第七章 仿真本章目录仿真（模拟）概述模拟系统的构成逻辑模拟模型 仿真过程仿真概述什么是仿真对设计的硬件描述和设计结果通过计算机查错、验证的过
程。所谓仿真（模拟），是指从电路的描述（语言描述或图形描述）抽象出模型，然后将外部激励信号或数据施加于此模型，通过观察该模型在外部
激励下的反应来判断该电路系统是否实现预期的功能。仿真概述仿真的目的检查原始描述的正确性；检查设计结果在逻辑功能和时序上的正确性；检
查设计结果中不含违反设计规则的错误。仿真（模拟）的级别高层次仿真：对系统的抽象行为算法或混合描述的电路进行的仿真。仿真的重点是系统
功能和系统内部运算过程。RTL级仿真：对基于RTL方法描述的电路进行的仿真。重点是仿真数据在系统内元件之间的流动关系。逻辑仿真：对
基于门、触发器、和功能块构成的系统进行的仿真。其方法是通过对电路施加激励，观察电路对激励的响应来判断电路的功能是否正确。检查其逻辑
功能、延迟特性和负载特性等。电路级仿真：对基于晶体管、电阻、电容等构成的电路进行的仿真。其方法是通过求解电路方程而得出电路电压和电
流，从而求出电路输出波形的一种模拟（如PSPICE）。特点：仿真时间长、精度高。开关级仿真：介于电路级和逻辑级之间的模拟。将电阻、
电容不当作一个元件而当作晶体管和节点的参数来处理的一种模拟方法。其复杂度和仿真时间介乎于电路级与逻辑级之间。仿真（模拟）的级别模拟
系统的构成逻辑模拟模型电路模型元件模型信号模型延迟模型电路模型：电路网表什么是电路网表逻辑电路是元件的集合。所谓电路网表，是指描述
电路拓扑关系的一种数据结构。如果指定了每个元件各端口所连接的信号，就可以唯一确定电路的连接关系。每个元件有其元件模型。一个元件E的
描述包含有元件名N、模型M、输入端信号PI和输出端信号PO四部分。即 E=（N，M，PI，PO）举例：一位加法器的网表电路网表E
1, XOR,(X, Y), S1; -- E=（N， M， PI，PO）E2, XOR, (CIN, S1), S
UM; -- E：元件；N：元件名；M：元件模型； PI：输入；PO：输出E3, AND, (X, Y), S2;E4, AN
D, (S1, CIN), S3;E5, OR, (S3, S2), Cout; 电路网表负载表在仿真时需要频繁查找每个
信号后所连接的元件，称为负载元件。 X： E1，E3；Y： E1，E3；CIN： E2，E4； S1： E2，E4；
S2： E5； S3： E5； SUM： ?；COUT： ? ；元件模型门的模型功能、参数、扇入、扇出、延迟时间功能块的模
型功能和行为描述，不关心其内部结构和组成信号模型二值模型 （0，1） 简单，但不能模拟竞争冒险等特殊情况。三值模型 （0，
1，X） X：不定态；跳变中的过渡态；无关态 信号模型四值模型 （0，1，X，Z）Z：高阻五值模型 （0，1，U（上跳），
D（下跳），E（不定态））九值模型 信号值强度强度用来表示信号的驱动能力强制级F：信号连接电源或地，或者是一些输入激励；电
阻级R：信号通过一较大的电阻与电源或地相连；高阻级Z：信号与电源和地相隔离 VI=‘1’，TN导通，TP截止，Vo=F0；
VI=‘0’，TN截止，TP导通，Vo=F1在电路中信号通过处于导通状态下的 晶体管与电源或地相连接，如果电阻较小如CMOS门的输
出，也认为是强制级；如果电阻较大则认为是电阻级的。九值模型逻辑电平：0、1、未知X强度：强制F、弱W、高阻Z、未定U和无关-每个值
为逻辑电平与强度的组合，其中高阻、未定和无关只有一个电平值（未知）0—强制0 （Forcing 0）1—强制1 （Forcing
1）X — 强制未知 （Forcing Unknown）L — 弱 0 （Weak 0）H — 弱 1 （Weak 1）W — 弱
未知（Weak Unknown）Z — 高阻U — 未定 （Uninitialized）- — 无关 （Don’t Care）延迟
模型1.元件延迟零延迟模型：理想元件；单位延迟模型：所有元件延迟时间相同，单位为1个时间单位； 标准延迟模型： 对每种元件设定一个
标准延迟时间，不考虑元件的离散性； 上升下降延迟模型：分别考虑上升下降延迟时间； 模糊延迟模型：给出元件的最大最小延迟时间；延迟
模型2.惯性延迟与传输延迟惯性延迟输入脉冲信号能在输出得到响应所需最小脉冲宽度。传输延迟信号通过元件和连线传输过程中所引起的延迟。
惯性延迟系统或器件输出信号要发生变化必须有一段时间的延时。 在VHDL语句中如果不作特别说明，产生的延时一定是惯性延时。 当信号
脉冲宽度小于器件的固有延时时，器件将不对输入信号作出任何反应。 Z <= X;(惯性延时缺省) Z <= X AFTER 3 ns
;（ 3ns的惯性延时）传输延迟传输延时常用于描述总线延时、连线延时及ASIC芯片中的路径延时。输出端信号在经过传输延时后，将完全
复现输入端的波形。Z <= TRANSPORT X AFTER delay; (只有传输延时) 练习题有一个传输门，其惯性延时时
间为4ns。请画出下列几种情况下的输出端Vo的波形。 （1）Vo<=Vi 且输入端Vi是一个2ns正脉冲。
（2）Vo <=Vi after 4 ns,且输入端Vi是一个2ns正脉冲。 （3） Vo <=Vi a
fter 4 ns,且输入端Vi是一个5ns正脉冲。 （4） Vo <= TRANSPORT Vi AFTER 3 ns;且输入端Vi是一个2ns正脉冲。仿真过程仿真——小结仿真（模拟）概述模拟系统的构成逻辑模拟模型电路模型元件模型信号模型延迟模型 仿真过程 |
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