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[导读]数字集成电路设计是一个程序化的过程,包括将规格和特性转换成数字块,然后再进一步转换成逻辑电路。与数字集成电路设计相关的许多限制来自铸造工艺和技术限制。数字IC强调的是运算速度与成本比,数字IC设计的目标是在尽量低的成本下达到目标运算速度。设计者必须不断采用更高效率的算法来处理数字信号,或者利用新工艺提高集成度降低成本。

数字集成电路设计是一个程序化的过程,包括将规格和特性转换成数字块,然后再进一步转换成逻辑电路。与数字集成电路设计相关的许多限制来自铸造工艺和技术限制。数字IC强调的是运算速度与成本比,数字IC设计的目标是在尽量低的成本下达到目标运算速度。设计者必须不断采用更高效率的算法来处理数字信号,或者利用新工艺提高集成度降低成本。

数字IC多采用CMOS工艺,而模拟IC很少采用CMOS工艺。因为模拟IC通常要输出高电压或者大电流来驱动其他元件,而CMOS工艺的驱动能力很差。此外,模拟IC最关键的是低失真和高信噪比,这两者都是在高电压下比较容易做到的。而CMOS工艺主要用在5V以下的低电压环境,并且持续朝低电压方向发展。

对于数字电路来说是没有噪音和失真的,数字电路设计者完全不用考虑这些因素。此外由于工艺技术的限制,模拟电路设计时应尽量少用或不用电阻和电容,特别是高阻值电阻和大容量电容,只有这样才能提高集成度和降低成本。

在内心深处,我仍然认为自己是一名模拟工程师。我必须承认,我并不总是尊重数字设计师,因为我曾经相信他们的队伍中充斥着拉普拉斯变换课程不及格的懒惰工程专业学生。毕竟,进行数字设计有多难?对于 LS7400 与非门,有上千种连接输入和输出的方法,但只有一种方法是正确的。使用 LM324 运算放大器,还有一千种连接输入和输出的方法,而且它们都是正确的!所以我得出结论,模拟设计才是真正的工程师所在!

话虽如此,当我看到数字主宰开始吞噬我的模拟电机控制游乐场时,你可以想象我的沮丧。一座又一座模拟设计专业知识的堡垒在无处不在的微处理器的无情攻击下倒下了。我不可避免地被拖进了数字时代。但一路走来,我开始将微处理器视为朋友而不是敌人。我很快意识到,数字系统设计不仅仅是那些无法求解微分方程的工程师的逃避。事实上,从 z 变换的角度来看,设计数字控制系统与设计模拟控制器一样具有挑战性(如果不是更难的话)。今天很难想象没有电机控制微控制器,因为某些技术(例如磁场定向控制)在经济上什至是不可能的。

将微控制器放入电机控制系统的核心是当今相当普遍的做法。然而,有一些微妙之处值得一提,我称之为“数字控制十诫”。

做好准备

虽然这在技术上不是一条诫命,但它确实是一种现象!用不了多久,我们就会依靠计算机本身来编写实际的电机控制代码。今天,我们使用软件驱动程序从软件的其余部分中抽象出外围设备的硬件细节。很快,仿真工具将能够抽象出整个电机控制软件的工作!正如我被迫接受一种不同的电机控制硬件设计方法一样,我预测我们将看到同样的效果出现在许多软件工程师身上,他们已经习惯于编写自己的电机控制代码。

持怀疑态度

您可能听说过这样的格言:“您可以在猪身上涂口红,但它仍然是猪。” 同样的陈述适用于基于对控制系统的错误解释的漂亮模拟输出。仿真技术已经在电机控制设计过程中发挥了关键作用,并且这种趋势将继续增加,如上所述。但是,虽然这缩短了设计过程,但如果您没有以现实为基础的参考点来解释仿真结果,它也可能很危险。计算机永远不能代替人类的经验或直觉。


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