【E課堂】模擬和數(shù)字電路基礎(chǔ)知識(shí)匯總

　　作為一位硬件工程師，必須面對(duì)的就是兩個(gè)基本電路：模擬電路和數(shù)字電路。下面我們就來了解一下這兩個(gè)電路的基本知識(shí)。

　　一、模擬電路與數(shù)字電路的定義及特點(diǎn)：

　　模擬電路(電子電路)

　　模擬信號(hào)

　　處理模擬信號(hào)的電子電路。“模擬”二字主要指電壓(或電流)對(duì)于真實(shí)信號(hào)成比例的再現(xiàn)。

　　其主要特點(diǎn)是：

　　1、函數(shù)的取值為無限多個(gè);

　　2、當(dāng)圖像信息和聲音信息改變時(shí)，信號(hào)的波形也改變，即模擬信號(hào)待傳播的信息包含在它的波形之中(信息變化規(guī)律直接反映在模擬信號(hào)的幅度、頻率和相位的變化上)。

　　3.初級(jí)模擬電路主要解決兩個(gè)大的方面：1放大、2信號(hào)源。

　　4、模擬信號(hào)具有連續(xù)性。

　　數(shù)字電路(進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路)

　　數(shù)字信號(hào)

　　用數(shù)字信號(hào)完成對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路稱為數(shù)字電路，或數(shù)字系統(tǒng)。由于它具有邏輯運(yùn)算和邏輯處理功能，所以又稱數(shù)字邏輯電路。

　　其主要特點(diǎn)是：

　　1、同時(shí)具有算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能

　　數(shù)字電路是以二進(jìn)制邏輯代數(shù)為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，使用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，既能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算又能方便地進(jìn)行邏輯運(yùn)算(與、或、非、判斷、比較、處理等)，因此極其適合于運(yùn)算、比較、存儲(chǔ)、傳輸、控制、決策等應(yīng)用。

　　2、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠

　　以二進(jìn)制作為基礎(chǔ)的數(shù)字邏輯電路，可靠性較強(qiáng)。電源電壓的小的波動(dòng)對(duì)其沒有影響，溫度和工藝偏差對(duì)其工作的可靠性影響也比模擬電路小得多。

　　3、集成度高，功能實(shí)現(xiàn)容易

　　集成度高，體積小，功耗低是數(shù)字電路突出的優(yōu)點(diǎn)之一。電路的設(shè)計(jì)、維修、維護(hù)靈活方便，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字邏輯電路的集成度越來越高，集成電路塊的功能隨著小規(guī)模集成電路(SSI)、中規(guī)模集成電路(MSI)、大規(guī)模集成電路(LSI)、超大規(guī)模集成電路(VLSI)的發(fā)展也從元件級(jí)、器件級(jí)、部件級(jí)、板卡級(jí)上升到系統(tǒng)級(jí)。電路的設(shè)計(jì)組成只需采用一些標(biāo)準(zhǔn)的集成電路塊單元連接而成。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)的特殊電路還可以使用可編程序邏輯陣列電路，通過編程的方法實(shí)現(xiàn)任意的邏輯功能。

　　二、模擬電路與數(shù)字電路之間的區(qū)別

　　模擬電路是處理模擬信號(hào)的電路;數(shù)字電路是處理數(shù)字信號(hào)的電路。

　　模擬信號(hào)是關(guān)于時(shí)間的函數(shù)，是一個(gè)連續(xù)變化的量，數(shù)字信號(hào)則是離散的量。因?yàn)樗械碾娮酉到y(tǒng)都是要以具體的電子器件，電子線路為載體的，在一個(gè)信號(hào)處理中，信號(hào)的采集，信號(hào)的恢復(fù)都是模擬信號(hào)，只有中間部分信號(hào)的處理是數(shù)字處理。具體的說模擬電路主要處理模擬信號(hào)，不隨時(shí)間變化，時(shí)間域和值域上均連續(xù)的信號(hào)，如語音信號(hào)。而數(shù)字信號(hào)則相反，是變化的，數(shù)字信號(hào)的處理包括信號(hào)的采樣，信號(hào)的量化，信號(hào)的編碼。

　　舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子：要想從遠(yuǎn)方傳過來一段由小變大的聲音，用調(diào)幅、模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸(相應(yīng)的應(yīng)采用模擬電路)，那么在傳輸過程中的信號(hào)的幅度就會(huì)越來越大，因?yàn)樗窃谟秒娦盘?hào)的幅度特性來模擬聲音的強(qiáng)弱特性。

　　但是如果采用數(shù)字信號(hào)傳輸，就要采用一種編碼，每一級(jí)聲音大小對(duì)應(yīng)一種編碼，在聲音輸入端，每采一次樣，就將對(duì)應(yīng)的編碼傳輸出去?？梢姛o論把聲音分多少級(jí)，無論采樣頻率有多高，對(duì)于原始的聲音來說，這種方式還是存在損失。不過，這種損失可以通過加高采樣頻率來彌補(bǔ)，理論上采樣頻率大于原始信號(hào)的頻率的兩倍就可以完全還原了。

　　數(shù)字電路的電平都是符合標(biāo)準(zhǔn)的，模擬電路就沒有這樣的要求了。

　　三、模擬電路和數(shù)字電路之間的聯(lián)系

　　摸擬電路是為數(shù)字電路供給電源而又完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行。

　　在模擬電路和數(shù)字電路中，信號(hào)的表達(dá)方式不同。對(duì)模擬信號(hào)能夠執(zhí)行的操作，例如放大、濾波、限幅等，都可以對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行操作。事實(shí)上，所有的數(shù)字電路從根本上來說都是模擬電路，其基本電學(xué)原理，都與模擬電路相同。互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體就是由兩個(gè)模擬的金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的，其對(duì)稱、互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)，使它恰好能處理高低數(shù)字邏輯電平。不過，數(shù)字電路的設(shè)計(jì)目標(biāo)是用來處理數(shù)字信號(hào)，如果強(qiáng)行引入任意模擬信號(hào)而不進(jìn)行額外處理，則可能造成量化噪聲。

　　在一組離散的時(shí)間下表示信號(hào)數(shù)值的函數(shù)稱為離散時(shí)間信號(hào)。因?yàn)樽畛Ｓ龅降碾x散時(shí)間信號(hào)是模擬信號(hào)在時(shí)間上以均勻(有時(shí)也以非均勻)間隔的采樣。而“離散時(shí)間”與“數(shù)字”也經(jīng)常用來說明同一信號(hào)。離散時(shí)間信號(hào)的一些理論也適用于數(shù)字信號(hào)。

　　四、如何實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字電路的功能

　　模擬電路和數(shù)字電路它們同樣是信號(hào)變化的載體，模擬電路在電路中對(duì)信號(hào)的放大和削減是通過元器件的放大特性來實(shí)現(xiàn)操作的，而數(shù)字電路是對(duì)信號(hào)的傳輸是通過開關(guān)特性來實(shí)現(xiàn)操作的。

　　在模擬電路中，電壓、電流、頻率，周期的變化是互相制約的，而數(shù)字電路中電路中電壓、電流、頻率、周期的變化是離散的。

　　模擬電路可以在大電流高電壓下工作，而數(shù)字電路只是在小電壓，小電流底功耗下工作，完成或產(chǎn)生穩(wěn)定的控制信號(hào)。

　　五、應(yīng)用

　　模擬電路幾乎覆蓋整個(gè)電子領(lǐng)域，任何一個(gè)電子線路的功能實(shí)現(xiàn)都會(huì)涉及到模擬電路。

　　數(shù)字電路與數(shù)字電子技術(shù)廣泛的應(yīng)用于電視、雷達(dá)、通信、電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、航天等科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

　　模擬電路的設(shè)計(jì)通常比數(shù)字電路更為困難，對(duì)設(shè)計(jì)人員的水平要求更高。這也是數(shù)字電路系統(tǒng)比模擬電路系統(tǒng)更加普及的原因之一。模擬電路通常需要更多的手工運(yùn)算，其設(shè)計(jì)過程的自動(dòng)化程度低于數(shù)字電路。