高速数字电路设计技术的应用分析

丁胜平 彭森

摘 要：本文对高速数字线路进行概述，指出影响高速数字线路信号传播完整性的原因，列举了高速数字线路的具体应用，并对高速数字线路设计技术的未来进行了展望。

关键词：高速数字电路；设计技术；应用分析

信号传输是信息化时代的基础之一，高速数字线路在信号传播和处理上发挥着重要的作用。高速数字线路的设计是复杂的，需要专业的设计人员，随着当下对高速数字线路要求的提升，也进一步提升了设计的难度。

一、高速数字电路概述

1.1 高速数字电路概念

高速数字电路中，电容、电感等电路模拟特性会因为信号的高速变化而产生变化，有两个重要的参数对高速数字电路的设计产生重要影响，分别是集总参数系统和分布参数系统。集总参数系统是一个理想的状态，在这样的状态下，并不会有其他因素影响电路的电流和电压，信号也不会在传输中被损坏，在实际的应用中很少出现。分布参数系统设计则是充分考虑信号传输过程中将会受到的影响，与数字电路的实际运行情况十分接近，广泛应用在高速数字电路的设计当中。

1.2 高速数字电路设计当中可能出现的问题

高速数字电路设计是一项复杂的工作，具有极强的专业性要求，设计技术影响着设计的有效性。很多因素都会影响信号的传输质量，这就导致高速数字线路的设计结果无法满足使用的需求。高速数字线路的设计中，如何保证信号完整性是设计中的重要问题，如果没有完整地将信号进行传输，信号抵达目的地时就会失真，数据无法保持正确性、相关控制信号和地址也会发生错误，从而造成系统工作错误，当问题严重时甚至会造成系统崩溃。有三个方面会影响到高速数字电路所传输信号的完整性：因信号传输线未知的阻抗不匹配引起反射噪音；电磁耦合增加所造成的信号串扰；信号传输过程中瞬间出现较大电流，影响线路电压，降低信号完整性。

二、高速数字电路设计技术的具体应用

2.1 信号完整性设计及应用

能够传输完整的信号，是线路能够被正常使用的前提，研究表明，有两个原因会对完整性造成影响：反射因素，电路在运行过程中反射噪音是不可避免的，反射噪音会破坏信号的完整性。信号的传输过程中，会受到诸多因素的共同作用，这样几个原因会产生反射噪音：电路的阻抗和容抗等参数不匹配；线路中富在于阻抗不匹配所造成的电压反射回电源；线路没有规范连接，造成线路之间发生反射。这些都会对信号的完整性进行破坏。另一个是信号串扰，目前数字线路的集成性极高，让电路有了更小的体积，内部线路变得越发密集。线路之间的空间距离变得特别小，极易发生电磁藕合而产生问题，最终发生信号串扰，降低信号的完整性。因此在设计高速数字线路时，在保证了电路集成性的基础上，充分考虑上述两个因素对信号完整性所制造的干扰，合理安排线路布局，保证负载、阻抗、容抗等相关参数的匹配，降低反射噪音产生的可能，从而提升信号的完整性，满足实际需要。

2.2 电路电源的设计和应用

高速数字电路的设计中，广泛使用了低电压元件，这些器件会影响到电源的稳定，所以在设计中，也要对电源的稳定性进行重点分析。电源的稳定性是指电路在运行中，电源的波形质量，随着电路中使用更多的开关器，线路的电压就会减小，电源波形的波动就会变得更加明显，如果电源有严重的质量问题，就会破坏这个系统。有两个因素会对电源的稳定性造成直接影响：线路高速开关、线路中本来就有大量的电感。线路处于高速开关时，会产生很大的瞬间电流，影响到电源；大量的电感会让线路产生较大阻抗。

理想的电路运行状态是没有阻抗的，但这样的状态显然不可能，电路会不可避免地产生噪音，当电源中有瞬间电流通过，电路中各结点一定会发生电压波动，所以，在进行高速数字线路设计时，必须减少瞬间电流的产生，并尽可能是电源阻抗降低。

数字电路通常使用铜质材料，但铜质材料的阻抗并不能满足要求，再设计当中还要考虑谐振效应和接口等问题。为了降低线路的阻抗，通常都要在线路中加入去耦电容。不同的电容类型，会表现出不同的高频特性。可以将电容视为串联谐振电路，低频时表现电容特性，高频时表现为电阻特性。设计时要选择工作频率变化不大的电容，保证电容能够实现作用。

三、高速数字电路设计工作未来的发展趋势

3.1 噪音小

噪音是影响信号完整性的因素之一，通过设计来降低线路的噪音，保证信号的完整传输，一直都是高速数字电路设计的核心目标，在未来也不会改变。进行电路的设计中，充分考虑电路系统的运行，重点研究信号的传输过程和质量，对元件合理选择，保证电源、阻抗、容抗、负载的匹配。规范各元件之间的连接，减小环路面积，增加不同线路之间的距离，提升线路的完整性。从而达到减少噪音的目的。

3.2 模拟技术将会被广泛使用

在高速数字电路中应用模拟电路技术，能够提升电路的设计效率，节约设计成本，从而为企业带来经济效益。高速数字电路朝着高速化方向发展，模拟电路的技术也将会被不断完善。

3.3 更具实用价值的设计方案

进行高速数字电路的设计时，可以将电路分成不同的模块，将这些模块的设计交给不同团队进行，最后，再将设计好的模块整合到一起，成为一个总线路。这样的设计方式可以保证设计的时效性，并且让后期的维护也变得模块化，提升了高速数字电路的实用性和可行性。

四、结束语

科学的发展，技术的进步和社会的需求，都促使了高速数字线路技术的发展，在更广泛的应用中，高速数字电路也要能够面对不同环境，在不同情况下都能够保证信号的完整性和线路的稳定型，这就需要设计水准的提升。通过分析高速数字线路中，对信号完整性产生影响的内因和外因，从而改良或改革设计技术，才能提升高速数字电路设计有效性。

参考文献

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作者简介

丁胜平，邵阳学院国际学院电子科学与技术专业学生