浅析数字电路的发展趋势

张丽霞 张庆元 曹石

摘 要：本文从数字电路的发展谈起，详细阐述了数字电路的含义及特点，并对数字电路的发展趋势进行了分析与预测。

关键词：数字电路 发展趋势 特点

中图分类号：TN79+1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0120-01

随着社会的不断发展，计算机技术也在不断的发展，在社会中，用到数字电路来进行信号上的处理，这些优势也显得更加的突出。我们可以利用数字电路在信号处理上可以很好的发挥出自身的强大功能，首先，就需要将模拟的信号按照比例将其转换为数字信号；其次，就是在将其送到数字电路上进行相应的处理；最后，就是将处理的结果根据需要将其转换成为相应的模拟信号输出。自20世纪70年代开始，在电子技术应用领域中，运用这种数字电路进行处理模拟信号，也就是所谓的“数字化”已经被广泛应用。

1 数字电路的发展

数字电路也称数字系统，是用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路。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。现代的数字电路是由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成的，逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。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。

数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。但其发展比模拟电路发展的更快。從20世纪60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件，随后发展到中规模逻辑器件；20世纪70年代末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能产生质的飞跃。

数字集成器件所用的材料以硅材料为主，在高速电路中，也使用化合物半导体材料，例如砷化镓等。

逻辑门是数字电路中一种重要的逻辑单元电路。TTL逻辑门电路问世较早，其工艺经过不断改进，至今仍为主要的基本逻辑器件之一。随着CMOS工艺的发展，TTL的主导地位受到了动摇，有被CMOS器件所取代的趋势。

近几年来，可编程逻辑器件PLD特别是现场可编程门阵列FPGA的飞速进步，使数字电子技术开创了新局面，不仅规模大，而且将硬件与软件相结合，使器件的功能更完善，使用更灵活。

2 数字电路的主要特点

2.1 同时具有算术运算和逻辑运算功能

数字电路中的数学基础主要是以二进制逻辑代数为主，主要运用了二进制的数字信号，不仅可以很方便的进行与、或、非、判断、比较、处理等逻辑运算，还可以进行算术运算，因此，二进制逻辑代数可以应用到运算、传输、控制、决策、储存以及比较当中。

2.2 实现简单，系统可靠

数字逻辑电路只要以二进制作为基础，其自身的可靠性比较强。其中对该电路上，电源电压较小使，对其不产生影响，而温度与工艺偏差对该电路的工作可靠性的影响上，也比模拟电路要小的很多。

2.3 集成度高，功能实现容易

数字电路具有功耗低、体积小以及集成度高的特点，其中还包含了：电路设计、维修、维护上比较灵活方面，随着社会的不断发展，集成电路的相关技术也在断的发展，其中数字逻辑电路的集成度也相对的变高，同时随着SSI（小规模）、MSI（中规模）、LSI（大规模）、以及VLSI（超大规模）等方面的集成电路的发展，集成电路块的功能也从元件、部件、器件、板卡级而上升到了系统级。而电路的设计则是采用了一些比较标准的集成电路块单元来连接形成。对于一些非标准的电路还可以选择可编程序逻辑来陈列电骡，通过运用编程的方法来实现对特殊电路任意的逻辑功能。

3 新技术条件下数字电路的发展趋势

在新技术条件下，半导体技术与工艺、平板刷技术等的发展为数字电路的发展提供了技术保证。数字电路逐渐向着高度复杂化、集成化及智能化发展，其运算速度也越来越高。能够集成数亿的微处理器，闪盘的容量可达64GB，部分ASIC所拥有的门电路数量也可达1000万以上，而FPGA的门电路数量也达到了300万以上。将来无论是台式电脑还是移动终端的CPU时钟频率将会更高，而CPU体积的缩小使得一块芯片上可以放置更多的CPU，高速缓存至少能达到三级。这样就使得CPU对外部存储器的读写数量不断减少，提高了CPU的数据吞吐量，对处理器性能的提升十分有利。如今，六十四位的处理器已日臻成熟，很多公司正试图把几个甚至几十个嵌入式处理器的内核提高到一个新的水平。DSP芯片正在向更高的结构转变，在多数场合指令字方式是非常常见的方式—— 在同一芯片上有多过个处理器单元存在，即单指令阵列处理。在现阶段，处理器的结算能力在持续提升，由于众多新型的存储结构单元相继出现，对于快闪存储器的单元来讲，密度也有很大的提高。不论是多级的存储单元还是镜像为存储单元，这两个方式都是这项技术的最前沿技术，在多级存储中，有很多方法在使用。各比特在编码的过程中使用的是四个电荷级，能够随时对任何一个存储单元进行数据的存取，并且镜像位的方案都是把每一个比特存在一个绝缘栅上。

虽然DRAM存储器的密度不会一下子跳到GB级别，但是，可以对下一代的DRAM 运算速度进行预设，其运算的速度也会越来越快。此种存储器会使用下一代的DDR接口。与此同时，人们会不断地开发出存取速度更快的接口，为更高带宽的引进打下坚实的物理基础。

非动态的随机存储器（SRAM）在密度方面也在进行不断的升级。现如今，6MB 的芯片已经投入市场，相信用不了多长时间，16MB的芯片乃至32MB的芯片甚至更大容量的芯片都可能会投入市场。对SRAM来讲接口运行速度的加快是至关重要的。

目前，通过降低绝缘材料的介电常数来提升电路性能也是重要的手段。

综上所述，在存储器领域。新型非易失性技术为电路设计人员提供了较多新的选择。铁电存储器技术也在快速发展，这提供了一种可能—— 把易失性的存储器从理想走向现实，可以在无电源的情况下对数据进行无限期保存，而且不会出现任何形式的数据损耗，运算器能够在极小的空间进行几乎无尽的复杂运算。

参考文献

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