高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)應(yīng)用分析

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【摘要】隨著計算機(jī)的普及以及人們對計算機(jī)的性能要求越來越高，高速數(shù)字電路的設(shè)計也就需要不斷地進(jìn)步與改良。高速數(shù)字電路的設(shè)計是十分復(fù)雜的，并且需要專業(yè)性較強(qiáng)的高速數(shù)字電路設(shè)計師來設(shè)計，設(shè)計的水平將會直接影響信號傳輸?shù)馁|(zhì)量，從而會對高數(shù)數(shù)字電路的實際使用情況產(chǎn)生巨大的影響。因此，就需要高速數(shù)字電路的設(shè)計者在設(shè)計高速數(shù)字電路的時候要進(jìn)行多方面的考慮，充分考慮各項因素對設(shè)計的影響，從而降低其對通信強(qiáng)度等方面的影響，以提高該電路的信號質(zhì)量，讓設(shè)計出來的電路能夠滿足人們在實際生產(chǎn)與生活中的需要。論文著重對高速數(shù)字電路進(jìn)行簡略描述，并分析其設(shè)計的原理以及其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，并對其未來的發(fā)展趨勢做一定的展望。

【關(guān)鍵詞】高速數(shù)字電路；設(shè)計技術(shù)；信號的完整性設(shè)計；電路電源的設(shè)計

引言

隨著科學(xué)的進(jìn)步與時代的發(fā)展，計算機(jī)逐漸走進(jìn)千家萬戶，人們對計算機(jī)的要求越來越高，計算機(jī)的更新也越來越快，由于計算機(jī)也是建立在高速數(shù)字電路的基礎(chǔ)上，作為基層的高速數(shù)字電路也要不斷地向前進(jìn)步。而隨著高速數(shù)字電路在世界上各個地方的應(yīng)用越來越廣泛，高速數(shù)字電路自身的發(fā)展對世界上計算機(jī)科技的發(fā)展也起到了越來越重要的作用。設(shè)計者在設(shè)計高速數(shù)字電路的時候要對多方面的因子進(jìn)行詳細(xì)的考慮，其中第一個就是設(shè)計者設(shè)計的高速數(shù)字電路的邏輯是否合理，有一個完整且合理的邏輯，信號才能完整地傳輸，有一個清晰的邏輯以便于對其進(jìn)行改造；二是要有應(yīng)變性，即高速數(shù)字電路的設(shè)計不是一成不變的，要根據(jù)實際的情況不斷地對電路進(jìn)行改造與技術(shù)的優(yōu)化，從而讓通信的質(zhì)量進(jìn)一步得到提升。在設(shè)計高速數(shù)字電路的時候，所有的設(shè)計者都需要長期研究的問題是如何才能夠?qū)⒃O(shè)計出來的電路更好地與實際生產(chǎn)生活結(jié)合起來，將設(shè)計出來的產(chǎn)品更好地運用到實際的生產(chǎn)生活中。

1高速數(shù)字電路的相關(guān)的資料

1.1相關(guān)的概念

高速數(shù)字電路的一般定義是指含有數(shù)字信號的電路在短時間內(nèi)其數(shù)字信號發(fā)生了大量的變化，而這一變化導(dǎo)致了該電路所模擬的電路發(fā)生了一些改變，其改變的方面有很多，包括但不僅限于電路中相關(guān)的電阻、電感以及電容等方面[1]。數(shù)字電路的設(shè)計十分的復(fù)雜，包含了許多重要的理念，但是在這些理念之中有著兩個最重要且設(shè)計者必須考慮的理念：第一個理念叫作集總參數(shù)系統(tǒng)，集總參數(shù)系統(tǒng)可以說是在一種理想的狀況之下考慮電壓與電流的關(guān)系，在這個狀態(tài)下，它們之間的關(guān)系相互獨立不受外界其他因素的影響，同時傳輸?shù)馁|(zhì)量盒器件的無關(guān)，也就是說在這個狀態(tài)之下電路中的數(shù)字信號在整個傳輸?shù)倪^程之中，其信號不會受各種因素的影響，也就是說不會出現(xiàn)電路信號存在著畸形的問題；第二個重要的概念就是分布系統(tǒng)參數(shù)，這個參數(shù)在數(shù)字電路的設(shè)計中應(yīng)用十分廣泛，由于在傳輸信號傳輸?shù)倪^程中需要考慮各種影響因素，而這個參數(shù)就是由此來的，因此，分布系統(tǒng)參數(shù)最大的特征就是設(shè)計出來的電路與實際運行的效果是十分接近的。

1.2主要的問題

在設(shè)計高速數(shù)字電路的時候應(yīng)該將提高電路傳輸信號的質(zhì)量作為首要考慮的因素。因為在傳輸過程中能夠?qū)π盘栙|(zhì)量產(chǎn)生影響的因素有很多，但是對其影響最大的因素就是信號的完整性。一旦信號的完整性被壞了，那么所接收到的信號就不完整，也就是“失真”現(xiàn)象。失真現(xiàn)象在信號的傳輸中會造成極大的危害，其中最重要的方面就是失真會導(dǎo)致重要的數(shù)據(jù)在傳輸過程中會受到破壞，對整個電路中數(shù)字電路信號的完整性造成極大的影響。另外，工作環(huán)境中出現(xiàn)失真現(xiàn)象會導(dǎo)致系統(tǒng)在工作中出現(xiàn)混亂的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致系統(tǒng)在工作中失去應(yīng)有的功能，無法發(fā)揮其該有的作用，其中最為嚴(yán)重的是在失真環(huán)境下工作將會有極大的可能將整個數(shù)字電路系統(tǒng)陷入癱瘓的情景之中，對整個數(shù)字電路的運作帶來極大的困難[2]。

2高速數(shù)字電路設(shè)計及應(yīng)用

2.1信號的完整性設(shè)計及應(yīng)用

高速數(shù)字電路能夠在實際的生產(chǎn)生活中得以有效應(yīng)用的前提是保證其信號的完整性。有相關(guān)的研究表明，對高速數(shù)字電路影響的因素主要有以下兩個：第一是反射因素，高速數(shù)字電路在其運行的過程中會產(chǎn)生一定的噪聲，但是其在抵抗噪聲的時候也會發(fā)生反射的現(xiàn)象，破壞了信道的完整性。在高速數(shù)字電路的線路之中還有可能會存在因負(fù)載與阻抗之間不匹配而導(dǎo)致的信道反射問題，也會破壞信號的完整性。除此之外，高速數(shù)字電路在設(shè)計的時候，設(shè)計者考慮不周而導(dǎo)致所設(shè)計的線路連接與規(guī)范不符合，會有可能造成線路之間出現(xiàn)相互反射的現(xiàn)象，從而影響信號的完整性。第二個是信號串?dāng)_。隨著時代的改變，計算機(jī)的小型化、便攜化是一個熱點，這就造成了現(xiàn)今數(shù)字電路設(shè)計中最大的特征：集成性高。數(shù)字電路的體積日漸縮小，性能還要不打折扣，因此，數(shù)字電路內(nèi)部的線路也就日趨密集，導(dǎo)線之間的距離大幅度地縮短，這樣極易導(dǎo)致電路之間出現(xiàn)電磁耦合的現(xiàn)象，然后出現(xiàn)信號串?dāng)_的問題，從而破壞了信號的完整性。由于上述種種原因，設(shè)計者在設(shè)計高速數(shù)字電路過程中要對兩個影響因素進(jìn)行充分的考慮。既要保證設(shè)計出來的數(shù)字電路的線路是高集成性的，設(shè)計時要將數(shù)字電路的線路布局進(jìn)行合理的安排，又要充分了解其使用的器件的詳細(xì)信息，從而保證其各項參數(shù)以及負(fù)載、阻抗之間能夠相互匹配，以便于設(shè)計者在對電路進(jìn)行設(shè)計的過程中，能夠有效地避免或者反射問題以及信號串?dāng)_問題，從而保證信號的完整性，以便于在實際生產(chǎn)和生活中能夠滿足其需求。

2.2電路電源的設(shè)計及應(yīng)用

高速數(shù)字電路設(shè)計之中要用到很多材料，因此，要仔細(xì)挑選，因為這些器件可以直接對電源的穩(wěn)定性造成影響，在數(shù)字電路的設(shè)計中需著重考慮。電源穩(wěn)定性是指在運行過程中電路所形成的電源波的形質(zhì)量。就目前而言，這設(shè)計過程中低電壓源器的應(yīng)用十分廣泛。根據(jù)當(dāng)下的研究與報告可以得知以下兩個因素應(yīng)該著重考慮：第一，由于數(shù)字電路處于高速運行之中將會產(chǎn)生較大的瞬時電流，產(chǎn)生的瞬時電流會對信號的完整性造成巨大的破壞；第二，在高速數(shù)字電路的設(shè)計中電感在線路中存在的數(shù)量是非常多的，電感數(shù)量多了就會導(dǎo)致電路的回路阻抗變得很大，這也會影響電源的完整性。為避免阻抗耗損，我們要想辦法消除電路的阻抗，電路沒有阻抗則是一種理想狀態(tài)，然而在現(xiàn)實生活中是不可能做到的。鑒于此，設(shè)計者在設(shè)計高速數(shù)字電路的過程中應(yīng)當(dāng)著重對這兩方面進(jìn)行考慮。在當(dāng)前高速數(shù)字電路的設(shè)計之中，最為常用的是銅質(zhì)材料，但是由于使用銅質(zhì)材料會產(chǎn)生諧振效應(yīng)，再加上銅質(zhì)材料也不能滿足阻抗的需求，為了滿足實際生產(chǎn)生活中的需要，因此，電路之間普遍采用的是去耦電容。當(dāng)電路處于不同的頻率之中其所表現(xiàn)出來的電阻與電容的特性并不一致，如在較高的工作頻率下表現(xiàn)出他的電阻特性，可以將電容理解成一個諧振電路串聯(lián)與電路之中。

3高速數(shù)字電路設(shè)計的發(fā)展趨勢探析

首先，應(yīng)該對電路在運作過程中所產(chǎn)生的噪聲干擾問題進(jìn)行著重的考慮，還要注意對元件進(jìn)行仔細(xì)的選擇，要充分保證在數(shù)字電路中電源和負(fù)載、阻抗之間是相互匹配[3]。其次，在數(shù)字電路設(shè)計中設(shè)計者應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)如何使用電路模擬技術(shù)對電路進(jìn)行設(shè)計，這么做既能提高設(shè)計者的效率，又能將設(shè)計的成本進(jìn)行大幅度的降低。設(shè)計時可以對其不同的用途將其拆分為不同的模塊進(jìn)行設(shè)計，最終再進(jìn)行一個有機(jī)的整合，聚合為一個整體。每個模塊需要反復(fù)進(jìn)行試驗，一是確保設(shè)計的方是的可行的，二是使方案實施的穩(wěn)定性更加高。

4結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，計算機(jī)的發(fā)展日新月異，各種電子器具的更新?lián)Q代也是越來越快，再加上對計算機(jī)小型化，電器功能復(fù)雜化等時代的要求，高速數(shù)字電路也更加偏向微型化，集成化，因此，對高速數(shù)字電路的設(shè)計要求也越來越高。本文旨在針對高速數(shù)字電路設(shè)計中遇到的種種問題進(jìn)行一個簡要的分析，其主要是提供給高速數(shù)字電路設(shè)計者一個理論上的參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]潘元忠.高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017（12）：162-163+165.

[2]孫麗華.高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（16）：90.

[3]張彪，杜奇功，劉海軍，等.關(guān)于高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)的研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（20）：78.

作者：包寅寅 單位：遼寧科技大學(xué)