數字電路設計與模擬電路設計的區別

2020-03-19

數字電路設計與模擬電路設計的區別有許多，這里簡(jiǎn)單介紹一下，希望給你啟發(fā)：

我們中的某些人渴望在數字電路設計和模擬電路設計領(lǐng)域中都能完成所有工作的簡(jiǎn)單時(shí)期。如今，您無(wú)法擺脫在復雜的電子產(chǎn)品中運行純數字或模擬系統的麻煩?；旌闲盘?span>PCB是很普遍的做法，使得舊的布局策略已過(guò)時(shí)。

我們生活在一個(gè)非線(xiàn)性的模擬世界中，事物在紙上才真正變成數字或線(xiàn)性的。模擬電路設計和數字電路設計之間的差異始于信號波形，而并非始于正確的布局選擇。使用正確的布局策略可以幫助確保來(lái)自模擬和數字集成電路（IC）的信號保持干凈并且不會(huì )互相干擾。

線(xiàn)性與非線(xiàn)性IC

模擬IC有線(xiàn)性和非線(xiàn)性?xún)煞N。模擬線(xiàn)性IC的輸出信號將與輸入信號成比例。換句話(huà)說(shuō)，如果將輸出信號與輸入信號作圖，則與它們相關(guān)的曲線(xiàn)將是一條直線(xiàn)。非線(xiàn)性模擬IC并非如此。信號輸出的曲線(xiàn)將不是直線(xiàn)。這些IC的輸出信號通常在高輸入電壓下表現出飽和。

呈現非線(xiàn)性輸出的電路元件的兩個(gè)常見(jiàn)示例是晶體管和二極管。二極管的輸出是輸入電壓的指數函數。對于晶體管，輸出信號最初在低輸入電壓下是線(xiàn)性的，但是一旦輸入電壓足夠大，輸出很快就會(huì )飽和到恒定輸出。

非線(xiàn)性模擬IC可以在時(shí)間上表現出非線(xiàn)性響應，同時(shí)在輸出信號中仍然表現出線(xiàn)性響應。這意味著(zhù)非線(xiàn)性效應的產(chǎn)生取決于輸入頻率，而不是輸入電壓。一種非線(xiàn)性地作用于輸入交流信號的常見(jiàn)模擬集成電路是放大器電路。放大器電路的壓擺率（即每單位時(shí)間的最大輸出電壓變化）將限制其響應速度。如果將高頻率正弦波形輸入到具有低擺率的放大器，則當響應率飽和到擺率時(shí)，輸出將類(lèi)似于三角波。

大多數帶有非線(xiàn)性元件的電路都不容易進(jìn)行分析檢查，這意味著(zhù)必須以數字方式計算電路中的電流和電壓。無(wú)論您使用的是模擬IC還是數字IC（或同時(shí)使用這兩者），出色的仿真套件都可以幫助您建模和驗證設備的功能。

噪聲及其對您的PCB布局的意義

不幸的是，與模擬IC相比，數字IC是令人生厭的動(dòng)物。對于具有給定開(kāi)關(guān)頻率的數字信號，與具有相同頻率和幅度的模擬信號相比，功率譜會(huì )將功率集中在更多的頻率上。加上數字電路中的眾多噪聲源，模擬和數字集成電路中的噪聲系數可能會(huì )更高。

根據IC中電路元件的混合方式，模擬IC的輸出信號可能會(huì )表現出強烈的非線(xiàn)性。同時(shí)，數字IC從定義上說(shuō)是非線(xiàn)性的，邏輯處理電路實(shí)際上是分段非線(xiàn)性的。因為在任何信號中都不可避免地會(huì )產(chǎn)生噪聲，所以這些電路元件對噪聲的響應方式取決于輸入和輸出信號之間的關(guān)系（稱(chēng)為傳遞函數）。

無(wú)論您使用數字IC還是模擬IC，都應始終使用最佳實(shí)踐來(lái)抑制輻射和傳導EMI，串擾和信號反射。您無(wú)法通過(guò)過(guò)濾完全消除白噪聲。例如，如果要使用帶通濾波器消除正弦信號中的白噪聲，則只能濾除遠離帶中心的頻率處的噪聲。使用久經(jīng)考驗的布局實(shí)踐可以幫助您將噪聲水平降低到極低的水平，以至于無(wú)法測量。

模擬，數字和混合信號布局

在同一塊PCB上使用模擬和數字IC時(shí)，需要將電路板分成模擬和數字功能塊。電路板的模擬部分應放置在模擬接地層上，同時(shí)保持PCB接地之間的隔離。數字IC同樣如此：它們應放置在自己的接地板上。每種類(lèi)型的組件都只能在其自己的接地平面上布線(xiàn)。單個(gè)接地層可以在仍然連接的情況下分成數字部分和模擬部分。連接這兩個(gè)平面的最佳位置是在電源附近。一個(gè)平面中感應的噪聲將被它們之間的高阻抗返回路徑阻止進(jìn)入另一平面。將防止一個(gè)平面中的噪聲信號進(jìn)入模擬平面并將噪聲耦合回模擬信號，反之亦然。取而代之的是，在任何一個(gè)區域中感應出的噪聲都必須遵循電抗最小的路徑，回到連接的區域，最后回到電源。

布局中數字和模擬接地平面部分之間的分隔距離也很重要。即使兩個(gè)接地平面是平坦的，它們仍會(huì )電容耦合，因此一個(gè)部分中的噪聲仍可以耦合到另一部分中。通常，如果空間允許，您應該選擇更大的間距，因為這樣會(huì )減小等效電容，從而增加接地層之間的等效阻抗。

您的模擬和數字組件可以和諧相處

如果使用混合信號IC，則會(huì )遇到問(wèn)題，因為您需要將它們同時(shí)放在模擬和數字接地部分。較舊的IC并未將混合信號IC上的模擬和數字引腳完全分離到雙列直插式封裝（DIP）的每一側。值得慶幸的是，較新的IC以此方式將引腳分開(kāi)，從而使您可以將IC安裝在兩個(gè)接地平面上。在這種情況下，封裝的大小將限制接地平面之間的距離。最好的PCB設計軟件包使處理模擬，數字或混合信號板變得容易。如果您的設計包包含仿真功能，則您將能夠評估設計中的潛在噪聲問(wèn)題，并在電路板下線(xiàn)之前解決這些問(wèn)題。