数字电路设计论文

下面是小编精心推荐的《数字电路设计论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!摘要：随着电子技术的不断进步，开始出现了高速数字电路设计，其包含两个以上的电子元件，体现了电子技术应有的功能，而且，这种技术得到了大范围的推广。

第一篇：数字电路设计论文

浅谈数据采集系统数字电路设计

摘 要：从前使用最为普遍的高速数据采集系统主要使用单片机以及硬件FIFO将相关数据进行采集。为了增强数据采集系统的实用性，逐步将EPGA电路融入于高速数据采集系统，这样的电路设计不仅可以有效提高系统的可靠性和稳定性，还更加方便对系统进行修改与升级，为了方便今后高速数据采集系统的进一步发展，本文就对数据采集系统数字电路设计进行分析与研究。

关键词：数据采集；数字电路设计；分析；研究

从目前多种产品与技术中可以看出，数据采集低分辨率、低速方面的技术已经趋于成熟，并且许多技术在实际操作中也较为容易实现。但在高速数据采集方面仍然存在很多问题，较国际相关方面技术水平还有一定差距，如何将我国的低速数据采集向高速数据采集方面发展，根据分析以下以电路设计作为侧重点进行研究。

一、数据采集系统的实现原理

我国目前的数据采集系统实现原理大概分为三个部分，第一个部分主要是对位于前端的数据进行采集和转换，这部分也可以称为自然信号的数据转换和采集。第二个部分属于功能控制模块，对固定的芯片内部相关功能进行时间顺序上的控制，简单来说即是使用硬件对数据语言进行描述转换成实用设计。第三个部分是数据最终储存的收尾工作，主要是对收集成功的数据进行后续相关处理。

在整个系统进行通电运行过程中，首先通过FPGA芯片内部存在的A/D控制模板分别对相关数据采集芯片进行驱动，并将采集到的数据进行转换。而A/D控制模板中的芯片在运行一定时间后会将已经转换完成的数据重新提供给FPGA中的A/D控制模板，接收到整合的数据模板rc端口会立即产生脉冲，这个脉冲属于上升沿，直接会引起A/D控制模板形成高阻状态，并借助这样的高阻态形成另一个脉冲对A/D控制模板中的芯片进行读管脚方面的选取，最后将以上顺序重复循环几次以帮助所采集的数据一次被储存在缓冲储存器中，以完成最终数据采集以及转换的工作。

二、FPGA芯片组成与選择

FPGA是是专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件上电路数有限的缺点。FPGA主要有三大部分组成的：I/0模块、逻辑功能模块与用来连接逻辑模块之间，逻辑模块与I/O模块之间的连线。逻辑功能模块是由查找表（LUT，LookUpTable）和寄存器（Register）组成的。FPGA的特点主要有：采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投入生产，就能得到合用的芯片。FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。

FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与cM0s、TTL电平兼容。CycloneI系列是IFPGA定位与低成本的可编程器件，由Altera的第一代Cyclone系列发展而来。CycloneI通过使用新型的架构I、缩小裸片尺寸，在保证成本优势的前提下提供了更高的集成度与性能。

CycloneII器件的密度范围从4608LE和119808bitRAM，到68416LE和l152000bitRAM。CycloneII器件中还含有从13—150个18×18嵌入式乘法器。设计选用ALTERA公司的Cyclone1I系列FPGAEP2C8Q2o8C7来实现，这个系列内的PLI提供了时钟合成功能，允许内部工作时钟与输入时钟频率不同，从而保证了输入时钟和FPGA时钟以及SDRAM时钟之间的零延迟；EP2C8Q208C7具有8256个Les，36个RAMblocks，165888RAMbits，18个内嵌的乘法器，2个PLL，最大可使用182个I/O口，多种程序配置方式等优点。

高速缓存是高速数据采集系统的一个关键环节，∫EP2C8Q2o8C7的最高频率达到25OMHz，165888bit的内部RAM具有独立的输入、输出接口和读、写时钟信号，可以实现同步读写操作。内部RAM提供三种状态指示：Empty、HalfFull、Full，分别代表当前数据存储的深度，可根据系统的需求对存储进行设定。

三、前端调理部分

1.缓冲放大电路

需要被检测的电压在进入系统中后，最先经过的是电压跟随器，电压跟随器会根据数据对电压进行阻抗转换，而后通过电阻网络对电压中的信号进行调整，最后在外部将电压信号转变成为与系统更为符合的电压信号。

2.差分输入电路

由于采用高速A/D采样电路，为保证足够的信号带宽，要将单端的输入信号变成差分信号提供给ADC，以减少偶次谐波产生，保证ADC的精度。考虑到上述因素，在前端部分采用了AD公司的AD8138作为缓冲放大器。

四、数据存贮部分

实际数字电路中用到的存储器有RAM （Random Aeeess Memory），SRAM （Statie RAM），R0 M （Read--only Memory），FIFO（First In First out），SDRAM（Synehronous Dynamic RAM）等。它们的存储特点不同，各自有不同的用途：RAM和SRAM是随机存储，存储容量小，掉电后数据丢失，按照地址线访问各单元数据；ROM和EEPROM是固化的掉电数据保护存储器，存储容量小，一般用于DSP或专用芯片的程序固化和上电寄存器配置，读取数据一般为IC总线形式；FIFO是先进先出堆栈存储，没有地址线，有半满、满、半空、空等标志信号，操作简单，但是容量很小。异步RAM还可以用作不同数据流的缓冲器，读和写时钟可以不同，可用作“快进慢出”或者“慢进快出”；SDRAM和DDRSDRAM是大容量的动态随机存储器，可达到512Mbits，IGbits或者更高，读写速度高，支持突发式读写，但是控制复杂，需要定时刷新，Precharge激活和关闭操作行。

设计中用到的SDRAM是Cypress公司的CY7C1362V25。它是512Kx18同步的数据流高速缓存。所有的同步输入在时钟的上升延被保存到输入寄存器，所得输出数据也在时钟的上升延同步地从输出寄存器向外输出。最大时钟上升访问延时为3Ins，既支持奔腾处理器的交叉存储脉冲序列也支持个人台式机的线性脉冲序列，脉冲可以通过模式管脚进行选择。对于CY7C1362V25的访问或者用处理器地址触发或者控制器地址触发。

五、时钟电路部分

时钟电路的电路构造，它是通过外部的晶振与电容等构成的稳定的时钟脉冲作为主时钟脉冲，然后通过FPGA芯片的PLL来提供各种不同的时钟频率来达到时序控制功能。外部的主时钟脉冲通过晶振可以构成稳定的25MHZ的脉冲。

结束语：

从以上设计研究可以看出，目前我国大范围使用的依然是低速数据采集系统，虽然高速采集系统也存在小范围的使用，但技术水平仍然处于落后状态，无法满足更多的数据采集需求，想要将高速数据采集系统有效升级需要进行技术升级的方面有许多，其中较为重要的技术便是电路设计，优秀的电路设计可以更好的保证系统的稳定性和可靠性，有效促进高速数据采集的发展，在今后的数据采集方面有着重要的现实意义。

参考文献：

[1]杨静，郑恩让，张玲，马令坤.基于FPGA的FFT处理器设计与实现[J].化工自动化及仪表，2010（03）

[2]王大磊，王斌.基于PCI Express总线的数据处理与传输卡的设计与实现[J].信息工程大学学报，2010（02

[3]张明利.基于FPGA的高速数据采集与记录系统的研究与实现[D].南京邮电大学，2013

[4]刘洋. 5GSPS的LXI示波器模块硬件设计[D].电子科技大学，2012

[5]陈友学. 6GSPS数字存储示波器数据采集系统的硬件设计[D].电子科技大学，2012

作者：马晨光

第二篇：计算机高速数字电路设计技术初探

摘 要：随着电子技术的不断进步，开始出现了高速数字电路设计，其包含两个以上的电子元件，体现了电子技术应有的功能，而且，这种技术得到了大范围的推广。当然我们也要看到，在具体应用时，高速数字电路设计技术会有很多影响因素，比如阻抗不能匹配、信号线之间存在距离等等，这些因素都会降低高速数字电路技术的应用效果，为了改善这种情况，我们要采取针对性的措施，文章深入研究了计算机高速数字电路设计技术。

关键词：计算机;高速数字;电路设计技术

1引言

高速数字电路的含义是通过电路，高速变化信号出现电熔以及电感等性状，计算机高速数字电路涉及两方面的技术，分别是计算机技术以及电子技术，优化了电路的所有参数，保证高速数字电路系统可以正常的运行。在进行高速数字电路设计时，最为关键的是合理搭配各个元件，这样才有利于电路信号以及相关元器件的稳定运行。

2影响计算机高速数字电路设计技术的问题

2.1来自于信号线之间距离

高速数字电路设计技术的出现，对于计算机电子技术来讲，是一个很大的进步。不过目前这种技术还不成熟，还有很多弊端。举个例子，信号线之间的距离也对其带来一定的影响，通常来说，印刷版电路的密度越大，信号线之间的距离就会变小，同时，还会增加电磁耦合度，如果没有充分注意到这个问题，就会导致信号之间相互干扰，而且这种现象会越发的严重。

2.2阻抗不能匹配

对于信号传输线来说，最主要的就是阻抗，但是目前在进行高速数字电路设计时，阻抗不能匹配的情况时有发生，这会引起反射噪声的出现，从而影响到信号的完整性。

2.3来自于电源平面之间电感以及电阻方面的因素

具体来讲，计算机高速数字化电路设计技术就是结合具体条件，通过电子技术完成设计，在很大的范围内得到了推广。目前，在进行计算机高速数字电路设计时，因为电源平面之间是有电感以及电阻存在的，如果同时进行所有的电路输出，就会在电路上形成巨大的瞬间电流，影响到电源线电压以及极端级的电路地线，严重时还会造成波动。

3深入探讨计算机高速数字电路技术

3.1通过科学的设计保证完整的计算机高速数字电路信号

我们经过上面的分析已经知道，目前，在进行计算机高速数字电路设计时，因为存在阻抗之间的不匹配，会造成电路信号的不完整，所以，要科学的设计计算机高速数字电路技术，最大程度保证完整传输电路信号。有关这个问题可以从两个方面进行研究，首先，研究不同种类电路之间电路信号传输的干扰现象，换句话来说，就是上面所说的干扰以及反射的现象。其次，我们还要研究不同种类信号在进行传输时，给电路信号网带来的影响。计算机高速数字电路处于正常运行状态时，因为阻抗不能匹配，传输的电路信号并不是很完整，此外，计算机高速数字电路在运行当中，是无法控制好阻抗的，阻抗有时过大，有时过小，这会影响到电路信号的波形，最终造成计算机高速电路不能传输完整的信号。为了解决这个问题，我们必须要进一步研究计算机高速数字电路技术，按照一般的规律，高速数字电路设计是无法让临街阻抗符合电路的，这就要改进计算机高速数字电路设计技术，确保系统是过阻抗的情况，这种方式可以解决由于阻抗的不匹配，造成计算机高速数字电路不能传输完整信号的问题，最大程度减少由于阻抗过大或者过小所带来的负面作用。

3.2科学设计高速数字电路电源

计算机高速数字电路技术是离不开电源的，可以说，电源是包含在计算机高速数字电路技术之内的，我们通过上面的分析已经了解到，在进行计算机高速数字电路设计时，因为电源平面之间电感以及电阻带来的影响，电源在运行时，会产生过电压的现象，简单来说，就是干扰到电源的波形，無法保证计算机高速数字电路安全稳定的运行。按照理论来讲，在进行高速数字电路设计时，如果电源系统是没有阻抗的，电路设计就会进行的非常顺利，在这种情况下，信号回路就不容易消耗到阻抗，系统当中，每个点都会保持一种长期稳定的态势。但是这只不过是一种假设的理想状态，在现实当中，是不可能存在的，为了保证计算机高速数字电路系统的正常运行，就不能忽略电源的电感以及电阻带来的影响，为了将这种影响控制在最低的程序，需要我们采取科学的手段。我们考察目前计算机高速数字电路系统所用的电源材料可知，对于电路系统来说，大部分都是利用铜质材料的，但是根据电源系统的具体情况，铜质材料是不符合计算机高速数字电路电源的材质要求的，这会影响到计算机高速数字电路系统的正常运行。面对这种情况，我们要从多角度对各个影响因素进行探究，比如可以在电路中应用楼电容，这种方式有利于减少电源面的电感以及电阻所带来的影响，最终保证计算机高速数字电路系统可以长久稳定的运行。

4结语

总的来说，随着中国社会经济发展越来越快，推动了电子技术的不断进步，也催生了很多新的技术，就如文章所阐述的计算机高速数字电路设计技术，其就建立在电子技术的基础之上，通过科学设计而实现的，并且应用于各个行业，取得了显著的效果。文章深入分析了计算机高速数字电路设计技术，在结合笔者自身的实践经验，此外，还有对于计算机高速数字电路技术的初步认识，详细的阐述了计算机高速数字电路设计技术的相关影响因素，并且提出了具有针对性的完善手段，主旨在于通过上述的分析，可以将计算机高速数字电路系统的应有作用发挥出来，繁荣电子产品市场，并且成为同行的一种借鉴。

参考文献：

[1]蔡叶芳，田泽，邵刚，等.一种高速数模混合倒装芯片协同仿真技术研究[J].计算机技术与发展，2015(06).

[2]唐思超.高速数字电路互连时序模型与布线长度分析[J].单片机与嵌入式系统应用，2014(12).

[3]玉素甫，艾山.浅析高速数字电路中的信号完整性[J].电子技术与软件工程，2014(28).

作者：孙兴

第三篇：《数字集成电路设计原理》课程教学探索

摘 要 随着集成电路设计的产品的广泛应用，中国的集成电路设计产业发展迅速，对集成电路设计人才的需求日益增加，集成电路设计的本科教学就成为其人才培养的基础。本文通过《数字集成电路设计原理》课程教学中的现状的分析，探讨集成电路设计课程的教学内容和教学方法的优化改革。

关键词 集成电路设计 教学方法 教学探索

1958年，美国德州仪器公司的基尔比发明了第一块集成电路，随着半导体工艺和集成电路设计技术的发展，集成电路的规模可以达上亿个晶体管。集成电路具有速度快、体积小、重量轻等优点，广泛应用于汽车、医疗设备、手机和其他消费电子，其2012年集成电路设计市场应用结构如图1所示。

自2006年以来，我国集成电路的产值为126亿美元，占全球产业总产值的5.1%，2013年我国集成电路的产值为405亿美元，占全球产业总产值的13.3%。2006年到2013年的年复合增长率达到18%，远超过全球集成电路产业整体增速。我国集成电路行业的产值如表1所示。

近年来，半导体集成电路产业在国家政策支持下发展迅速，因此对集成电路设计人才的需求剧增。为了满足社会日益发展的需要，国家在高校内大力推广集成电路设计相关的课程，并且取得了较好的效果，使人才缺口减小，但是还是不能满足国内对集成电路设计人才实际数量的需求。为了更好地加快集成电路设计人才的的培养，本文针对《数字集成电路原理》教学中存在的问题，并且根据教学的现状，探索出集成电路设计的教学改革。

一、数字集成电路设计原理教学中的现状

集成电路设计相对于以分立器件设计的传统的电子类专业而言，偏向于系统级的大规模集成电路设计，因此，微电子专业和集成电路设计专业的学生注重设计方法的形成，避免只懂理论、不懂设计的现象。即使学生掌握了设计的方法，能够进行一些小规模的集成电路设计，但是设计出来的产品不能用，不能满足用户的需求。这就成了数字集成电路设计原理面临的问题。

二、数字集成电路设计原理教学改善的方法

(1)针对上述的问题，在多年教学的基础上，在教学方法上进行改进，改变传统的以教师为中心，以课堂讲授为主的教学方式，采用项目化教学来解决数字集成电路设计中只懂理论、不懂设计的现状。注重数字集成电路设计原理与相关课程之间的内部联系，提高学生的学习兴趣，通过将一个项目拆分成几个小项目，使学生在项目中逐渐加深了对知识点理解，并且将课程的主要内容相互衔接与融合，形成完整的集成电路设计概念。学生分成5-8人一组，通过小组的方式加强了学生的相互合作能力，让学生更有责任感和成就感。学生应用相关的EDA软件来完成项目的设计，能够掌握硬件描述语言、综合应用等数字集成电路设计工具。

(2)通过PDCA戴明环的方式改善了集成电路设计的产品可用度不高的问题。在集成电路设计过程中，通过跟踪课内外学生设计中反应的问题，对项目难易度的进行调整，提高学生计划、分析、协作等多方面的能力。结合新的技术或者领域，对项目进行适当的调整。通过PDCA戴明环的方式来持续改进教学内容和方法，使其满足社会对数字集成电路设计人才的需求。PDCA戴明环如图2所示。

(3)开展校企合作的方式，进一步提高教学质量和学生的综合素质，促进企业和学校的共同发展。这种方式实现了学校与企业的优势互补，资源共享，培养出更加适合社会所需要的集成电路设计人才，也能够让学校和企业形成无缝对接。

三、小结

随着大规模集成电路设计的发展，更多的设计工具和设计方法出现，因此，使用最新的设计工具，合理设置《数字集成电路设计原理》的教学内容，可以提高学生的设计能力和培养学生的创新能力。通过对《数字集成电路设计原理》课程教学的探索，改变了以教师为中心的传统采理论课教学方式，充分发挥了学生的能动性和协作能力，使学生理论与实践都能够满足集成电路设计人才的要求。

参考文献：

[1]殷树娟，齐巨杰. 集成电路设计的本科教学现状及探索[J].中国电力教育，2012，(4)：64-65.

[2]王铭斐，王民，杨放.集成电路设计类EDA技术教学改革的探讨[J].电脑知识与技术， 2012，8(9)：4671-4672.

[3]谢海情，唐立军，文勇军.集成电路设计专业创新型人才培养模式探索[J].人才培养改革， 2013，(28)：29-30.

基金项目：(1)重庆市高等学校教学改革研究重点项目(132014);(2)重庆市高等教育学会2013-2014年高等教育科学研究课题(CQGJ13C446);(3)重庆市教育科学“十二五”规划课题(2014-GX-006)。

(责任编辑 曾 卉)

作者：贺利军　周前能　杨虹