數(shù)電與模電的區(qū)別和聯(lián)系

從物理量的角度來區(qū)分

模電: 一般指頻率在百兆HZ以下,電壓在數(shù)十伏以內(nèi)的模似信號(hào)以及對(duì)此信號(hào)的分析/處理及相關(guān)器件的運(yùn)用.百兆HZ以上的信號(hào)屬于高頻電子電路范疇.百伏以上的信號(hào)屬于強(qiáng)電或高壓電范疇.

數(shù)電: 一般對(duì)頻率沒有固定要求,就電壓而言,一般在0~5v左右.其中關(guān)于數(shù)字電路的高低電平的分類有很多不同的標(biāo)準(zhǔn),需要根據(jù)實(shí)際需要或理論需要進(jìn)行選取.

數(shù)字電路的高低電平的幾種分法

傳統(tǒng)生產(chǎn)中,大家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出0~0.25v作為低電平(用0表示),3.5~5v作為高電平(用1表示)具有較好的表現(xiàn).

理想情況下,<1/2電源電壓位低電平,>1/2電源電壓位高電平.(但實(shí)際生活生產(chǎn)中一般不能達(dá)到理論標(biāo)準(zhǔn),如輸入的電源電壓在1/2的時(shí)候出現(xiàn)了一些干擾/噪聲,就會(huì)導(dǎo)致較大的錯(cuò)誤 -> 不能判斷一個(gè)信號(hào)會(huì)偏向高低電平的那一邊,難以修正錯(cuò)誤結(jié)果)

現(xiàn)在一個(gè)比較通用的經(jīng)驗(yàn)原則是選取0~1/3電源電壓作為低電平,2/3~電源電壓作為高電平

從概念/定義來區(qū)分(概述)

模電: 處理模擬信號(hào)(時(shí)間和幅度都連續(xù)的信號(hào),可以理解為圖像連續(xù))的電子電路;

數(shù)電: 一般稱對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路稱為數(shù)字電路/系統(tǒng).由于它具有邏輯運(yùn)算和邏輯處理功能,所以又稱數(shù)字邏輯電路.現(xiàn)代的數(shù)字電路由半導(dǎo)體工藝制成的若干數(shù)字集成器件構(gòu)造而成.邏輯門是數(shù)字邏輯電路的基本單元.存儲(chǔ)器是用來存儲(chǔ)二值數(shù)據(jù)的數(shù)字電路.從整體上看,數(shù)字電路可以分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩大類.

數(shù)電和模電的特點(diǎn)

數(shù)電

特點(diǎn)

同時(shí)具有算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能.數(shù)字電路是以二進(jìn)制邏輯代數(shù)為數(shù)學(xué)基礎(chǔ),使用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào),既能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算又能方便地進(jìn)行邏輯運(yùn)算(與,或,非,判斷,比較,處理等),因此極其適合于運(yùn)算,比較,存儲(chǔ),傳輸,控制,決策等應(yīng)用.

實(shí)現(xiàn)簡單,系統(tǒng)可靠.以二進(jìn)制作為基礎(chǔ)的數(shù)字邏輯電路,可靠性較強(qiáng).電源電壓的小的波動(dòng)對(duì)其沒有影響,溫度和工藝偏差對(duì)其工作的可靠性影響也比模擬電路小得多.

集成度高,體積小,功耗低,功能實(shí)現(xiàn)容易是數(shù)字電路突出的優(yōu)點(diǎn)之一.電路的設(shè)計(jì),維修,維護(hù)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(jí),器件級(jí),部件級(jí),板卡級(jí)上升到系統(tǒng)級(jí).電路的設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)現(xiàn)任意的邏輯功能.

數(shù)電電路抗干擾能力強(qiáng),數(shù)字信號(hào)易存儲(chǔ)

模電

特點(diǎn)

函數(shù)的取值為無限多個(gè);

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

初級(jí)模擬電路主要解決兩個(gè)大的方面:放大,信號(hào)源.

模擬信號(hào)具有連續(xù)性.

模擬電路抗干擾能力弱,模擬量存儲(chǔ)空間大不易存儲(chǔ)

模電和數(shù)電在應(yīng)用上的區(qū)別

模擬電路是處理模擬信號(hào)的電路;數(shù)字電路是處理數(shù)字信號(hào)的電路.

模擬信號(hào)是關(guān)于時(shí)間的函數(shù),是一個(gè)連續(xù)變化的量,數(shù)字信號(hào)則是離散的量.所有的電子系統(tǒng)最終都以具體的電子器件,電子線路為載體.在信號(hào)處理的過程中,信號(hào)的采集,恢復(fù)階段都是模擬信號(hào),只有中間部分是數(shù)字處理.具體來說,模擬電路主要處理模擬信號(hào),不隨時(shí)間變化,時(shí)間域和值域上均連續(xù)的信號(hào),如語音信號(hào).而數(shù)字信號(hào)則相反,是變化的,數(shù)字信號(hào)的處理包括信號(hào)的采樣,信號(hào)的量化,信號(hào)的編碼.

如要想從遠(yuǎn)方傳過來一段由小變大的聲音,用調(diào)幅,模擬信號(hào)進(jìn)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(hào)的幅度就會(huì)越來越大,因?yàn)樗窃谟秒娦盘?hào)的幅度特性來模擬聲音的強(qiáng)弱特性.但如果采用數(shù)字信號(hào)傳輸,就要采用一種編碼,每一級(jí)聲音大小對(duì)應(yīng)一種編碼,在聲音輸入端,每采一次樣,就將對(duì)應(yīng)的編碼傳輸出去.可見無論把聲音分多少級(jí),無論采樣頻率有多高,對(duì)于原始的聲音來說,這種方式始終存在損失.但這種損失可以通過加高采樣頻率來彌補(bǔ),理論上采樣頻率大于原始信號(hào)的頻率的兩倍就可以完全還原

模電和數(shù)電在應(yīng)用上的聯(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(jī)構(gòu)的執(zhí)行.

在模擬電路和數(shù)字電路中,信號(hào)的表達(dá)方式不同.對(duì)模擬信號(hào)能夠執(zhí)行的操作,例如放大,濾波,限幅等,都可以對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行操作.事實(shí)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.互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體就是由兩個(gè)模擬的金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的,其對(duì)稱,互補(bǔ)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(jì)目標(biāo)是用來處理數(shù)字信號(hào),如果強(qiáng)行引入任意模擬信號(hào)而不進(jìn)行額外處理,則可能造成量化噪聲.

在一組離散的時(shí)間下表示信號(hào)數(shù)值的函數(shù)稱為離散時(shí)間信號(hào).因?yàn)樽畛Ｓ龅降碾x散時(shí)間信號(hào)是模擬信號(hào)在時(shí)間上以均勻(有時(shí)也以非均勻)間隔的采樣.而“離散時(shí)間”與“數(shù)字”也經(jīng)常用來說明同一信號(hào).離散時(shí)間信號(hào)的一些理論也適用于數(shù)字信號(hào).

對(duì)數(shù)電的評(píng)價(jià)

由于數(shù)電可大規(guī)模集成,進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算,對(duì)溫度,干擾,老化等參數(shù)不敏感,因此是今后的發(fā)展方向.但現(xiàn)實(shí)世界中信息都是模似信息(光線,無線電,熱,冷等),模電是不可能淘汰的,但就一個(gè)系統(tǒng)而言模電部分可能會(huì)減少.理想構(gòu)成為:模似輸入 -> AD采樣(數(shù)字化) -> 數(shù)字處理 -> DA轉(zhuǎn)換 -> 模似輸出.

對(duì)模電的評(píng)價(jià)

概述: 模電難的不是一點(diǎn)點(diǎn),業(yè)內(nèi)曾經(jīng)有一句話: 當(dāng)你數(shù)電做到頂峰,你發(fā)現(xiàn)你的周圍還有9個(gè)人;當(dāng)你模電做到頂峰,那你就成神了

在應(yīng)用上兩者之間最主要的差別是兩者的工作邏輯不同.一般來說,數(shù)字電路設(shè)計(jì)做好數(shù)字邏輯就OK了,剩下和問題就交給模擬去.換句話說,一個(gè)純粹的數(shù)字電路設(shè)計(jì)完成=邏輯設(shè)計(jì)的完成.或者說,數(shù)字電路的設(shè)計(jì)大致上是個(gè)邏輯數(shù)學(xué)與電路程相結(jié)合的問題.但到PCB設(shè)計(jì)時(shí),就得看你的模電功夫和耐心了。PCB設(shè)計(jì)時(shí),74374之類的邏輯器件可能在布線時(shí)不一定要按照器件引腳名順序排列去和別的電路同序連接.原因在于追求布線簡練,看上去可能沒有什么,但其實(shí)是模擬所要解決的電磁兼容問題(高能warning).為了解決電磁兼容,將原來的邏輯連接做一些修改是常有的事.

數(shù)字電路的模擬“部分”可以從外圍元件設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)上得以體現(xiàn).模擬則遠(yuǎn)不止于此,特別是一個(gè)系統(tǒng)的電磁兼容,是極其重要的.而元件間,電路板間,設(shè)備間,主控室(器)與現(xiàn)場(chǎng)間,通訊線路的電磁兼容以及外來電磁場(chǎng)所的干擾,系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的電磁“污染”都要考慮其中,甚至雷電,靜電問題也不能稍有忽略.這些都是模擬所要解決的問題.以單板子的裝置為例,到PCB設(shè)計(jì)階段,元件間的引腳連接,排列,整體布局,散熱設(shè)計(jì),電源,強(qiáng)電弱電元件(功率元件與信號(hào)元件)安置,出入端口,人性化設(shè)計(jì),機(jī)殼設(shè)計(jì)甚至多方案(備用方案)融合的考慮等等都會(huì)突現(xiàn)出來.這些問題的解決,決不是數(shù)字功夫到家就能解決的,必須建立在適當(dāng)?shù)哪M功底為基礎(chǔ)的下進(jìn)行.

模電作為全局的知識(shí)和技能與要求,實(shí)在有太多的邊角要求你去管.大體可以認(rèn)為是去解決信號(hào)與干擾之間矛盾的問題.它所要考慮的不止是電路的邏輯問題,不要解決它們之間的相互關(guān)系問題和環(huán)境條件的問題,一般也要涉及經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的問題.在邏輯關(guān)系上,它通常是定量的;在相互關(guān)系問題上,它通常是與干擾(電干擾,電磁干擾,溫濕度干擾,漂移,絕緣<氣體粉塵>、電泄漏等)做斗爭(zhēng)的,這才是真正的難處所在.

在測(cè)試方面,模電和數(shù)電是很不同的: 使用標(biāo)準(zhǔn)儀器時(shí),要求預(yù)熱xx小時(shí)后再做.這種要求也從一些方面反映出模電的某些難處,只是一般人難于碰到或少碰到罷了.

一點(diǎn)點(diǎn)建議

時(shí)下流行一種說法: “現(xiàn)在搞數(shù)電的比模電賺錢,搞軟件的比硬件的牛”.說“搞數(shù)電的比模電賺錢”,倒是一種誤會(huì).到如今,只會(huì)模電就大大制約自己用武之地了.同樣,只會(huì)數(shù)電,怎樣設(shè)計(jì)出好的板子?.模電<->數(shù)電<->軟件,對(duì)大多數(shù)人來說,都是一體的,不可割裂的.如果非要在兩者之間作個(gè)選擇的話,不要以哪個(gè)更重要為判斷的準(zhǔn)則,而是一個(gè)人的經(jīng)歷興趣來挑選.

現(xiàn)在的模擬集成電路已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)比較高的水平,各項(xiàng)電器的性能都達(dá)到了實(shí)用程度.眾所周知,模擬人才要靠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累,而大多數(shù)人的模電水平都比數(shù)電水平低,所以這方面的人才很受歡迎,在高頻,微波等更高頻率方面的人才就更缺乏了,所以如果能在這方面有所成就,那就…!!!

數(shù)字方面,大規(guī)模,超大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷完善使得數(shù)字電路在現(xiàn)代電子系統(tǒng)的比重越來越大,一些設(shè)計(jì)理念也日新月異,現(xiàn)在的超大規(guī)模集成芯片已經(jīng)向系統(tǒng)級(jí)芯片的方向發(fā)展,但模電作為世界的根本,在電路中也是不可或缺的一部分.