数)首尾相接构成振荡周期为的环形振荡电路，用示波器通过显示的波形测量出振荡周期T后,再计算出传输延迟时间。

由于门的传输延迟时间很短，测量时受示波器上限频率限制，测量效果较差，而用Multisim软件仿真测试，可获得理想的实验效果［3］。

以下分析用Multisim 2001［4-8］版本，所得结论也适于其他版本。

1 Multisim仿真测试方案
1.1 测试方案1
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。

设所用门的个数为N，振荡信号的周期为T，则传输延迟时间为：
以反相器74LS04N作为仿真实验器件，构建仿真实验电路如图1所示。

图1 测试方案1的仿真实验电路
由于Multisim软件将每个门的初始输出状态设置为0，直接用奇数个门首尾相接构成环形振荡电路进行仿真时，出现的提示，无法同步仿真模拟。

解决的方法是在左边第一个门U1A的输入端接入转换开关，仿真时先将开关置于接地状态，电路对输入的0信号进行处理后便脱离设置的初始输出状态，再将转换开关置于接输出端构成环形振荡电路。

仿真前，可对74LS04N的上升延迟时间及下降延迟时间进行设置，如设置rise delay=10 ns，fall delay=10 ns。

仿真时示波器显示的波形及振荡周期测试如图2所示。

测试的振荡周期T=102.2 ns，则传输延迟时间，结果与设定值基本一致。

图2 图1电路输出波形及振荡周期测试
1.2 测试方案2
将奇数个门首尾相接构成环形振荡电路，用虚拟示波器测试其中一个门的输入信号、输出信号波形及延迟时间。

以反相器74LS04N作为仿真实验器件，构建仿真实验电路如图3所示。

图3 测试方案2的仿真实验电路
仿真前，可对74LS04N的上升延迟时间及下降延迟时间进行设置，如设置rise delay=10 ns，fall delay=10 ns。

仿真时示波器显示的输入信号、输出信号波形及延迟时间测试如图4所示。

测试的传输延迟时间，测量结果与设定值基本一致。

1.3 测试方案3
在一个门的输入端加入矩形脉冲信号，测试一个门的输入信号、输出信号波形及延迟时间。

外加信号的周期，以保证门的工作频率和前述其他测试方法相同。

图4 图3电路输入、输出波形及延迟时间测试
以反相器74LS04N作为仿真实验器件，构建仿真实验电路如图5所示，信号发生器输出矩形脉冲的频率选为10MHz。

仿真前，可对74LS04N的上升延迟时间及下降延迟时间进行设置，如设置rise delay=10 ns，fall delay=10 ns。

仿真时示波器显示的输入信号、输出信号波形及延迟时间测试如图6所示。

图5 测试方案3的仿真实验电路
图6 图5电路输入、输出波形及延迟时间测试
测试的传输延迟时间，测量结果与设定值基本一致。

2 误差分析
上述三种测试方案的测试结果表明存在误差，原因是组成测试电路时门的输入端、输出端接入测试仪器，使门的输入端、输出端存在负载效应，从而使延迟时间略大于设定值。

在测试方案1中，示波器接至一个门的输出端，仅对门的输出端产生影响；测试方案2、3中，示波器接至一个门的输入端、输出端，对门的输入端、输出端均产生影响。

所以测试方案1测试的延迟时间小于测试方案2、；测试方案2、3测试的延迟时间基本相同。

3 结语
Multisim软件仿真具有丰富的仿真分析能力，但也存在一些问题及不足，使用时必须认真分析思考软件的设置条件，改进仿真实验方法，才能达到预期的实验效果。

所述方法具有实际应用意义［9-10］，这些方法亦可用于其他功能逻辑门传输时间的仿真测试。

参考文献
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［4］郑步生，吴渭.Multisim 2001电路设计及仿真入门与应用［M］.北京：电子工业出版社，2002.
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［10］习晓远.仿真技术在实验教学中的作用和地位［J］.实验室研究与探索，2002，
21(4)：26-27.
［11］任骏原.Multisim在触发器工作波形分析中的应用
［12］黄蒙,彭良玉.仿真软件在复杂电路中的应用
作者简介：
李明标男，1965年出生，辽宁锦州人，副教授。

主要从事实验技术的研究。

作者简介：牧仁男，1962年出生，蒙古族，内蒙古通辽市人，副教授，硕士。

主要从事电子技术教学和研究工作。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。