計算機高速數(shù)字電路設(shè)計技術(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)計的應(yīng)用也越來越廣泛。目前，高速數(shù)字電路設(shè)計正實現(xiàn)不斷發(fā)展，但是一些理論還不成熟。目前我國高速數(shù)字電路設(shè)計取得了一定的發(fā)展，然而大多注重于理論，而缺少實踐經(jīng)驗。因此，研究高速電路設(shè)計的各個方面，借此促進有關(guān)技術(shù)人員對高速電路設(shè)計的了解，從而有效推動實踐工程的實施，對我國高速數(shù)字電路設(shè)計技術(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部分。其中，集中參數(shù)系統(tǒng)簡化了低速數(shù)字電路設(shè)計，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。一般來說，信號特性的改變主要由兩大因素造成，包括信號時間、信號的位置，因此元器件間的線路長度會對信號的特性產(chǎn)生直接影響，并且，線路中信號的傳輸并不具備實時性。

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

信號質(zhì)量在高速數(shù)字電路設(shè)計中的作用十分重要，如果信號的質(zhì)量無法得到保證，將會造成信號失真的情況，對生成正確地址、數(shù)據(jù)和控制信號產(chǎn)生不利影響，從而阻礙了系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。對信號質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素主要有：第一，系統(tǒng)中信號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，將對信號的質(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線間的距離是呈反比例的關(guān)系，信號線間距離的減小使其電磁耦合變大，產(chǎn)生較大的影響，使信號間的串?dāng)_更加嚴(yán)重；第三，芯片電路在運行時，附加在電源上的電阻及電感會影響其工作，造成大感應(yīng)電流的產(chǎn)生，使電源線及地線上電壓無法保持穩(wěn)定，進而產(chǎn)生嚴(yán)重的波動現(xiàn)象。總而言之，克服影響信號質(zhì)量的有關(guān)因素，使高速數(shù)字電路信號質(zhì)量得到提高，從而進行科學(xué)的電路設(shè)計已經(jīng)成為目前高速數(shù)字電路設(shè)計中的重要研究對象。

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

3.1對高速數(shù)字電路信號質(zhì)量的研究

高速數(shù)字電路信號質(zhì)量的設(shè)計包括反射研究以及干擾研究兩大方面，即研究各種信號在電路信號網(wǎng)中所產(chǎn)生的干擾，以及研究各種電路信號網(wǎng)傳輸信號的干擾，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發(fā)射現(xiàn)象的產(chǎn)生。數(shù)字電路的設(shè)計過程中，不匹配的阻抗會影響電路傳播的波形，從而形成干擾，破壞信號完整性。在高速數(shù)字電路的設(shè)計中，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)計人員忽略。信號的路線構(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的影響而發(fā)生相應(yīng)的變化。設(shè)計者應(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)計高速數(shù)字電路，一般能夠采用兩種策略來實行，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)字電路信號的完整性，提高電路信號的質(zhì)量。

3.2對高速數(shù)字電路電源進行設(shè)計

在高速數(shù)字電路的設(shè)計中，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)生較大的信號回路阻抗，主要由電感強度過大導(dǎo)致。以上因素均會對電源的穩(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)計的理想狀態(tài)，因為信號回路的阻抗損耗可以忽略不計，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)實中并不存在，電源分配系統(tǒng)一定會產(chǎn)生噪聲干擾，從而影響電路的正常運行。設(shè)計人員應(yīng)充分考慮電源的電阻、電感等可能帶來的影響進行高速數(shù)字電路設(shè)計，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)計的需要，所以高速數(shù)字電路的設(shè)計還應(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切實可行的辦法。

4結(jié)語

總而言之，高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)在科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速的今天已經(jīng)越來越成熟，其在電路設(shè)計中扮演著不可或缺的角色。高速數(shù)字電路設(shè)計的發(fā)展，對許多行業(yè)的發(fā)展具有積極的促進作用。然而，目前高速數(shù)字電路設(shè)計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)計存在的問題，并且提出一些具有針對性的改進策略。今后高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展必將給社會帶來更多的效益，包括經(jīng)濟等方面的效益。

作者：周瑩 單位：江蘇自動化研究所