首先關於數電和模電:先一句話概括模電 就是處理模擬訊號的電路,數電 就是處理數字訊號的電路。
由自然界 產生的訊號 ,基本是模擬訊號(比如我們聽到一段聲音,看到的一段影象),他是時變訊號,這種訊號在他的度量連續範圍內,可以取得 任意值。
而數字訊號也是時變訊號,但他在任意時刻只呈現兩種離散值(可以定義為"0"和"1",,或者"真"和"假",或者"開","關"等等任意定義)中的 一個值!
然而數字系統的原始輸入並不是剛好是 0,1或者 真、假 這樣的邏輯輸入。而是把真實模擬訊號量化。也就是規定一定範圍的訊號為“0”,規定一段訊號的範圍為“1”,即 稱為劃定了門限。
這樣把模擬量轉化成邏輯量,按一定編碼規則記錄了真實的模擬資訊。
所以數位電路電路的本質其實就是 開關電路 因為用 開和關 就可以表示兩個邏輯訊號。數電的最基本器件——閘電路,就是由開關電路組成的。
所以數電與模電相比的主要優勢在:
1.數字系統更易於設計:因為開關電路不必考慮 精確的電流電壓大小值,只考慮高低也就是範圍。
2.精度高,抗干擾性強:訊號數字化儲存之後,精度不會損失。比真實模擬訊號好儲存。
3.可程式設計性好:類比電路也可程式設計,但不用想也知道會多複雜。。。
4.整合度更高:開關電路比 千遍萬化的類比電路更容易整合化,沒有那麼多電容、電感等元件 ,主要有 CMOS電晶體組成,整合成本低。易於儲存。
同樣數電有明顯缺點:
1.現實世界 主要是模擬量;
2.處理數字訊號花費時間:要取樣、量化、編碼。。。。
經過以上分析已經能夠發現一個問題了,那就是
一個數字系統輸入是真實模擬訊號,同樣人在接受數字系統的輸出訊號 也只能識別經過解碼還原出來模擬的訊號。
其實這輸入和輸出的模擬訊號也不是真正的原始真實世界的訊號 是必須經過加工,處理了的模擬訊號。簡單說模擬訊號也必須滿足一定條件才能 進行數模 、模數轉換。
所以事實證明 不管數位電路如何先進 ,類比電路的作用很難,甚至不可能被相應的數位電路所替代!
關於高頻和低頻:
首先電路設計的高頻和無線電通訊裡劃分的那個高頻電磁波(HF波段)是兩碼事!
為什麼電路里要分高頻,低頻? 因為:
1.高頻時半導體元件元件特性會與低頻時候發生改變:高頻訊號下,半導體的PN接面形成空間電荷區裡,空間電荷因為PN接面外加電壓變化而快速變化,引起充放電效應明顯, 即產生了在低頻下可忽視的PN接面電容效應,直接導致電路發生了改變,低頻電路的電晶體電路模型不再適用。
2.在高頻時候,電子元件產生的噪聲影響會加劇。高頻和低頻時的噪聲型別也不同。模擬電路里噪聲處理是非常重要的一環。
3.高頻產生的電共振效應,即諧振現象,引出了有別於低頻的電路設計方式。
4.元件寄生效應:類似PN接面電容效應那樣 頻率搞到一定程度導線之間,導線和電路板之間,以及各元件之間,也會引起電容效應。同時高頻產生磁場效應,使得 導線自身、各元件自身會產生寄生電感效應。
5.趨膚效應:當透過導體的電流頻率升高,產生交變磁場,由洛倫茨作用產生了阻礙電流變化的感應電場,有磁場分佈關係可以知道這個感應電場在導體中心最強,而趨於導體表面減弱。這導致了高頻時導體電流只能在導體表面傳播,交流電阻變大。
6.高頻輻射效應:頻率高到一定程度 由於能量輻射到空氣中,電流減小,相當於高頻電阻增加。
那麼究竟什麼是高頻呢?電路里高於音訊(20k)就是高頻,他的上限是個什麼範圍呢?其實他沒有確定的範圍!
一種看法是 只要還能用集總引數,即 電“路”的方法來分析電路就仍然是高頻。
也就是說他是一個相對的概念。
我們知道當電路的幾何尺寸與訊號的波長長度相當時
傳統電路的集總引數電路定律(如歐姆定律等)就不再適用了,這時候要用麥克斯韋方程組的方法來分析電路。
但是,假如:對於 頻率 3GHZ 的微波訊號 (波長 = 光速/頻率),波長為10毫米 。
如果把電路幾何尺寸做的非常小,電路整合在不到10毫米的基片上 ,
使得電路幾何尺寸任然可以遠小於訊號波長
那麼我們仍然可以用 “路”的方法來分析電路。
所以"高頻"在電路里是個模糊概念。
至於數字電路里 我已經揭示了 數位電路本質是開關電路 ,我們不用頻率高低來劃分,而用 開關 的速度來劃分,即常聽到 “高速、低速”數位電路的說法了。
但事實上高速數位電路與模擬高頻電路確實存在知識的交叉點。
首先關於數電和模電:先一句話概括模電 就是處理模擬訊號的電路,數電 就是處理數字訊號的電路。
由自然界 產生的訊號 ,基本是模擬訊號(比如我們聽到一段聲音,看到的一段影象),他是時變訊號,這種訊號在他的度量連續範圍內,可以取得 任意值。
而數字訊號也是時變訊號,但他在任意時刻只呈現兩種離散值(可以定義為"0"和"1",,或者"真"和"假",或者"開","關"等等任意定義)中的 一個值!
然而數字系統的原始輸入並不是剛好是 0,1或者 真、假 這樣的邏輯輸入。而是把真實模擬訊號量化。也就是規定一定範圍的訊號為“0”,規定一段訊號的範圍為“1”,即 稱為劃定了門限。
這樣把模擬量轉化成邏輯量,按一定編碼規則記錄了真實的模擬資訊。
所以數位電路電路的本質其實就是 開關電路 因為用 開和關 就可以表示兩個邏輯訊號。數電的最基本器件——閘電路,就是由開關電路組成的。
所以數電與模電相比的主要優勢在:
1.數字系統更易於設計:因為開關電路不必考慮 精確的電流電壓大小值,只考慮高低也就是範圍。
2.精度高,抗干擾性強:訊號數字化儲存之後,精度不會損失。比真實模擬訊號好儲存。
3.可程式設計性好:類比電路也可程式設計,但不用想也知道會多複雜。。。
4.整合度更高:開關電路比 千遍萬化的類比電路更容易整合化,沒有那麼多電容、電感等元件 ,主要有 CMOS電晶體組成,整合成本低。易於儲存。
同樣數電有明顯缺點:
1.現實世界 主要是模擬量;
2.處理數字訊號花費時間:要取樣、量化、編碼。。。。
經過以上分析已經能夠發現一個問題了,那就是
一個數字系統輸入是真實模擬訊號,同樣人在接受數字系統的輸出訊號 也只能識別經過解碼還原出來模擬的訊號。
其實這輸入和輸出的模擬訊號也不是真正的原始真實世界的訊號 是必須經過加工,處理了的模擬訊號。簡單說模擬訊號也必須滿足一定條件才能 進行數模 、模數轉換。
所以事實證明 不管數位電路如何先進 ,類比電路的作用很難,甚至不可能被相應的數位電路所替代!
關於高頻和低頻:
首先電路設計的高頻和無線電通訊裡劃分的那個高頻電磁波(HF波段)是兩碼事!
為什麼電路里要分高頻,低頻? 因為:
1.高頻時半導體元件元件特性會與低頻時候發生改變:高頻訊號下,半導體的PN接面形成空間電荷區裡,空間電荷因為PN接面外加電壓變化而快速變化,引起充放電效應明顯, 即產生了在低頻下可忽視的PN接面電容效應,直接導致電路發生了改變,低頻電路的電晶體電路模型不再適用。
2.在高頻時候,電子元件產生的噪聲影響會加劇。高頻和低頻時的噪聲型別也不同。模擬電路里噪聲處理是非常重要的一環。
3.高頻產生的電共振效應,即諧振現象,引出了有別於低頻的電路設計方式。
4.元件寄生效應:類似PN接面電容效應那樣 頻率搞到一定程度導線之間,導線和電路板之間,以及各元件之間,也會引起電容效應。同時高頻產生磁場效應,使得 導線自身、各元件自身會產生寄生電感效應。
5.趨膚效應:當透過導體的電流頻率升高,產生交變磁場,由洛倫茨作用產生了阻礙電流變化的感應電場,有磁場分佈關係可以知道這個感應電場在導體中心最強,而趨於導體表面減弱。這導致了高頻時導體電流只能在導體表面傳播,交流電阻變大。
6.高頻輻射效應:頻率高到一定程度 由於能量輻射到空氣中,電流減小,相當於高頻電阻增加。
那麼究竟什麼是高頻呢?電路里高於音訊(20k)就是高頻,他的上限是個什麼範圍呢?其實他沒有確定的範圍!
一種看法是 只要還能用集總引數,即 電“路”的方法來分析電路就仍然是高頻。
也就是說他是一個相對的概念。
我們知道當電路的幾何尺寸與訊號的波長長度相當時
傳統電路的集總引數電路定律(如歐姆定律等)就不再適用了,這時候要用麥克斯韋方程組的方法來分析電路。
但是,假如:對於 頻率 3GHZ 的微波訊號 (波長 = 光速/頻率),波長為10毫米 。
如果把電路幾何尺寸做的非常小,電路整合在不到10毫米的基片上 ,
使得電路幾何尺寸任然可以遠小於訊號波長
那麼我們仍然可以用 “路”的方法來分析電路。
所以"高頻"在電路里是個模糊概念。
至於數字電路里 我已經揭示了 數位電路本質是開關電路 ,我們不用頻率高低來劃分,而用 開關 的速度來劃分,即常聽到 “高速、低速”數位電路的說法了。
但事實上高速數位電路與模擬高頻電路確實存在知識的交叉點。