PN100/D75Z数字电路的发展不仅在集成度方面,而且在半导体器件的材料、结构和生产工艺上均有所体现。数字集成器件所用的材料以硅材料为主,在高速电路申,也使用化合物半导体材料,例如砷化镓等。

逻辑门是数字集成电路的主要单元电路,按照结构和工艺分为双极型、MOs型和双极一MOs型。晶体管一晶体管逻辑门电路(TTL①)问世较早,其工艺经过不断改进,是至今仍在使用的基本逻辑器件之一。随着金属一氧化物一半导体(MOs)工艺特别是CMOs②工艺的发展,使得集成电路具有很高的电路集成度和工作速度,并且功耗很低,因此TTL的主导地位已被CMOs器件所取代。

数字集成电路的特点,与模拟电路相比,数字电路主要有下列优点:

稳定性高,结果的再现性好.数字电路的工作可靠,稳定性好。一般而言,对于一个给定的输人信号,数字电路的输出总是相同的。而模拟电路的输出则随着外界温度和电源电压的变化,以及器件的老化等因素而发生变化。

易于设计,魏宇:电路又称为数字逻舞曳路,它主要是对用0和1表示的数字信号进行学知识,广泛使用的数学工具是逻辑代数。

数字电路能够可靠地区分0和1两种状态就可以正常工作,电路的精度要求不

高。因此,数字电路的分析与设计相对较容易。

大批量生产,成本低廉,数字电路结构简单,体积小,通用性强,容易制造,便于集成化生产,因而成本低廉。

可编程性,现代数字系统的设计,大多采用可编程逻辑器件,即厂家生产的一种半成品芯片。用户根据需要用硬件描述语言(HDL③)在计算机上完成电路设计和仿真,并写人芯片,这给用户研制开发产品带来了极大的方便和灵活性。

高速度,低功耗,随着集成电路工艺的发展,数字器件的工作速度越来越高,而功耗越来越低。集成电路中单管的开关速度可以做到小于10^11s。整体器件中,信号从输人到输出的传输时间小于2×10^9s。百万门以上超大规模集成芯片的功耗,

TTL系△msistor-Transistor Logic的缩写。

CMOS系Complementary Metal-0xide-semiconductor的缩写。

HDL系Hardware Descnption Languagc的缩写。

数字电路与数字信号,可以低达毫瓦级。

由于具有这些优点,数字电路在众多领域取代模拟电路。可以肯定,这一趋势将会继续发展下去。

数字电路的分析、设计与测试,数字电路处理的是数字信号,电路中的半导体器件工作在开关状态,例如晶体管王作在饱和区或截止区,所以不能采用模拟电路的分析方法,例如小信号模型分析法。数字电路又称为逻辑电路,在电路结构、功能和特点等方面均不同于模拟电路,主要研究的对象是电路的输出与输人之间的逻辑关系,因而,数字电路的分析方法与模拟电路完全不同,所采用的分析工具是逻辑代数,表达电路输出与输入的关系主要用真值表、功能表、逻辑表达式或波形图。

随着计算机技术的发展,借助计算机仿真软件,可以更直观、更快捷、更全面地对电路进行分析。不仅可以对数字电路,而且可以对数模混合电路进行仿真分析;不仅可以进行电路的功能仿真,显示逻辑仿真的波形结果,以检查逻辑错误,而且可以考虑器件及连线的延迟时间,进行时序仿真,检测电路中存在的冒险竞争、时序错误等问题。

数字电路的设计是从给定的逻辑功能要求出发,确定输人、输出变量,选择适当的逻辑器件,设计出符合要求的逻辑电路。设计过程一般有方案的提出、验证和修改三个阶段。设计方式分为传统的设计方式和基于EDA①软件的设计方式。传统的硬件电路设计全过程都是由人工完成,硬件电路的验证和调试是在电路构成后进行的,电路存在的问题只能在验证后发现。如果存在的问题较大,有可能重新设计电路,因而设计周期长,资源浪费大,不能满足大规模集成电路设计的要求。基于王pA软件的设计方式是借助于计算机来快速准确地完成电路的设计。设计者提出方案后,利用计算机进行逻辑分析、性能分析、时序测试,如果发现错误或方案不理想,可以重复上述过程直至得到满意的电路,然后进行硬件电路的实现。这种方法提高了设计质量,缩短了设计周期,节省了设计费用,提高了产品的竞争力。因此EDA软件已成为设计人员不可缺少的有力工具。

EDA软件的种类较多,大多数软件包含以下主要工具:原理图输人 设计者可以如同在纸上画电路一样,将逻辑电路图输入到计算机,软件自动检查电路的接线、电源及地线的连接、信号的连接等。

EDA系Elcctronic Design Automauon的缩写。