ADS设计D触发器
D触发器设计

要求:采用0.25um CMOS工艺(SPICE模型,BSIM3.1)设计一个基于传输门结构的D触发器,要求该D触发器带有异步高电平置位。
1)用HSPICE仿真验证该D触发器功能的正确性。
2)利用HSPICE仿真得出该D触发器的建立时间、保持时间和传输延时的值,假设D触发器的负载是该D触发器的数据输入端。
3)请优化该D触发器的晶体管尺寸,使建立时间最小。
4)优化尺寸使传输延时最小。
仿真过程中,输入信号和clock的跳变沿(上升沿时间和下降沿时间)统一为0.2ns。
如下面的clock的例子:vclk clock 0 pulse (0 2.5 0 0.2n 0.2n 4.8n 10n)建立时间定义含混,难以精确确定。
一般减小寄存器数据到clock的时间不会使输出立刻出错,但它会使输出延时增大,所以一般建立时间的定义有两种方法:(b)1、定义成时钟之前数据输入必须有效的时间。
(但有效的含义是什么,难以精确确定)2、定义成使D-Clk时间差与tc-q延时的和最小时寄存器的工作点。
这一点使触发器的延时总开销最小。
即图(b)中斜率45度的点。
X轴和Y轴等比例!在全定制设计中这个值可以比较接近出错点,但在半定制标准单元设计中,寄存器的建立时间和保持时间定义成相对tcq增大一个固定百分比时(一般为5%),数据-时钟的时间差。
注意,这些曲线在0-1和1-0翻转时不同,因此0和1值得建立时间和保持时间是不一样的,另外建立时间和保持时间还和时钟与数据的斜率有关,在非线性模型中用一个二维表格表示。
在本练习中,采用第二种建立时间定义方法。
假定都采用使输出延时比原来增大5%的时间点作为建立时间。
分别测量输出“1”和输出“0”的不同的建立时间。
保持设计的定义与此相似,,同样用输出延时增加5%作为定标点。
主从D触发器电路图:图1建立时间指信号D在clk上升沿之前必须稳定的时间。
传输延迟指从QM到达Q 的时间;保持时间指信号D在clk上升沿之后必须保持稳定的时间。
数字系统设计d触发器

数字系统设计d触发器
数字系统设计D触发器是数字电路中常用的基本元件之一,它可以将输入信号在时钟上升沿时锁存,输出信号在时钟下降沿时更新。
下面我们来详细了解一下D触发器的相关知识。
1. D触发器的基本结构
D触发器由两个与非门和一个反馈路径组成。
其中,一个与非门的输入端连接时钟信号,另一个与非门的输入端连接D输入信号,输出端连接反馈路径,反馈路径的输出端连接第一个与非门的另一个输入端。
这样,当时钟信号上升沿来临时,D输入信号就会被锁存到反馈路径中,输出端会输出相应的信号。
2. D触发器的应用
D触发器在数字电路中有着广泛的应用,例如,它可以被用来实现计数器、寄存器、状态机等电路。
在计数器中,D触发器可以被用来记录输入脉冲的数量;在寄存器中,D触发器可以被用来存储数据;在状态机中,D触发器可以被用来记录当前状态。
3. D触发器的特点
D触发器有着以下几个特点:
(1)D触发器具有较高的稳定性和可靠性,可以在高速数字电路中使用。
(2)D触发器的输出信号只在时钟下降沿时更新,可以有效地避免由于信号传输延迟而导致的错误。
(3)D触发器的反馈路径可以实现电路的锁存功能,可以在数字电路中实现各种复杂的逻辑运算。
4. D触发器的扩展
D触发器可以通过添加预置和清零功能来扩展其功能。
预置和清零功能可以使D触发器在特定条件下自动将输出信号设置为高电平或低电平,从而实现更加复杂的数字电路设计。
总的来说,数字系统设计D触发器是数字电路中非常重要的基本
元件,它可以实现锁存、计数、存储等多种功能。
了解D触发器的基本结构、应用、特点以及扩展,对于数字电路的设计和实现都有着重要的意义。
抢答器(D触发器方案)

25
26
23
74LS175D VCC 5VΒιβλιοθήκη GND R11 511 GND
14
&
GND
U2A 74LS00D 1 V1 U2B 74LS00D 1MHz 5V GND GND
15
&
三, 电路原理参考图2
VCC VCC R7 511 R8 511 R9 511 R10 511 24 J1 Key = A J3 Key = B 0 27 J4 Key = C J5 Key = D J2 VCC Key = Space 21 22
&
2 LED2 3 LED3 4
25
511
26
23
74LS175D VCC 5V
5
0
SONALERT 200 Hz
14 R11 511
0 U2A 74LS00D
VCC
R1 1.00k 17
16 555_VIRTUAL Timer
OUT
RST DIS THR TRI
15
&
18
R2 1.00k
U2B 74LS00D
CON GND
20 0.1nF C 19 0.47nF Cf
0
�
1 9 4 5 12 13 ~CLR CLK 1D 2D 3D 4D 1Q ~1Q 2Q ~2Q 3Q ~3Q 4Q ~4Q 2 3 7 6 10 11 15 14
LED1 6 R3 511 R4 8 10 12 7 9 11 13 511 LED3 R5 511 LED4 R6 511 U4 0 U3A 74LS20D SONALERT 200 Hz 5 0 4 2 LED2 3
D触发器的设计和仿真报告

实验一、D触发器的设计和仿真一、实验目的1、学习模拟数字电路单元的基本设计方法,其中包括反相器、传输门、与非门。
2、学习Cadence工具下电路设计的基本操作和方法,包括电路图的编辑以及仿真调试过程。
二、实验内容本实验通过设计一个异步清零的D触发器电路学习Cadence工具下电路的设计和仿真方法。
实验内容包括:1.熟悉Cadence界面及基本的建立新的cell文件等基本过程;2.完成反相器、与非门、传输门电路的设计,并进行波形仿真,根据波形验证功能是否实现;3.在此基础上,完成各个单元电路symbol的建立;4.利用建立的单元电路symbol完成D触发器电路的设计和仿真;5.利用Cadence的仿真环境得到波形,分析仿真结果。
该电路设计采用上华CSMC0.5umCMOS工艺设计,工作电压5V。
三、实验原理工作过程如下:当CLK的上升沿到达时,C=1、C`=0,T1变为截止、TG2变为导通。
由于反相器G1输入电容的存储效应,G1输入端的电压不会立刻改变,于是Q1在T1变为截止前的状态被保存下来。
同时,随着T4变为截止、T3变为导通,Q1的状态通过T3和G3、G4送到了输出端,使Q*=D(CLK上升沿到达时D的状态)。
因此,这是一个上升沿出发的D触发器。
四、实验步骤1、登陆到UNIX系统。
在登陆界面,输入用户名stu01和密码123456。
2、Cadence的启动。
登录进去之后,点击Terminal出现窗口,输入icfb命令,启动Cadence软件。
3、原理图的输入。
(1)Composer的启动。
在CIW窗口新建一个单元的Schematic视图。
(2)添加器件。
在comparator schematic窗口点击Add-Instance或者直接点i,就可以选择所需的器件。
(3)添加连线。
执行Add-Wire,将需要连接的部分用线连接起来。
(4)添加管脚。
执行Add-Pin和直接点p,弹出添加管脚界面。
D触发器的设计和仿真

D触发器的设计和仿真
D触发器是数字电路中常见的一种触发器,它可以用于存储一位二进
制数据。
设计和仿真一个D触发器需要以下步骤:
1.确定D触发器的功能需求:D触发器具有一个输入端D、一个时钟
端CLK和一个输出端Q。
当CLK上升沿到来时,D触发器会将输入D的值
存储到输出Q中。
2.设计D触发器的逻辑电路:根据D触发器的功能需求,我们可以设
计逻辑电路来实现。
一种常用的实现方式是使用两个锁存器构成的锁存器
电路。
3.实现逻辑电路的布局和布线:根据设计的逻辑电路,将电路图转化
为电路布局和布线图。
这一步需要考虑电路的物理尺寸和电连接的布局。
4.进行仿真:使用电路设计软件,如TINA等,将设计的电路进行仿真。
仿真可以验证电路的功能是否符合设计需求,并找出可能存在的问题。
5.优化电路设计:根据仿真结果,对电路进行优化。
可能需要对电路
的逻辑设计进行调整,或者改进布局和布线方式,以提高电路的性能。
6.进行电路验证:在优化后,再次进行仿真验证,确保电路的功能和
性能满足设计需求。
7.进行实际制作和测试:最后,将电路进行实际制作,并进行测试。
测试可以包括输入输出波形的测量、电路的稳定性测试等等。
总结:设计和仿真一个D触发器是一个大致的流程,通过逐步优化和
测试,可以得到一个满足设计需求的D触发器电路。
在设计和仿真的过程中,需要运用逻辑电路设计原理、电路布局和布线技术,以及仿真工具等。
通过不断的实验和验证,可以不断改进和优化电路设计,以获得更好的设计结果。
D触发器电路设计

D触发器电路设计D触发器是一种数电元件,常用于数字电路中的时序逻辑设计。
它可以在时钟信号的作用下,根据输入信号的变化来产生输出信号,实现数据的存储、传输和逻辑运算等功能。
在本文中,我们将介绍D触发器电路的设计原理、基本结构以及应用方面的注意事项。
D触发器是由两个互为反相的RS触发器级联构成的,其中一个RS触发器的S输入端与R输入端相连,称为主触发器;另一个RS触发器的S 输入端与R输入端也相连,但是与主触发器反相,称为从触发器。
两个触发器的时钟信号需相同。
主触发器的S输入端接受输入信号D,而从触发器的输入信号始终为主触发器的输出信号。
D触发器的逻辑功能如下:-当时钟信号为上升沿(或下降沿)时,D触发器将当前D输入信号的值复制到输出信号上,使其实现数据的存储;-当时钟信号为下降沿(或上升沿)时,D触发器将保持其输出信号的值不变,即保持数据的传输。
在设计D触发器电路时,我们需要考虑以下几个因素:1.时钟信号的频率和稳定性:时钟信号的频率应满足设计需求,并且具有良好的稳定性,以保证触发器能够按照预期的时序进行工作。
2.输入信号的稳定性:输入信号在时钟信号的作用下可能会发生瞬时变化,因此需要确保输入信号在触发器时钟周期内保持稳定,避免出现脉冲噪声。
3.输出信号的延迟和浮动:D触发器的输出信号在时钟信号作用下会有一定的延迟,并且可能存在浮动。
在设计过程中需要对此进行合理的考虑和处理,以保证输出信号的准确性和稳定性。
4.输入信号的滤波和去抖动:为了确保输入信号在时钟信号的作用下的稳定性,可以采用适当的滤波和去抖动技术,使输入信号不受外界噪声的影响。
在实际应用中,D触发器电路常用于存储器、寄存器、计数器等数字电路中,用于实现数据的存储和传输,以及时序逻辑的控制。
在这些应用中,合理设计和使用D触发器电路可以提高数字电路的性能和可靠性。
总之,D触发器电路是一种重要的数字电路元件,其设计原理和应用需要充分考虑时钟信号的稳定性、输入信号的稳定性、输出信号的延迟和浮动等因素。
D触发器教程 图文

1
11 0 0 0
1
11 1 0 0
0
0 0 0
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1 0 0
1
0 1 1 0 1 1
1
0 不用
注
保持
同步置0
同步置1
翻转
不变
异步置1 异步置0 不允许
2. TTL 边沿 JK 触发器 74LS112 (双 JK 触发器) • CP 下降沿触发 • 异步复位端 RD、异步置位端 SD 均为低电平有效
当 CP = 0 SR1
曾用符号
Qn1 Qn
国标符号
保持
当 CP = 1 SCP S1S RCP R1R
与基本 RS 触发器功能相同
特性表:
特性方程:
CP R S Q n Q n+1 注
Qn1SRQn
0 Q n 保持
RS0 约束条件
1000 1001 1010 1011 1100 1101
0 1,延迟时间为 tPLH 。 由于实际中翻转延迟时间相对于脉
G1 &
&
信信号号同不时同撤时消撤,出
冲的宽度和周期很小,故可视为0。 现消S不,确状定态状确R态定 设触发器初始状态为0:
S
S
R
R
Q
Q
Q
Q
三、现态、次态、特性表和特性方程
1. 现态和次态
现态Qn:触发器接收输入信号之前的状态。
次态Qn+1:触发器接收输入信号之后的新状态。
1R
4
1SA
1Q
1SB 2R
74279
2Q
7
233SRSA74LS2793Q 9
3SB 4R
d触发器参数设计

d触发器参数设计D触发器是一种常用的数字逻辑电路元件,常用于时序电路和存储电路中。
它的工作原理是通过输入信号的上升沿或下降沿触发,改变输出信号的状态。
本文将从D触发器的参数设计角度出发,探讨其在电路设计中的应用。
D触发器的参数设计中最重要的一个参数是时钟信号,也就是触发信号。
时钟信号的频率和占空比直接影响到D触发器的工作性能。
频率过高会导致信号的延迟和抖动问题,频率过低则会影响电路的响应速度。
占空比过大或过小也会导致触发不稳定。
因此,在设计D触发器时,需要根据实际需要选择合适的时钟信号参数,以保证电路的可靠性和稳定性。
除了时钟信号,D触发器的另一个重要参数是输入信号的灵敏度。
在大多数情况下,D触发器是在上升沿或下降沿触发的,但也有一些特殊情况下需要在其他条件下触发。
因此,在设计D触发器时,需要根据实际需求选择合适的灵敏度参数,以确保电路能够按照预期工作。
D触发器的参数设计还涉及到输入和输出电平的阈值。
输入信号的电平阈值决定了触发器对输入信号的识别能力,过高或过低的阈值都可能导致误判。
而输出信号的电平阈值则决定了触发器的输出电平范围,过高或过低的阈值都可能导致输出信号失真。
因此,在设计D触发器时,需要根据实际情况选择合适的阈值参数,以确保电路的可靠性和准确性。
D触发器的参数设计还需要考虑功耗和面积等因素。
功耗是指D触发器在工作过程中所消耗的能量,通常以静态功耗和动态功耗两种形式存在。
静态功耗是指D触发器在保持状态时的功耗,动态功耗是指D触发器在切换状态时的功耗。
面积是指D触发器所占据的芯片面积,通常以平方微米为单位。
因此,在设计D触发器时,需要在功耗和面积之间进行权衡,选择合适的参数,以满足电路的性能和成本要求。
D触发器的参数设计是电路设计中的重要环节。
时钟信号、输入信号灵敏度、输入输出电平阈值、功耗和面积等参数都需要经过仔细的考虑和选择,以确保电路的可靠性、稳定性和性能。
只有在合理设计参数的基础上,D触发器才能发挥出最佳的作用,实现电路设计的目标。
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Sheet 1 of 7D-Type flip-flop (Toggle switch) The D-type flip-flops are used in prescalar/divider circuits and frequency phase detectors. Figure 1 shows how the flip-flop (latch) can be made using 2-input logic circuits and Figure 2 shows the input and output waveforms The enable pin needs to be high for data to be fed to the outputs Q and Q bar. The output will only change on the falling edge or trailing edge of the applied clk input.DNANDNANDQEnableNANDQNANDNOTLatchFigure 1 Simple D-type Flip-flop circuit The D type flip-flop has only one input (D for Data) apart from the clock. The INDETERMINATE state is avoided with this flip-flop. When the clock goes high, D (a 0 or a 1) is transferred to Q. When the clock goes low, Q remains unchanged. Q stores the data until the clock goes high again, when new data may be available.Figure 2 Output waveforms of the D-type flip-flop. In this circuit the Q output changes state on the leading edge of the clock.Sheet 2 of 7At A, clock and data are high. Q goes high and stays high until B. At B, clock is high and data is low. Q goes low and stays low until C. At C, clock and data are both high. Q goes high and stays high until E. Q does not change during clock pulse D, because clock and data are still both high. At E, data is low, so Q goes low. At F, data is high so Q goes high. As with the other flip-flop circuits the operation can be improved to eliminate indeterminate states by adding a master latch. The circuit of the master-slave D-type flip-flop is shown in the ADS simulation setup shown in Figure 3. The inverter connected between the two CLK inputs ensures that the two sections will be enabled during opposite half-cycles of the clock signal. Each logic gate is made up of CMOS FETS (based on the 0.8um process) as described in the other tutorials on individual gates.Sheet 3 of 7DTDVtPulseDT SRC4 Vlow=0 V Vhigh=5 V Delay=25 usec Width=50 usec Period=100 usec Rout=1 OhmDTClkVtPulseDT SRC2 Vlow=0 V Vhigh=5 V Delay=0 nsec Width=10 usec Period=20 usec Rout=1 OhmVV_DC SRC1 Vdc=5.0 VVDVcc ANANDVVOUTAVccNANDVVccOUTAVccNANDANANDBbufferedOUTBbufferedOUTBQbufferedPort D Num=1BbufferedNAND_buffered X8NAND_buffered X7VA VccNANDANAND_buffered X2NAND_buffered X4Port Q Num=3VVcc ANANDVVccNANDVVcc ANANDOUTOUTOUTBBQ_barbufferedOUTBbufferedbufferedClkBbufferedPort Clk Num=1NAND_buffered X9Vcc INNAND_buffered X6NAND_buffered X3NAND_buffered X5Port Q_bar Num=4VOUTTRANSIENTTran Tran1 StopTime=150 usec MaxTimeStep=250NOTNOT X10Figure 3 ADS simulation setup of the master-slave D-type flip-flop circuit. In this simaulation there are two square wave generators, the clock at 50KHz and the data (with a 25us delay) running at 10KHz. The simulation is a time-domain transient.Sheet 4 of 7The resulting simulation of the circuit shown in Figure 3 is shown in Figure 4.D-type Flip-flop transitions occur on the falling of the Clk input6 5 4Clk ,V3 2 1 0 -1020406080100120140160time, usec6 5 4D, V3 2 1 0 -1020406080100120140160time, usec6 5 4Q, V3 2 1 0 -1020406080100120140160time, usecFigure 4 Simulation of the Master-slave D-type flip-flop. Note that the transitions occur on the falling edge of the applied clock signal+1/2 half clock cycle due to the slave action.Sheet 5 of 7The D-type flip-flop can be configured as a T-type or Toggle flip-flop. With this configuration the Q_bar output is connected to the D input and the signal/clock is connected to the clk input. The output of this flip-flop will have a frequency half that of the input. The ADS simulation of Figure 6 is shown below (Figure 5)D-type Flip-flop transitions occur on the falling of the Clk input. This D-type is configured as a T-type toggle flip-flop6 5 4Clk ,V3 2 1 0 -1 0 6 5 4 20 40 60 80 100 120 140 160time, usecQ, V3 2 1 0 -1 0 20 40 60 80 100 120 140 160time, usecFigure 5 Simulation results of the D-type flip-flop configured as a T-type (Toggle) flipflop by connecting the D input to the Q_bar output. Such circuits are common in frequency prescalar circuits.Sheet 6 of 7VVcc A NAND BbufferedV VVcc OUT A NAND BbufferedVcc A NAND B OUTbufferedVVcc OUT A NAND BbufferedOUTQ Port Q Num=3NAND_buffered X8NAND_buffered X7 VVcc A NAND OUT B ANAND_buffered X2NAND_buffered X4 VVcc A NAND OUTVVcc A NAND OUTVVcc NANDbufferedOUTBbufferedBbufferedClkBbufferedPort Clk Num=1 V V_DC SRC1 Vdc=5.0 VNAND_buffered X9Vcc INNAND_buffered X6 VNAND_buffered X3NAND_buffered X5TRANSIENTOUT NOTNOT X10Tran Tran1 StopTime=150 usec MaxTimeStep=250 nsecDTVtPulseDT SRC2 Vlow=0 V Vhigh=5 V Delay=0 nsec Width=10 usec Period=20 usec Rout=1 OhmClkFigure 6 Transient ADS simulation of a D-type Flip-Flop configured as a T-type flip-flop by connecting the D input to the Q_bar output.Sheet 7 of 7RF Application Phase detectors are part of a Phase Locked Loop (PLL) and can be either analogue eg mixer or digital eg D-type flip-flop. When a mixer is used the output consists of the sum and difference frequencies. In an analogue mixer a number of different frequencies are generated within the mixer namely the sum of the frequencies and the difference frequency (otherwise known as the beatnote) when both input frequencies are the same is the phase difference is zero and the beatnote is DC. Most PLL circuits now use digital phase detectors formed from two D-type flip-flops as shown in Figure 7.VhighD D type Flip-Flop Q1 Q1F1ClkClear VhighNANDD D type Flip-Flop Q2 Q2F2ClkFigure 7 D-type flip-flop application - Phase frequency phase detector。