高速数字电路的信号传输及噪声抑制

2021-11-23花文俊

电子制作 2021年2期

花文俊

（河南省驻马店财经学校，河南驻马店，463000）

0 引言

当前，在技术的推动下，电路的集成度越来越高，同时电路的设计水平不断完善，这不仅提升了信号的传输效率，同时也改善了信号的传输质量。但由于信号在传输速度提升的过程中噪声的存在，影响了信号的传输效率。因此研究高速数字电路信号传输，并采取针对性的措施做好噪声的抑制工作，对于进一步推动电路的发展具有非常重要的现实意义。

1 数字电路优势

针对于数字电子技术，对于其优势而言，最大的优势是该技术是由数字组合形成的，然而，这些数字的组合，主要是基于 0 到 9 之间的数。因此，基于计算机，在编码过程中采用二进制的方式，能很容易就能实现联网，具体而言，就是计算机与数字信号之间的连接。对于信息的保存来说，借助于数字信号，可实现对数据进行加密处理，同时，在信号转换过程中，或者处理数字的过程中，对于数字电子技术而言，较为容易使用，而且可极大提高处理及转换的速率，通过该技术的作用，有助于实现智能化的通信网络。在当下发展形势下，高效率、高质量的工作状态，在很大程度上，主要基于通信网络，而通信网络的使用。

针对于数字信息而言，在进行传播的过程中，主要基于数字信号，数字信号在传播中，具有很多优势，比如能在较短时间内传播、传播中处于静止状态等。值得一提的是，数字信号除了具有静音的优势，而且具有较强的抗干扰能力，通过该优势，在传播数字信号时，可有效抵抗外界因素的干扰，而且对于信息的传播来说，有助于提高其传播速度，传播的信息更加精准。在远距离传输信号方面，数字电子技术的优势得以充分体现。在对信号进行保存时，只需通过简单的运算程序，将所需传输的信息进行转化，促使信号转化为数字化的形式，并经过添加秘密来运送，通过这样的方式，不仅便于储存数字信号，而且在很大程度上，可确保输送的安全性。

2 高速数字电路的信号传输

对于高速数字的信号传输质量与以下几个方面有关：第一，传输线的质量；第二，信号传输的过程中，反射的基本情况；第三，串扰对信号传输的影响。由于不同情况下，信号传输的质量受到的影响因素存在差异，因此在实际工作中，需要综合考量信号传输的影响因素，从而及时采取有效的措施提升数字信号的传输效率和传输质量。

■2.1 传输线的质量情况

在科学技术的推动下，高速数字电路应运而生，这种传输方式属于一种新型的电路传输方式，并且信号在传输的过程中存在相当复杂的过程。对于整个传输路径的设计，不仅需要以专业的电路理论知识为基础，同时还应该重点考虑信号的衰减情况，并采取有效的措施保证信号的完成性，从而保证信号传输的稳定性和安全性。对于高速数字电路信号的传输而言，传输线非常重要，通常情况下，信号传输需要以印刷电路板为主要载体，这一器件的集成度相对较高，通常是由一层介质或者多层介质构成，并包括信号层、电源层以及底层的结构。由于当前半导体技术的进一步发展，印刷电路板的集成度越来越高，并且精度不断提升。对于不同的层次而言，需要使用传输线、器件以及电源等完成连接。而在信号传输过程中使用的传输线，与器件中包含的电阻、电容以及电感存在一定的相似之处。

在特定的环境中，由于传输线的独特性其也会呈现出相对特殊的电气特性，主要是借助电容和电感表现出来。对于高速数字电路的应用设计，需要对传输线进行合理选择，从而在提升信号传输速度的同时，保证信号的完整性。

■2.2 反射的影响

在高速数字电路的信号传输过程中，反射是还原信号的重要方式。在信号传输的过程中，每个点都存在瞬态阻抗，假如传输线属于可控制的阻抗，瞬时阻抗可以在信号传输的过程中保持不变，那么可以认为这种阻抗与传输线的功能相同。在这种条件下，整个信号传输过程中，信号的发射也基本处于一个稳定不变的状态。如果在传输过程中出现瞬时阻抗突变的情况，部分信号就会发生变化，在传播过程中出现不同程度的折射和衰减现象，从而导致信号出现不同程度的失真。需要注意的是，在出现折射和衰减的过程中，信号被分成了几个部分，一部分沿着原来的途径传输，另一部分发生折射，因此最终能接收一定的信号，只是信号的完整性以及质量不能保证。因此，从一定程度而言，反射属于信号传输中的有效标识，也是造成出现信号抑制的重要原因。由于反射问题的存在导致的信号波动，会影响噪声情况，从而使电路出现不同程度的错误情况。就当前的研究可以发现，信号的反射是一种常见的问题，需要相关的技术人员提高重视程度，并且这种问题并不会受到地域的限制，在任何地方都有可能发生。

■2.3 串扰的影响

在高速数字电路的信号传输过程中，串扰也是一种常见的问题，通常在信号的传输过程中，存在两个路径，在传输路径过程中存在一定程度的电磁效应，但这种效应较为明显时，就会对整个信号传输的质量和效率造成影响，形成这种问题的主要原因在于边缘唱的耦合作用。通常可以将串扰分成两种形式，一种是电容性的串扰，另一种是电感性的串扰。造成这种串扰问题的原因在于电场或者磁场发生了一定的耦合。按照传播方向的差异，又可以将其分为近端串扰和远端串扰，在高速数字电路中，串扰是客观存在的，电流的存在就会形成一定的磁场和电场，因此电磁感应对整个信号的影响也是必然的。这种现象的客观存在也为高速电路的信号质量控制设计工作带来了一定的困难。因此整个电路的设计工作需要明确串扰的影响，并积极采取有效的措施降低其对信号传输的影响。通常情况下，对于高速数字电路的设计工作，会在布线设计、板线连接以及封装等过程进行处理。具体的可以增加线与线之间的距离，降低电磁效应，控制好耦合的长度，降低耦合的影响。并使用低介质常数的材料。对于串扰问题严重的线路，需要及时进行隔离处理，从而降低对信号的影响。需要注意的是，在实际电路设计过程中，还要充分考虑电路的集成度以及设计工程的需要情况，并综合成本对线路的材质、布线以及间距进行选择，必要时需要作出一定的取舍，从而保证信号传输的总体效益。

3 高速数字电路噪声抑制的主要措施

就当前高速数字电路信号传输过程中的影响因素而言，可以从以下几个方面入手，进行处理，从而提升信号的传输速率和质量，提升噪声抑制水平，促进我国数字电路的进一步发展。第一，对内部设计进行优化；第二，合理分配网络设置。

■3.1 优化内部设计

由于高速数字电路传输过程中噪声的影响较大，不仅降低传输速率，同时也会影响信号的质量，因此在对数字电路进行设计的过程中，需要重视噪声对信号的影响，对于不同的系统而言，需要根据传输的需要，对内部的元件进行调整，从而保证内部结构的合理性。就电路的容积而言，对整个电路功能的发挥具有直接影响。尤其是对噪声处理，需要重视内部的优化设计，从而配置好元器件和线路之间的关系，改善信号的传输质量。具体需要做好以下几个方面的工作：第一，在电路板的内板进行设计时，需要重视对器件的布局设计，既要满足集成度的需要，还应该有效控制元器件之间存在的电磁等影响，从而合理控制元件的密度。并且保证不同的元器件都能够进行及时的通风，保证透气性良好，从而在确保传输信号质量的同时，保证元器件的使用寿命。第二，重视对电路系统的优化，尤其是散热情况需要提升重视，保证电源供电的稳定性，有效避免出现局部过热的情况，避免高温高压的出现，影响元件的性能。第三，在内部优化设计的过程中，需要做好配线的安装工作，尽可能降低电磁耦合效应，减少公共阻抗，从而有效避免噪声的出现。第四，适当做好接地的设计，保证电路结构的稳定性和安全性。

■3.2 有效对网络系统进行分配

对于高速电路的设计优化而言，还需要做好电源网络系统的分配工作，具体可以采取以下几种方式改善电路中的噪声情况：第一，对于中高压电路而言，需要重视感应噪声的位置，尽量选择使用金属屏蔽的方式，依靠电子装置、引线以及远距离的输入和输出进行处理，从而在一定程度上降低信号的传输长度，降低信号传输的阻抗，从而有效避免信号的衰减。第二，对于磁场引发的噪声问题，需要选择具有电磁感应的电力线，通过合理摆放电线的方式，有效消减电磁感应现象，降低对信号传输的影响。第三，对于火花放电噪声而言，这也是影响信号质量和传输的重要因素。需要设计人员及时采用隔离的方式进行处理。

就以上几种噪声问题，在处理的过程中，需要结合实际情况，根据工程的实际需要，以及成本的控制情况，采取有效的措施控制相关因素对信号传输的影响。当前就高速电路的发展而言，噪声的存在也成为重要问题，因此做好噪声的抑制工作有利于进一步提升电路设计水平，保证信号传输。从而推动我国电子技术和集成电路的进一步发展。