LTSpiceにすべての論理ゲートを追加する

LTSpiceにはいくつかの「動作論理ゲート」がありますが、標準的な入力数と電源用ポートを備えた基本的なゲートのコレクションがあると便利です。(5Vを使用するシステムもあれば、3.3Vを使用するシステムもあり、他の電圧源を使用するシステムもあります)。オンラインでよりよく機能するいくつかのモデルも利用できると覚えておいてください。この投稿は主に、NANDゲートを組み合わせることですべての基本的な論理ゲートがどのように得られるかを実験および理解するためのものです。NANDゲートのモデル化手法に慣れていない場合は、最初に、MOSFETを使用した論理ゲートについて以前に作成したこの投稿を参照してください。NANDゲートのMOSFETモデル
最後にすべてのシンボルと回路図のダウンロードがあります。

SPICEディレクティブによるNANDゲートのモデル化

最終的にはこのような図になりますが、具体的には以下で説明します。

カスタムMOSFETモデル

LTSpiceのライブラリには数多くの部品が用意されていますが、特定のパラメータを使って部品を定義した方が良い場合もあります。私がフォーラムに投稿した上記のMOSFETは、適切な動作を保証するために特定の値を使用しています。このプログラムには、カスタムパラメータを使用できる2つのモデルがあります。
pmos4とnmos4

pmos4

「モデル」の名前と混同しないように、必ず「モデル4」の名前を一意の名前に変更してください。 デフォルトの「モデル」はPMOSとNMOSです。 名前をPMODA、PMODB、NMODA、NMODBに変更しました。

MOSFETパラメータ

少なくとも次のパラメータが入っている必要があります。
KP(相互コンダクタンス)、ガンマ(バルク閾値パラメータ)、ファイ(表面反転電位)、ラムダ(チャネル長変調)、L(チャネル長)、W(チャネル幅)、および VTO(ゼロバイアス閾値電圧)
これらのパラメータにカスタム値を追加するには、「S」キーを押して、NMOSFETおよびPMOSFETのSPICEディレクティブを追加する必要があります。 エントリは次のようになります。

 .model yourModelName nmos (KP=200u GAMMA=0.9 phi=0.6 lambda=0.02 VTO=0.7)

「yourModelName」を別の一意の名前に変更します。それぞれNMOD1とPMOD1を使用しました。SPICEディレクティブを図のどこかに配置します。 もう一度「S」キーを押して、PMOSFETにこれを追加します。

.model yourModelName pmos (KP=100u GAMMA=0.9 phi=0.6 lambda=0.02 VTO=-0.7)

これを回路図のどこかに配置します。
各MOSFETのチャンネルの長さと幅を編集するには、該当するMOSFETを右クリックします。P-MOSFETは同じ値を共有します。

pmosLW

もう一度、「yourModelName」をSPICEコマンドで入力したものに変更します。私の場合は、P-MOSFETをPMOD1、N-MOSFETをNMOD1にしました。
N-MOSFETの長さと幅はわずかに異なります。 一番上のもの(私の図ではNMODA)には次の値があります。

topNMOSLW

その1つ下のNMODBは次の値になります。

bottomNMOSLW

両方のSPICEコマンドに同じモデル名を使用するようにしてください。そうしないと、プログラムは使用するパラメータを認識できません。

シミュレーション用の出力SPICEディレクティブ

もう1つのSPICEコマンドとして「CL Out 0 1p」が追加されています。これは、LTSpiceに、出力に何らかのキャパシタンスとインダクタンスが必要であることを伝えるためのショートカットです。Outは出力のことで、0は存在するインダクタンスの量、1pは存在するキャパシタンスの量です(文字から逆算して)。これは、プログラムが少し速くシミュレートするのを助けるために時々行われます。

シンボルを作成してモデルを完成させる

階層回路を作る際に通常行う手順を踏んでシンボルを展開していきますが、これをやったことがない場合にはこちらに再度、記事へのリンクがあります。
Making Sub-Circuits / Hierarchical Circuits in LTSpice - Support / Tech Tips - Engineering and Component Solution Forum - TechForum │ Digi-Key (digikey.com)
「Netlist/Library」の方法は使いませんでした。シンボルエディタで円弧、線、ピンを使ってかなり正確な図面を作ることができます。私の場合はこんな感じになりました。

NOTゲートのモデリング

NANDゲートができたので、実際には2つの方法でNOTゲートをモデル化できます。MOSFETを設計するか、単一のNANDゲートを使用します。
新しいサブ回路で1つのNANDゲートを使用すると、労力が少なくて済みます。簡単な図を次に示します。
NANDNOT
基本的に、両方の入力を1つの入力に結びつけると、NOTゲートと同じ動作を示します。
MOSFETを使用した回路図は次のとおりです。




NANDに使用されるSPICEモデルは同じです。 NMOD1トランジスタの長さと幅の設定は、NANDゲートの下記トランジスタと同じです。 これが私がNOTゲート用に作ったシンボルです(MOSFETモデルを使用しました)。

派生ゲート:AND、OR、NOR、XOR、XNOR

それ以外のゲートは、NANDゲートだけでも、NOTゲートとNANDゲートの組み合わせでも作ることができます。以下に、自作する場合のレイアウトを図示します。シンボルをどのようにデザインするかは、ご自由にお決めください。この後、私が作成した回路図とシンボルをすべてダウンロードできるようにしておきます。 すべてのファイルをLTSpiceでリンクしたフォルダに入れないと、それらは動作しません。.

AND

OR

ORschem
ORschem1041×763 14.5 KB

NOR

NORschem
NORschem1253×738 13.5 KB

XOR

XORschem
XORschem1481×813 16.2 KB

XNOR

XNORSchem
XNORSchem1181×752 12.2 KB

ゲート用ファイル

これが私が作ったすべてのシンボルと回路図のzipフォルダです。
GATES.zip (4.9 KB)




オリジナル・ソース(英語)