数电模电

数电与模电的区别和联系

从物理量的角度来区分

模电: 一般指频率在百兆HZ以下,电压在数十伏以内的模似信号以及对此信号的分析/处理及相关器件的运用.百兆HZ以上的信号属于高频电子电路范畴.百伏以上的信号属于强电或高压电范畴.

数电: 一般对频率没有固定要求,就电压而言,一般在0~5v左右.其中关于数字电路的高低电平的分类有很多不同的标准,需要根据实际需要或理论需要进行选取.

数字电路的高低电平的几种分法

传统生产中,大家根据经验总结出0~0.25v作为低电平(用0表示),3.5~5v作为高电平(用1表示)具有较好的表现.

理想情况下,<1/2电源电压位低电平,>1/2电源电压位高电平.(但实际生活生产中一般不能达到理论标准,如输入的电源电压在1/2的时候出现了一些干扰/噪声,就会导致较大的错误 -> 不能判断一个信号会偏向高低电平的那一边,难以修正错误结果)

现在一个比较通用的经验原则是选取0~1/3电源电压作为低电平,2/3~电源电压作为高电平

从概念/定义来区分(概述)

模电: 处理模拟信号(时间和幅度都连续的信号,可以理解为图像连续)的电子电路;

数电: 一般称对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路/系统.由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能,所以又称数字逻辑电路.现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成.逻辑门是数字逻辑电路的基本单元.存储器是用来存储二值数据的数字电路.从整体上看,数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类.

数电和模电的特点

数电

特点

同时具有算术运算和逻辑运算功能.数字电路是以二进制逻辑代数为数学基础,使用二进制数字信号,既能进行算术运算又能方便地进行逻辑运算(与,或,非,判断,比较,处理等),因此极其适合于运算,比较,存储,传输,控制,决策等应用.

实现简单,系统可靠.以二进制作为基础的数字逻辑电路,可靠性较强.电源电压的小的波动对其没有影响,温度和工艺偏差对其工作的可靠性影响也比模拟电路小得多.

集成度高,体积小,功耗低,功能实现容易是数字电路突出的优点之一.电路的设计,维修,维护灵活方便,随着集成电路技术的高速发展,数字逻辑电路的集成度越来越高,集成电路块的功能随着小规模集成电路(SSI),中规模集成电路(MSI),大规模集成电路(LSI),超大规模集成电路(VLSI)的发展也从元件级,器件级,部件级,板卡级上升到系统级.电路的设计组成只需采用一些标准的集成电路块单元连接而成.对于非标准的特殊电路还可以使用可编程序逻辑阵列电路,通过编程的方法实现任意的逻辑功能.

数电电路抗干扰能力强,数字信号易存储

模电

特点

函数的取值为无限多个;

当图像信息和声音信息改变时,信号的波形也改变,即模拟信号待传播的信息包含在它的波形之中(信息变化规律直接反映在模拟信号的幅度,频率和相位的变化上).

初级模拟电路主要解决两个大的方面:放大,信号源.

模拟信号具有连续性.

模拟电路抗干扰能力弱,模拟量存储空间大不易存储

模电和数电在应用上的区别

模拟电路是处理模拟信号的电路;数字电路是处理数字信号的电路.

模拟信号是关于时间的函数,是一个连续变化的量,数字信号则是离散的量.所有的电子系统最终都以具体的电子器件,电子线路为载体.在信号处理的过程中,信号的采集,恢复阶段都是模拟信号,只有中间部分是数字处理.具体来说,模拟电路主要处理模拟信号,不随时间变化,时间域和值域上均连续的信号,如语音信号.而数字信号则相反,是变化的,数字信号的处理包括信号的采样,信号的量化,信号的编码.

如要想从远方传过来一段由小变大的声音,用调幅,模拟信号进行传输(相应的应采用模拟电路),那么在传输过程中的信号的幅度就会越来越大,因为它是在用电信号的幅度特性来模拟声音的强弱特性.但如果采用数字信号传输,就要采用一种编码,每一级声音大小对应一种编码,在声音输入端,每采一次样,就将对应的编码传输出去.可见无论把声音分多少级,无论采样频率有多高,对于原始的声音来说,这种方式始终存在损失.但这种损失可以通过加高采样频率来弥补,理论上采样频率大于原始信号的频率的两倍就可以完全还原

模电和数电在应用上的联系

摸拟电路是为数字电路供给电源而又完成执行机构的执行.

在模拟电路和数字电路中,信号的表达方式不同.对模拟信号能够执行的操作,例如放大,滤波,限幅等,都可以对数字信号进行操作.事实上,所有的数字电路从根本上来说都是模拟电路,其基本电学原理,都与模拟电路相同.互补金属氧化物半导体就是由两个模拟的金属氧化物场效应管构成的,其对称,互补的结构,使它恰好能处理高低数字逻辑电平.不过,数字电路的设计目标是用来处理数字信号,如果强行引入任意模拟信号而不进行额外处理,则可能造成量化噪声.

在一组离散的时间下表示信号数值的函数称为离散时间信号.因为最常遇到的离散时间信号是模拟信号在时间上以均匀(有时也以非均匀)间隔的采样.而“离散时间”与“数字”也经常用来说明同一信号.离散时间信号的一些理论也适用于数字信号.

对数电的评价

由于数电可大规模集成,进行复杂的数学运算,对温度,干扰,老化等参数不敏感,因此是今后的发展方向.但现实世界中信息都是模似信息(光线,无线电,热,冷等),模电是不可能淘汰的,但就一个系统而言模电部分可能会减少.理想构成为:模似输入 -> AD采样(数字化) -> 数字处理 -> DA转换 -> 模似输出.

对模电的评价

概述: 模电难的不是一点点,业内曾经有一句话: 当你数电做到顶峰,你发现你的周围还有9个人;当你模电做到顶峰,那你就成神了

在应用上两者之间最主要的差别是两者的工作逻辑不同.一般来说,数字电路设计做好数字逻辑就OK了,剩下和问题就交给模拟去.换句话说,一个纯粹的数字电路设计完成=逻辑设计的完成.或者说,数字电路的设计大致上是个逻辑数学与电路程相结合的问题.但到PCB设计时,就得看你的模电功夫和耐心了。PCB设计时,74374之类的逻辑器件可能在布线时不一定要按照器件引脚名顺序排列去和别的电路同序连接.原因在于追求布线简练,看上去可能没有什么,但其实是模拟所要解决的电磁兼容问题(高能warning).为了解决电磁兼容,将原来的逻辑连接做一些修改是常有的事.

数字电路的模拟“部分”可以从外围元件设计和PCB设计上得以体现.模拟则远不止于此,特别是一个系统的电磁兼容,是极其重要的.而元件间,电路板间,设备间,主控室(器)与现场间,通讯线路的电磁兼容以及外来电磁场所的干扰,系统对环境的电磁“污染”都要考虑其中,甚至雷电,静电问题也不能稍有忽略.这些都是模拟所要解决的问题.以单板子的装置为例,到PCB设计阶段,元件间的引脚连接,排列,整体布局,散热设计,电源,强电弱电元件(功率元件与信号元件)安置,出入端口,人性化设计,机壳设计甚至多方案(备用方案)融合的考虑等等都会突现出来.这些问题的解决,决不是数字功夫到家就能解决的,必须建立在适当的模拟功底为基础的下进行.

模电作为全局的知识和技能与要求,实在有太多的边角要求你去管.大体可以认为是去解决信号与干扰之间矛盾的问题.它所要考虑的不止是电路的逻辑问题,不要解决它们之间的相互关系问题和环境条件的问题,一般也要涉及经济性和实用性的问题.在逻辑关系上,它通常是定量的;在相互关系问题上,它通常是与干扰(电干扰,电磁干扰,温湿度干扰,漂移,绝缘<气体粉尘>、电泄漏等)做斗争的,这才是真正的难处所在.

在测试方面,模电和数电是很不同的: 使用标准仪器时,要求预热xx小时后再做.这种要求也从一些方面反映出模电的某些难处,只是一般人难于碰到或少碰到罢了.

一点点建议

时下流行一种说法: “现在搞数电的比模电赚钱,搞软件的比硬件的牛”.说“搞数电的比模电赚钱”,倒是一种误会.到如今,只会模电就大大制约自己用武之地了.同样,只会数电,怎样设计出好的板子?.模电<->数电<->软件,对大多数人来说,都是一体的,不可割裂的.如果非要在两者之间作个选择的话,不要以哪个更重要为判断的准则,而是一个人的经历兴趣来挑选.

现在的模拟集成电路已经发展到了一个比较高的水平,各项电器的性能都达到了实用程度.众所周知,模拟人才要靠实践经验的积累,而大多数人的模电水平都比数电水平低,所以这方面的人才很受欢迎,在高频,微波等更高频率方面的人才就更缺乏了,所以如果能在这方面有所成就,那就…!!!

数字方面,大规模,超大规模集成电路技术的不断完善使得数字电路在现代电子系统的比重越来越大,一些设计理念也日新月异,现在的超大规模集成芯片已经向系统级芯片的方向发展,但模电作为世界的根本,在电路中也是不可或缺的一部分.