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数字电路研究的是直流信号还是交流信号


一、说明
数字电路主要研究的是直流信号,而不是交流信号。虽然在某些场景也会
涉及到交流特性,比如高速数字电路的信号完整性分析。

二、数字电路的本质是逻辑状态跳变
1.数字信号只有两个稳定状态,高电平和低电平。
2.信号在传输或者处理的过程中是跳变的直流电平,在稳态下电压是不变的。
3.在理想和稳态分析下,数字电路只是涉及电平跳变,是直流电压的切换和组合。
4.在信号边沿跳变的过程中,电平不是瞬间改变,会引起:

过冲(overshoot)

串扰(crosstalk)

反射(reflection)

地弹(ground bounce)

三、数字电路研究直流信号部分
1.数字电路研究直流信号主要关注的是逻辑电平和稳态
2.电源设计
电源电压(V_DD、V_SS)是直流

电压电平规范(如TTL、CMOS标准电平)

电平迁移电路(Level Shifter)处理直流偏置

上拉/下拉电阻、静态功耗等是基于直流分析的

四、研究交流信号的部分
1.关注跳变的过程与高速效应
2.虽然逻辑信号本身是直流的,但是跳变过程中的动态行为是具有交流特性的。
3. 边沿跳变过程(上升/下降时间)
信号在从“0”变为“1”或从“1”变为“0”时,具有有限的上升/下降时间

本质是一个高速的非线性交流变化过程

过慢的边沿会导致逻辑错误或竞争冒险
4.信号完整性分析(Signal Integrity)
包括:

反射(由阻抗不匹配引起)

过冲/下冲(Overshoot/Undershoot)

串扰(Crosstalk)

地弹(Ground Bounce)

分析方法来自交流理论:

传输线模型

阻抗匹配、电容、电感模型

时域与频域混合分析

5.时钟信号设计
虽然只用时钟信号的边沿,但时钟本身是周期性交流波形

时钟分布网络设计涉及:

抖动(Jitter)

时钟偏移(Skew)

上升/下降沿速度

高频共模干扰等

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