關(guān)于高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)的研究

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種信息電子設(shè)備開(kāi)始進(jìn)入我們的生活，開(kāi)始了人類的信息技術(shù)時(shí)代。高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)作為影響社會(huì)發(fā)展的重要部分，其技術(shù)的研究具有必要性。高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)工作不僅具有復(fù)雜性，而且還有很強(qiáng)的專業(yè)性，相關(guān)設(shè)計(jì)水平對(duì)信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量有著直接的影響作用，從而決定數(shù)字電路的應(yīng)用效果。文章首先對(duì)高速數(shù)字電路的概念進(jìn)行介紹，在分析高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的研究要點(diǎn)，從而優(yōu)化高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)，促進(jìn)新時(shí)期高速數(shù)字電力技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高速數(shù)字電路；設(shè)計(jì)技術(shù)；研究要點(diǎn)

前言

高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)在信息時(shí)代下促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展有著很大的影響，然而高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)工作的專業(yè)性和復(fù)雜性，使高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)的改革更具挑戰(zhàn)性。如何優(yōu)化高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)，使其更好地服務(wù)社會(huì)、服務(wù)人民，令這項(xiàng)技術(shù)的研究很有必要性。文章筆者在對(duì)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題簡(jiǎn)要分析的基礎(chǔ)上，從高速數(shù)字電路信號(hào)的完整性和高速數(shù)字電路電源的設(shè)計(jì)兩個(gè)方面論述高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)的研究要點(diǎn)，旨在促進(jìn)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步。

1 概述

1.1 高速數(shù)字電路概念

高速數(shù)字電路，指的是信號(hào)的高速變化進(jìn)而引起電容、電感等電路模擬特性發(fā)生變化的電路。高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中有兩個(gè)重要的概念需要了解，分別是集總參數(shù)系統(tǒng)和分布參數(shù)系統(tǒng)。集總參數(shù)系統(tǒng)是這樣一種狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，其他因素都不會(huì)對(duì)電流和電壓產(chǎn)生影響，信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量與器件本身沒(méi)有關(guān)系，也就是說(shuō)，信號(hào)在傳輸中不會(huì)受到損壞，這是一種理想的狀態(tài)，然而在實(shí)際應(yīng)用中很少被應(yīng)用。而分布參數(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則充分考慮信號(hào)在傳輸過(guò)程中傳輸效果的各種影響因素，與現(xiàn)實(shí)高速數(shù)字電路的運(yùn)行狀況相近，因此被廣泛用于高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中。

1.2 高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)不僅是一項(xiàng)專業(yè)性強(qiáng)工作，也是一項(xiàng)復(fù)雜性的工作，設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)的有效性有著很重要的影響。在高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，由于多種因素會(huì)對(duì)信號(hào)的質(zhì)量產(chǎn)生影響，會(huì)造成高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的結(jié)果不盡人意。因此，在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，如何保證信號(hào)的完整性是高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中最重要的問(wèn)題。信號(hào)的完整性對(duì)高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)具有重要意義，信號(hào)不完整，意味著就會(huì)出現(xiàn)信號(hào)失真的現(xiàn)象，從而對(duì)數(shù)據(jù)的正確性、相關(guān)控制信號(hào)和地址的生成產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響信號(hào)質(zhì)量。當(dāng)信號(hào)不完整引起信號(hào)失真的情況下，不僅會(huì)使系統(tǒng)工作出現(xiàn)錯(cuò)誤，影響系統(tǒng)作用的正常發(fā)揮，嚴(yán)重的話甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)崩潰。高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中影響信號(hào)完整性的因素主要有三個(gè)方面。一是信號(hào)傳輸線未知的阻抗不匹配引起反射噪聲，進(jìn)而破壞信號(hào)的完整性。二是電磁耦合在信號(hào)之間增加，從而導(dǎo)致信號(hào)間的串?dāng)_問(wèn)題不斷加重。三是在信號(hào)的傳輸過(guò)程中出現(xiàn)較大瞬態(tài)電流，給線路上的電壓帶來(lái)不同程度的影響，進(jìn)而影響信號(hào)的完整性。信號(hào)的完整性對(duì)高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)有效性具有很重要影響，因此，如何在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中保證信號(hào)的完整性、提高信號(hào)質(zhì)量是高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的重中之重。

2 高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)的研究要點(diǎn)

在高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)的研究中，高速數(shù)字電路信號(hào)的完整性和高速數(shù)字電路電源的設(shè)計(jì)作為研究的重點(diǎn)，文章筆者主要將主要針對(duì)這兩個(gè)研究要點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)與研究，具體內(nèi)容如下：

2.1 信號(hào)的完整性

在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，保持信號(hào)的完整性是使電路有效使用的重要條件。而在高速數(shù)字電路信號(hào)的完整性設(shè)計(jì)中主要有兩方面的影響因素：一是在電路中各種干擾因素造成的信號(hào)完整性損壞，二是在電路中由于各種反射現(xiàn)象造成的信號(hào)完整性破壞。在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往追求較高的集成性，這就使得電路的體積不斷變小，數(shù)字電路內(nèi)部的線路排列也越來(lái)越密集，線路之間這種空間小的排列方式很容易發(fā)生電磁耦合現(xiàn)象，從而導(dǎo)致信號(hào)的完整新被破壞。電路中信號(hào)的傳輸過(guò)程中不可避免地會(huì)由于反射而形成反射噪聲，從而破壞信號(hào)的完整性。除此之外，信號(hào)在傳輸過(guò)程中還會(huì)受到其他很多因素的影響而導(dǎo)致其完整性被破壞。在理想的狀態(tài)下，不同阻抗是相等的，存在相互匹配性，但是實(shí)際中常常由于阻抗以及容抗等各項(xiàng)參數(shù)的不匹配而發(fā)生反射現(xiàn)象。此外，當(dāng)線路的連接不規(guī)范，也會(huì)造成各個(gè)線路間的相互反射，從而影響信號(hào)完整性。所以，在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)考慮這兩個(gè)影響因素。也就是說(shuō)，在高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不僅要合理安排數(shù)字電路線路的布局，還要最可能的使各項(xiàng)參數(shù)以及負(fù)載、阻抗之間相互匹配，從而最大程度上提高高速數(shù)字電路的信號(hào)的完整性，以適應(yīng)實(shí)際的需要。

2.2 電路電源設(shè)計(jì)

在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，電路電源的設(shè)計(jì)也是其設(shè)計(jì)技術(shù)的研究要點(diǎn)之一。一般來(lái)說(shuō)，低電壓元器件在高速數(shù)字電路中的大量應(yīng)用可以有效的滿足設(shè)計(jì)需求，在設(shè)計(jì)中，這些元器件會(huì)對(duì)電源的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此，在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)分析。電源穩(wěn)定性，指的是在運(yùn)行過(guò)程中電路電源的波形質(zhì)量。研究中發(fā)現(xiàn)，影響電路電源穩(wěn)定性的主要因素有兩種：一種是在高速開(kāi)關(guān)的狀態(tài)下產(chǎn)生的瞬間電流過(guò)大而影響電源完整性；另一種是由于電路中電感過(guò)多導(dǎo)致回路阻抗太大而對(duì)電源的完整性產(chǎn)生一定影響。因此，我們認(rèn)為當(dāng)整個(gè)線路中的阻抗被完全消除，就不會(huì)再有阻抗損耗，從而達(dá)到高速數(shù)字電路電源設(shè)計(jì)中最為理想的設(shè)計(jì)狀態(tài)。但是由于多種因素，這種理想狀態(tài)在現(xiàn)實(shí)中是不存在的，電源系統(tǒng)總會(huì)產(chǎn)生干擾噪聲，電源平面也總會(huì)有瞬間電流流過(guò)而使各個(gè)點(diǎn)產(chǎn)生電壓波動(dòng)，對(duì)高速數(shù)字電路系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響。因此，我們只能在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能減少瞬間電流，并降低電源阻抗。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們可以通過(guò)使用去耦電容來(lái)使線路阻抗可以滿足實(shí)際需要。所以，在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中要充分考慮電源的電阻及電感，從而提高高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的有效性。

3 高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)今后發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，信息時(shí)代的進(jìn)步，今后高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)也將更加追求高效性，更加符合社會(huì)的需求。首先，在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中將會(huì)不斷完善信號(hào)的完整性，消除電路中的噪聲干擾。這就要求高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)者在選擇元件時(shí)充分考慮電源和負(fù)載、阻抗之間是否匹配，從而規(guī)范線路連接方式，極大地提高信號(hào)的完整性。其次，在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中應(yīng)用模擬電路技術(shù)，努力在減少設(shè)計(jì)成本的同時(shí)提到設(shè)計(jì)效率。最后，高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)將分模塊進(jìn)行，每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)相應(yīng)功能，并最終合為一個(gè)總的電路，從而提高設(shè)計(jì)方案的可行性。除此之外，相關(guān)工作人員在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，從而保證設(shè)計(jì)方案的可行性和穩(wěn)定性。高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)工作將向著小型化和高速化發(fā)展，其功能的設(shè)計(jì)也更加健全、更加符合社會(huì)需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

在信息技術(shù)時(shí)代下，隨著信息技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，高速數(shù)字電路在社會(huì)各方面的應(yīng)用也日益廣泛。高速主數(shù)字電路設(shè)計(jì)工作的復(fù)雜性和專業(yè)性，要求相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)在對(duì)其設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)全面認(rèn)識(shí)的前提下開(kāi)展工作，進(jìn)而不斷提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。在高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)的研究中不僅要考慮信號(hào)的完整性，還要考慮電源燈穩(wěn)定性，全面研究才能提高高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)的有效性。文章關(guān)于高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)相關(guān)問(wèn)題簡(jiǎn)單分析，旨在從理論上為高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

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