摘 要：介紹了用Multisim 仿真軟件測試門電路延遲時間的方法，提出了三種測試方案，即將奇數個門首尾相接構成環形振蕩電路，用虛擬示波器測試所產生振蕩信號的周期，計算門的傳輸延遲時間；奇數個門首尾相接構成環形振蕩電路，用虛擬示波器測試其中一個門的輸入信號、輸出信號波形及延遲時間；在一個門的輸入端加入矩形脈沖信號，測試一個門的輸入信號、輸出信號波形及延遲時間。所述方法的創新點是，解決了受示波器上限頻率限制實際硬件測試效果不明顯的問題,并給出Multisim 軟件將門的初始輸出狀態設置為0 時，使測試電路不能正常工作的解決方法。
0 引 言
門電路的傳輸延遲時間tpd 是表示工作速度的指標，實驗室硬件測量的一般方法是，將N 個門( N為奇數) 首尾相接構成振蕩周期為T = 2N tpd的環形振蕩電路，用示波器通過顯示的波形測量出振蕩周期T后，再計算出傳輸延遲時間tpd。
由于門的傳輸延遲時間tpd 很短，測量時受示波器上限頻率限制，測量效果較差，而用Mult isim 軟件仿真測試，可獲得理想的實驗效果。
以下分析用Mult isim 2001版本，所得結論也適于其他版本。
1 Multisim仿真測試方案
1. 1 測試方案1
將奇數個門首尾相接構成環形振蕩電路，用虛擬示波器測試所產生振蕩信號的周期，計算門的傳輸延遲時間。
設所用門的個數為N ，振蕩信號的周期為T ，則傳輸延遲時間為：
以反相器74LS04N 作為仿真實驗器件，構建仿真實驗電路如圖1 所示。
圖1 測試方案1 的仿真實驗電路
由于Mult isim 軟件將每個門的初始輸出狀態設置為0，直接用奇數個門首尾相接構成環形振蕩電路進行仿真時，出現 " nable to determine the simulatiONtimeSTep automatically" 的提示，無法同步仿真模擬。
解決的方法是在左邊第一個門U1A 的輸入端接入轉換開關J1 ，仿真時先將開關J1 置于接地狀態，電路對輸入的0 信號進行處理后便脫離設置的初始輸出狀態，再將轉換開關J1 置于接輸出端構成環形振蕩電路。
仿真前，可對74LS04N 的上升延遲時間及下降延遲時間進行設置，如設置r ise delay= 10 ns，fall delay=10 ns。
仿真時示波器顯示的波形及振蕩周期測試如圖2所示。
測試的振蕩周期T = 102. 2 ns，則傳輸延遲時間tpd= T/ ( 2N ) = 102. 2/ 10= 10. 22 ns，結果與設定值基本一致。
圖2 圖1 電路輸出波形及振蕩周期測試
1. 2 測試方案2
將奇數個門首尾相接構成環形振蕩電路，用虛擬示波器測試其中一個門的輸入信號、輸出信號波形及延遲時間。
以反相器74LS04N 作為仿真實驗器件，構建仿真實驗電路如圖3 所示。
圖3 測試方案2 的仿真實驗電路
仿真前，可對74LS04N 的上升延遲時間及下降延遲時間進行設置，如設置r ise delay= 10 ns，fall delay=10 ns。
仿真時示波器顯示的輸入信號、輸出信號波形及延遲時間測試如圖4 所示。
圖4 圖3 電路輸入、輸出波形及延遲時間測試
測試的傳輸延遲時間tpd = 11. 1 ns，測量結果與設定值基本一致。
1. 3 測試方案3
在一個門的輸入端加入矩形脈沖信號，測試一個門的輸入信號、輸出信號波形及延遲時間。外加信號的周期T = 2N tpd ，以保證門的工作頻率和前述其他測試方法相同。
以反相器74LS04N 作為仿真實驗器件，構建仿真實驗電路如圖5 所示，信號發生器輸出矩形脈沖的頻率選為10 MHz。
圖5 測試方案3 的仿真實驗電路
仿真前，可對74LS04N 的上升延遲時間及下降延遲時間進行設置，如設置rise delay= 10 ns，fall delay=10 ns。
仿真時示波器顯示的輸入信號、輸出信號波形及延遲時間測試如圖6 所示。
圖6 圖5 電路輸入、輸出波形及延遲時間測試
測試的傳輸延遲時間tpd = 11. 0 ns，測量結果與設定值基本一致。
2 誤差分析
上述三種測試方案的測試結果表明存在誤差，原因是組成測試電路時門的輸入端、輸出端接入測試儀器,使門的輸入端、輸出端存在負載效應，從而使延遲時間略大于設定值。
在測試方案1 中，示波器接至一個門的輸出端，僅對門的輸出端產生影響；測試方案2、3 中，示波器接至一個門的輸入端、輸出端，對門的輸入端、輸出端均產生影響。所以測試方案1 測試的延遲時間小于測試方案2、3；測試方案2、3 測試的延遲時間基本相同。
3 結 語
Multisim 軟件仿真具有豐富的仿真分析能力，但也存在一些問題及不足，使用時必須認真分析思考軟件的設置條件，改進仿真實驗方法，才能達到預期的實驗效果。
所述方法具有實際應用意義，這些方法亦可用于其他功能邏輯門傳輸時間的仿真測試。