LTspice中逻辑门的使用介绍

本文解释了如何成功地将逻辑门集成到LTspice模拟中。

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SPICE模拟器主要用于模拟电路。尽管如此，在许多情况下，例如设计混合信号电路，数字组件可以增强SPICE模拟。因此，LTspice组件库有一个名为Digital的目录。如图1所示，它包含几个数字组件。

LTspice组件库中的数字组件目录。

图1。LTspice数字元件目录。

然而，当你开始使用这些组件时，你可能会发现它们并不像看起来那么用户友好。本文将参考相关的LTspice文档，探讨将数字组件整合到LTspice原理图中的一些不太明显的方面。更具体地说，我们将重点介绍如何连接这些组件，以便它们在模拟过程中正常工作。

五输入与门？

除了反相门和缓冲器外，LTspice的基本逻辑功能还包括以下多个输入门：

以及

或

XOR

图2显示了从左到右排列的AND、OR和XOR组件。

LTspice的AND、OR和XOR门。

图2:从左到右：LTspice的AND、OR和XOR门。

图2中的所有三个门都有八个端子：五个输入端、两个输出端和一个没有标签的端子。第八个未标记的终端用作设备的公共终端。当我想到标准逻辑器件时，我肯定不会想到五输入两输出门，但这里的意图是每个组件都能适应多种电路应用。

例如，LTspice文档指出AND设备“充当12种不同类型的AND门”。这意味着LTspice AND组件可以充当两输入、三输入、四输入或五输入AND门。这四种输入配置中的每一种都可以与三种输出配置中的一种组合：

非反相输出信号。

反向输出信号。

互补输出信号。

这为我们提供了总共12种输入/输出配置。

为了在SPICE的模拟环境中正常工作，这些数字组件需要为电流提供某种相干路径。因此，文档规定电流从输出中获取或吸收，并通过公共端子返回。不需要正极电源连接，因此图2中明显没有正极电源引脚。

如何处理未使用的输入

实际上，很少有模拟需要五输入逻辑门，因此您可能会有一个或多个未使用的输入。在这种情况下，正确的程序是将任何未使用的输入连接到设备的公共端子。这样做告诉LTspice从模拟中消除这些输入。

考虑图3中的OR门。其公共端子接地，其三个未使用的输入端连接到公共端子。

LTspice中的双输入或门。其三个未使用的输入端连接到公共端子，从而将其从模拟中消除。

图3。双输入或门。其三个未使用的输入端已正确连接到公共端子。

就模拟计算而言，该器件确实是一个双输入或门。因为它们连接到公共端子，所以未使用的输入既不会影响电路的电气行为，也不会影响模拟速度。

相比之下，图4中的图表显示了处理未使用输入的非最佳方式。未使用的输入端连接到0V逻辑低电压，而不是连接到OR门的公共端子。

LTspice中的OR门，其未使用的输入端未正确连接到0V而不是公共端子。

图4。OR门，未使用的输入连接到0V而不是公共端子。

因为三个未使用的输入是逻辑低，所以它们不会影响OR门的电气行为。然而，它们将增加模拟的复杂性。

最后，图5在功能上存在问题，在模拟效率方面也不是最优的。三个未使用的输入再次连接到0V节点，而不是接地的公共端子。不过，这一次，我们看到的是AND门，而不是OR门。

LTspice中的AND门，其未使用的输入未正确连接到0V而不是公共端子。

图5。AND门，未使用的输入连接到0V节点，而不是门的公共端子。

因为这是一个AND门，将未使用的输入连接到0V电源或信号会干扰设备的运行。AND门的输出永远不会是逻辑高电平，无论两个活动输入的状态如何——其他三个输入始终是逻辑低电平，除非它们连接到公共端子，否则LTspice不会将它们排除在模拟之外。

另一方面，将输入连接到公共端子总是会将其从模拟中删除。如果栅极的公共端子接地，并且您将两个活动输入中的一个接地以使其逻辑低，则不会使该输入引脚逻辑低。相反，您将消除它。然后，该设备将表现得像缓冲器（VOUT=VIN）。

如果您真的需要优化模拟性能，您还可以通过将未使用的输出直接连接到门的公共端子来消除模拟中的未使用输出。

总结

我希望本文能帮助您在将逻辑门集成到LTspice电路中时避免混淆故障或意外行为。在本系列的下一篇文章中，我们将讨论如何定制这些组件的电气行为。