計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展

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現(xiàn)階段，微電子技術(shù)發(fā)展速度較快，高速電子電路器件的應(yīng)用技術(shù)也逐漸趨于成熟，高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。目前，高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)正實(shí)現(xiàn)不斷發(fā)展，但是一些理論還不成熟。目前我國(guó)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)取得了一定的發(fā)展，然而大多注重于理論，而缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，研究高速電路設(shè)計(jì)的各個(gè)方面，借此促進(jìn)有關(guān)技術(shù)人員對(duì)高速電路設(shè)計(jì)的了解，從而有效推動(dòng)實(shí)踐工程的實(shí)施，對(duì)我國(guó)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展具有積極的影響。

1高速數(shù)字電路的概念

高速數(shù)字電路是一種具有模擬特性作用的電路，主要由電路中高速變化的信號(hào)產(chǎn)生的電容、電感等所形成，集中參數(shù)系統(tǒng)以及分布參數(shù)系統(tǒng)是高速數(shù)字電路中最主要的兩個(gè)部分。其中，集中參數(shù)系統(tǒng)簡(jiǎn)化了低速數(shù)字電路設(shè)計(jì)，使其保持理想狀態(tài)，因此在高速數(shù)字電路技術(shù)中，集中參數(shù)系統(tǒng)并不適用，但是其卻適用于低速數(shù)字電路設(shè)計(jì)。一般來(lái)說(shuō)，信號(hào)特性的改變主要由兩大因素造成，包括信號(hào)時(shí)間、信號(hào)的位置，因此元器件間的線路長(zhǎng)度會(huì)對(duì)信號(hào)的特性產(chǎn)生直接影響，并且，線路中信號(hào)的傳輸并不具備實(shí)時(shí)性。

2高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展目前存在的問題

信號(hào)質(zhì)量在高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的作用十分重要，如果信號(hào)的質(zhì)量無(wú)法得到保證，將會(huì)造成信號(hào)失真的情況，對(duì)生成正確地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)產(chǎn)生不利影響，從而阻礙了系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)信號(hào)質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素主要有：第一，系統(tǒng)中信號(hào)傳輸線位置上具有不相匹配的阻抗，反射噪聲的產(chǎn)生較為常見，將對(duì)信號(hào)的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響；第二，印刷板位置的電路密集度與信號(hào)線間的距離是呈反比例的關(guān)系，信號(hào)線間距離的減小使其電磁耦合變大，產(chǎn)生較大的影響，使信號(hào)間的串?dāng)_更加嚴(yán)重；第三，芯片電路在運(yùn)行時(shí)，附加在電源上的電阻及電感會(huì)影響其工作，造成大感應(yīng)電流的產(chǎn)生，使電源線及地線上電壓無(wú)法保持穩(wěn)定，進(jìn)而產(chǎn)生嚴(yán)重的波動(dòng)現(xiàn)象?？偠灾朔绊懶盘?hào)質(zhì)量的有關(guān)因素，使高速數(shù)字電路信號(hào)質(zhì)量得到提高，從而進(jìn)行科學(xué)的電路設(shè)計(jì)已經(jīng)成為目前高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的重要研究對(duì)象。

3高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的相關(guān)措施

3.1對(duì)高速數(shù)字電路信號(hào)質(zhì)量的研究

高速數(shù)字電路信號(hào)質(zhì)量的設(shè)計(jì)包括反射研究以及干擾研究?jī)纱蠓矫妫囱芯扛鞣N信號(hào)在電路信號(hào)網(wǎng)中所產(chǎn)生的干擾，以及研究各種電路信號(hào)網(wǎng)傳輸信號(hào)的干擾，受電路中不同匹配的阻抗因素等影響，在低速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中不需考慮反射這一因素。數(shù)字電路網(wǎng)在理想狀態(tài)下，其不同阻抗之間能夠相互匹配，并表現(xiàn)出較為明顯的連續(xù)性，因此線路的電壓和電流中無(wú)發(fā)射現(xiàn)象的產(chǎn)生。數(shù)字電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不匹配的阻抗會(huì)影響電路傳播的波形，從而形成干擾，破壞信號(hào)完整性。在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，使電路和臨界阻抗相匹配存在較大的困難，所以使系統(tǒng)穩(wěn)定在過(guò)阻的狀態(tài)，該方法具有較高的可行性。高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，感性串?dāng)_是應(yīng)最先考慮的問題。按照有關(guān)理論可知，電路中的電流是循環(huán)流動(dòng)的，并且其已經(jīng)成為一種狀態(tài)，然而其被大部分?jǐn)?shù)字電路設(shè)計(jì)人員忽略。信號(hào)的路線構(gòu)成電流環(huán)路，電流環(huán)路能夠影響電路中的電感，其中的電流同樣也受電磁場(chǎng)的影響而發(fā)生相應(yīng)的變化。設(shè)計(jì)者應(yīng)使電路中的電流環(huán)路盡可能減少，從而使感性串?dāng)_得到明顯控制，設(shè)計(jì)高速數(shù)字電路，一般能夠采用兩種策略來(lái)實(shí)行，也就是增加線路距離或者減小電流環(huán)路面積，從而保證高速數(shù)字電路信號(hào)的完整性，提高電路信號(hào)的質(zhì)量。

3.2對(duì)高速數(shù)字電路電源進(jìn)行設(shè)計(jì)

在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，低電壓元器件是其中必不可少的因素，其一定程度上影響到電源的穩(wěn)定性。電源的穩(wěn)定性，其是指電源的波形質(zhì)量。高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，線路器件在某種情況下將產(chǎn)生感應(yīng)電流，并且電流量較大，此外數(shù)字電路也將產(chǎn)生較大的信號(hào)回路阻抗，主要由電感強(qiáng)度過(guò)大導(dǎo)致。以上因素均會(huì)對(duì)電源的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。電壓系統(tǒng)零阻抗是高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的理想狀態(tài)，因?yàn)樾盘?hào)回路的阻抗損耗可以忽略不計(jì)，電源系統(tǒng)各位置的電位也不容易發(fā)生變化。但是，理想狀態(tài)在現(xiàn)實(shí)中并不存在，電源分配系統(tǒng)一定會(huì)產(chǎn)生噪聲干擾，從而影響電路的正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮電源的電阻、電感等可能帶來(lái)的影響進(jìn)行高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)，使電阻和電感保持較低的狀態(tài)。就目前而言，銅質(zhì)材料在電路系統(tǒng)中的使用較為普遍，其遠(yuǎn)不符合高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的需要，所以高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮其他可能產(chǎn)生影響的因素，其中，在電路中使用去耦電容就是一個(gè)切實(shí)可行的辦法。

4結(jié)語(yǔ)

總而言之，高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)在科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速的今天已經(jīng)越來(lái)越成熟，其在電路設(shè)計(jì)中扮演著不可或缺的角色。高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的發(fā)展，對(duì)許多行業(yè)的發(fā)展具有積極的促進(jìn)作用。然而，目前高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)暫且存在一定的局限性，需要開展相關(guān)研究加以解決。本文闡述了目前高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)存在的問題，并且提出一些具有針對(duì)性的改進(jìn)策略。今后高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展必將給社會(huì)帶來(lái)更多的效益，包括經(jīng)濟(jì)等方面的效益。

作者：周瑩 單位：江蘇自動(dòng)化研究所