🖥️ 歡迎來到「數位積體電路」小學門 (Digital Integrated Circuits & XSPICE)

本課程基於 official ngspice KiCad/Eeschema Digital Simulation Tutorial,帶領學員從基礎數位邏輯閘與 XSPICE 模型的建立開始,逐步擴展至組合邏輯全加器、時序邏輯觸發器/計數器,以及類比與數位交界處的 ADC/DAC 混合訊號 (Mixed-Signal) 模擬。

⚡ 零門檻雲端實作環境:免安裝 ngspice,即刻啟動!

本課程範例完全支援 Web 端的電路模擬。只需前往 AeroCuit EDA 網頁應用程式:

  • 一鍵載入 XSPICE 範例: 內建數位邏輯閘、鎖存器與 ADC/DAC 橋接 Netlist 範例。
  • 雲端邏輯波形繪製: 自動經由 ngspice 執行多軌邏輯波形運算,繪製清晰的數位時序圖。
  • 雙軌認證與學習履歷: 完成實作驗證後,自動記錄並頒發雙軌認證機制與 ProvenanceData 學習履歷。

📂 課程地圖與單元規劃

單元一:KiCad/Eeschema 數位模擬入門與基礎邏輯閘 (Basic Logic Gates & XSPICE)

學習使用 XSPICE code models (d_inverter, d_and, d_nand) 建立數位元件,設定邏輯高低電位與脈衝時脈,進行基本真值表與傳輸延遲模擬。

【數位 IC 01】Eeschema數位模擬與基礎邏輯閘
分析重點:.tran 暫態波形、d_gate 延遲參數設定

單元二:組合邏輯電路設計與半加器 / 全加器實務 (Combinational Logic & Full Adder)

實作 MUX、Decoder 與 Full Adder,透過暫態模擬分析邏輯訊號疊加、競爭現象 (Race Condition) 與險象 (Glitch)。

【數位 IC 02】組合邏輯與全加器模擬
分析重點:多軌輸入組合暫態分析、險象 (Glitch) 觀測

單元三:時序邏輯電路:RS/D 觸發器與計數器實作 (Sequential Logic & Counters)

運用 d_srff 與 d_dff 模型建立 D Flip-Flop 與鎖存器,進一步設計除頻器與同步計數器,驗證 Setup/Hold Time 時序。

【數位 IC 03】時序邏輯與計數器設計
分析重點:時脈觸發時序、計數器狀態轉移模擬

單元四:A/D 與 D/A 數模混合訊號橋接與系統模擬 (Mixed-Signal & ADC/DAC Bridge)

使用 adc_bridge 與 dac_bridge 元件實現數位與類比訊號轉換,結合 R-2R 梯形網路與 Opamp 實作 4-bit DAC 轉換器。

【數位 IC 04】ADC/DAC混合訊號模擬
分析重點:dac_bridge 轉換、R-2R 階梯波形階躍暫態分析

🏅 學習獎勵與晉級機制

如何獲得獎章?
了解初階與完課徽章的獲取條件
如何獲得晉級?
解鎖進階子學門與高階核心能力
如何獲得獎勵?
利用積分兌換進階權限與網站好禮
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本課程引導學員建立 KiCad Eeschema 與 ngspice 的數位模擬環境。透過 XSPICE 內建的數位邏輯元件庫 (d_inverter, d_and, d_nand 等),學員將學習如何建立第一個數位邏輯原理圖,並設定 1/0 邏輯電位與數位脈衝輸入,觀測基本閘電路的真值表與傳輸延遲 (Propagation Delay)。

  • 核心技術: KiCad/Eeschema 數位元件庫設定、XSPICE d_gate 模型參數、邏輯波形觀測。
  • SPICE 指令: .tran 暫態時序掃描、d_source / pulse 邏輯訊號源。
  • 雲端工具: 完全支援 AeroCuit EDA 與 Gnuplot 數位波形圖繪製。

本課程專注於組合邏輯 (Combinational Logic) 的電路建構與時序分析。學員將利用基本邏輯閘組合出解碼器 (Decoder)、多工器 (MUX) 以及半加器 (Half Adder) 與全加器 (Full Adder),並透過暫態模擬分析邏輯競爭 (Race Condition) 與險象 (Glitch) 現象。

  • 核心技術: 布林代數電路實現、全加器加法運算、邏輯險象 (Glitch) 分析。
  • SPICE 指令: 多軌邏輯訊號同步暫態分析 (.tran)、時序延遲控制。
  • 雲端工具: 完全支援 AeroCuit EDA 雲端模擬與 ProvenanceData 學習履歷紀錄。

本課程帶領學員跨入時序邏輯 (Sequential Logic) 領域。利用 XSPICE 觸發器元件 (d_srff, d_dff) 與邏輯閘,實作 RS 鎖存器、D 觸發器、除頻器與非同步/同步計數器 (Counters)。學員將深入理解時脈 (Clock) 驅動、建立時間 (Setup Time) 與保持時間 (Hold Time) 之時序驗證。

  • 核心技術: 觸發器時脈邊緣觸發、邊緣敏感度、非同步與同步計數器設計。
  • SPICE 指令: 時脈脈衝源設定、高解析度暫態波形分析 (.tran)。
  • 雲端工具: 完全支援 AeroCuit EDA 雲端波形輸出與雙軌學習認證。

本課程探索類比與數位交界處的混合訊號 (Mixed-Signal) 仿真技術。學員將學習使用 ngspice 的 dac_bridge 與 adc_bridge 模型,實現數位邏輯與類比 Opamp / 電晶體電路之間的界面轉換,並實作簡易 DAC (電阻分壓/R-2R 梯形網路) 與 PWM 訊號產生器。

  • 核心技術: ADC/DAC 橋接器設定、R-2R 網路 DAC、混合訊號系統時序同步。
  • SPICE 指令: adc_bridge, dac_bridge、類比與數位混合暫態模擬。
  • 雲端工具: 完全支援 AeroCuit EDA 雲端繪圖與進階認證機制。