【E課堂】模擬和數(shù)字電路基礎(chǔ)知識匯總

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

　　一、模擬電路與數(shù)字電路的定義及特點：

　　模擬電路(電子電路)

　　模擬信號

　　處理模擬信號的電子電路。“模擬”二字主要指電壓(或電流)對于真實信號成比例的再現(xiàn)。

　　其主要特點是：

　　1、函數(shù)的取值為無限多個;

　　2、當(dāng)圖像信息和聲音信息改變時，信號的波形也改變，即模擬信號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的幅度、頻率和相位的變化上)。

　　3.初級模擬電路主要解決兩個大的方面：1放大、2信號源。

　　4、模擬信號具有連續(xù)性。

　　數(shù)字電路(進行算術(shù)運算和邏輯運算的電路)

　　數(shù)字信號

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

　　其主要特點是：

　　1、同時具有算術(shù)運算和邏輯運算功能

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

　　2、實現(xiàn)簡單，系統(tǒng)可靠

　　以二進制作為基礎(chǔ)的數(shù)字邏輯電路，可靠性較強。電源電壓的小的波動對其沒有影響，溫度和工藝偏差對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)點之一。電路的設(shè)計、維修、維護靈活方便，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、器件級、部件級、板卡級上升到系統(tǒng)級。電路的設(shè)計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的電路;數(shù)字電路是處理數(shù)字信號的電路。

　　模擬信號是關(guān)于時間的函數(shù)，是一個連續(xù)變化的量，數(shù)字信號則是離散的量。因為所有的電子系統(tǒng)都是要以具體的電子器件，電子線路為載體的，在一個信號處理中，信號的采集，信號的恢復(fù)都是模擬信號，只有中間部分信號的處理是數(shù)字處理。具體的說模擬電路主要處理模擬信號，不隨時間變化，時間域和值域上均連續(xù)的信號，如語音信號。而數(shù)字信號則相反，是變化的，數(shù)字信號的處理包括信號的采樣，信號的量化，信號的編碼。

　　舉個簡單的例子：要想從遠方傳過來一段由小變大的聲音，用調(diào)幅、模擬信號進行傳輸(相應(yīng)的應(yīng)采用模擬電路)，那么在傳輸過程中的信號的幅度就會越來越大，因為它是在用電信號的幅度特性來模擬聲音的強弱特性。

　　但是如果采用數(shù)字信號傳輸，就要采用一種編碼，每一級聲音大小對應(yīng)一種編碼，在聲音輸入端，每采一次樣，就將對應(yīng)的編碼傳輸出去?？梢姛o論把聲音分多少級，無論采樣頻率有多高，對于原始的聲音來說，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，理論上采樣頻率大于原始信號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)行機構(gòu)的執(zhí)行。

　　在模擬電路和數(shù)字電路中，信號的表達方式不同。對模擬信號能夠執(zhí)行的操作，例如放大、濾波、限幅等，都可以對數(shù)字信號進行操作。事實上，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?；パa金屬氧化物半導(dǎo)體就是由兩個模擬的金屬氧化物場效應(yīng)管構(gòu)成的，其對稱、互補的結(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)計目標(biāo)是用來處理數(shù)字信號，如果強行引入任意模擬信號而不進行額外處理，則可能造成量化噪聲。

　　在一組離散的時間下表示信號數(shù)值的函數(shù)稱為離散時間信號。因為最常遇到的離散時間信號是模擬信號在時間上以均勻(有時也以非均勻)間隔的采樣。而“離散時間”與“數(shù)字”也經(jīng)常用來說明同一信號。離散時間信號的一些理論也適用于數(shù)字信號。

　　四、如何實現(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變化的載體，模擬電路在電路中對信號的放大和削減是通過元器件的放大特性來實現(xiàn)操作的，而數(shù)字電路是對信號的傳輸是通過開關(guān)特性來實現(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。

　　五、應(yīng)用

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

　　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、通信、電子計算機、自動控制、航天等科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

　　模擬電路的設(shè)計通常比數(shù)字電路更為困難，對設(shè)計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算，其設(shè)計過程的自動化程度低于數(shù)字電路。