hướng dẫn tổng hợp xây dựng mạch điện tử

April 8, 2024

By Lisa chen

thư mục

các mạch điện tử, hoặc các thiết bị điện tử số, là các thiết bị điện tử sử dụng các tín hiệu điện tử. Chúng khác với các mạch điện tử do các mạch điện tử điều khiển các tín hiệu mô phỏng, trong khi các tín hiệu điều khiển mô phỏng bị ảnh hưởng nhiều hơn đối với suy giảm tín hiệu, dung sai sản xuất và nhiễu. Thông thường, các nhà thiết kế sử dụng các bộ phận cửa logic lớn trên các mạch tích hợp để tạo ra các mạch điện tử.

trong hướng dẫn thân thiện này, chúng tôi sẽ cho bạn biết tất cả mọi thứ về các con sốmạch điệnvâng. Đọc tiếp để biết thêm thông tin.

lịch sử của mạch điện tử

năm 1705, gottfried william leibniz hoàn thiện hệ thống số nhị phân. Leibniz phát hiện ra rằng bằng cách sử dụng hệ thống nhị phân, có thể kết hợp các nguyên lý toán học và logic. Vào giữa thế kỷ 19, George Boole đã hình dung ra triết lý số mà chúng ta biết ngày nay. sau đó, vào năm 1886, charles sanders pierce đã giải thích làm thế nào các nhà khoa học có thể thực hiện các tính toán logic bằng cách bật và tắt mạch điện tử. sau đó, các nhà thiết kế bắt đầu sử dụng ống chân không thay vì bộ chuyển tiếp cho các tính toán logic.

với sự phát triển của máy tính số sau thế chiến thứ hai, các tính toán số thay thế các mô phỏng. Rất nhanh chóng và đơn giảnmạch điện tửcác nguyên tố đã thay thế các đối tác cơ khí và điện cơ khí của chúng.

Năm 1959, Mohamed Atalla và Dawon Kahng đã phát minh ra transistor MOSFET, đã làm thay đổi ngành công nghiệp điện tử. Từ cuối thế kỷ 20, các transistor MOSFET đã đóng một vai trò không thể thiếu trong việc xây dựng các mạch điện tử. hiện nay, nó là thiết bị bán dẫn phổ biến nhất trên thế giới.

ban đầu, mỗi mạch tích hợp chỉ có một vài transistor. Với sự tiến bộ của công nghệ, có thể đặt hàng triệu transistor MOSFET trên một con chip. Ngày nay, các nhà thiết kế có thể đặt hàng tỷ transistor MOSFET trên một con chip. đây là bằng chứng cho thấy mạch điện tử đã tiến bộ như thế nào từ những ngày đầu.

các đặc tính của mạch điện tử

Như chúng tôi đã đề cập trước đây, một trong những lý do lớn nhất để các mạch kỹ thuật số có thể truy cập cao là nó rất dễ dàng để trình bày chúng bằng kỹ thuật số và tiếng ồn không làm giảm hiệu suất của chúng. Ví dụ, các tín hiệu âm thanh liên tiếp có thể được tái tạo theo thứ tự 1 giây và 0 giây mà không có bất cứ lỗi nào nếu những âm thanh thu thập trong quá trình truyền không đủ để ngăn chặn đường nhận dạng.

Để biểu diễn chính xác hơn trong hệ thống số, bạn có thể sử dụng nhiều số nhị phân hơn để biểu diễn các tín hiệu. Tất nhiên, điều này đòi hỏi nhiều mạch số hơn, nhưng bởi vì cùng một loại phần cứng xử lý mỗi con số, hệ thống có thể dễ dàng mở rộng.một hệ thống mô phỏng khác, nó cầncải thiện cơ bản các thuộc tính nhiễu và tính tuyến tính để tạo ra các độ phân giải mới.

Khi bạn làm việc với các hệ thống số điều khiển bằng máy tính, bạn có thể sửa đổi phần mềm để thêm nhiều chức năng. nói cách khác, bạn không cần phải thay đổi phần cứng. Ngoài ra, bạn có thể thực hiện bất kỳ cải tiến nào cho hệ thống kỹ thuật số của bạn bên ngoài nhà máy bằng cách cập nhật phần mềm.

một thuộc tính khác của các mạch điện tử là chúng cho phép lưu trữ thông tin dễ dàng hơn. điều này là do các hệ thống số không bị nhiễm và có thể lưu trữ và truy xuất dữ liệu mà không làm giảm hiệu suất.

nhiều hệ thống số mới nhất thường chuyển đổi các hệ thống mô phỏng liên tục thành các tín hiệu điện tử. điều này có thể dẫn đến lỗi định lượng. Để giảm thiểu những lỗi này, đảm bảo là hệ thống số có thể lưu trữ đủ dữ liệu dạng số để biểu diễn một tín hiệu với độ trung thực mong muốn.

cấu trúc của mạch điện số

các kỹ sư đã sử dụng nhiều cách để xây dựng các cửa logic. chúng ta sẽ xem xét một số trong số đó.

3. 1 sử dụng các cấu trúc lô-gic

Các nhà sản xuất mạch điện tử thường sử dụng các mạch điện tử nhỏ được gọi là các cửa logic để tạo ra các bài học kỹ thuật số. với những cánh cửa logic này, bạn có thể tạo ra logic tổ hợp. mỗi cửa logic hoạt động trên các tín hiệu logic để thực hiện các chức năng logic boolean. thông thường, các nhà thiết kế sử dụng các công tắc điều khiển điện tử để tạo ra các cửa logic. thông thường, những công tắc này là bóng bán dẫn. van ion nhiệt có thể giúp làm việc tương tự. đầu ra của một cửa logic có thể được cung cấp cho các cửa logic khác hoặc điều khiển chúng.

3. 2 sử dụng các bảng tìm kiếm

Kiểu thứ hai của mạch điện tử được đặc trưng bởi các cấu trúc từ bảng tìm kiếm. Thông thường, một bảng tra cứu thực hiện một chức năng tương tự như một mạch điện tử dựa trên các cửa logic. Một lợi ích đáng kể của các kênh số dựa trên bảng tìm kiếm là các nhà thiết kế có thể dễ dàng lập trình lại chúng mà không cần phải thay đổi các đường dây. nói cách khác, sửa các lỗi thiết kế là dễ dàng mà không cần phải thay đổi sự sắp xếp của các dây. Do vậy, khi làm việc với các sản phẩm nhỏ, các nhà thiết kế thích các thiết bị lôgic có thể được lập trình hơn các loại mạch điện tử khác. khi thiết kế các thiết bị logic có thể được lập trình, các kỹ sư thường sử dụng phần mềm tự động hóa thiết kế.

3. 3 mạch tích hợp

khi xây dựng các mạch tích hợp, các kỹ sư sử dụng nhiều transistor trên một chip silicon. đây là cách tiết kiệm nhất để tạo ra một loạt các cửa logic. Thông thường, các thiết kế các mạch tích hợp được kết nối với nhau trên một bảng mạch in (PCB), một loại bảng điều khiển chứa các linh kiện điện tử khác nhau và kết nối chúng với một đường dẫn bằng đồng.

thiết kế mạch điện tử

Khi thiết kế các mạch điện tử, các kỹ sư sư sử dụng các phương pháp khác nhau để giảm thiểu dữ liệu lô-gic để duy trì sự phức tạp của mạch điện tử ở mức tối thiểu. nhưng tại sao việc giữ cho mạch điện phức tạp là quan trọng? Phức tạp tối thiểu làm giảm số lượng các bộ phận và tránh các lỗi tiềm tàng, giảm thiểu chi phí. Một số kỹ thuật phổ biến nhất cho việc giảm dữ liệu lô-gic bao gồm các kỹ thuật toán Boolean, các biểu đồ quyết định nhị phân, các thuật toán Quinn-Macrosky, các biểu đồ Carnot và các phương pháp máy tính hứng học. các kỹ sư phần mềm thường sử dụng các phương pháp máy tính để thực hiện những thao tác này.

4. 1 đại diện

khi nói đến thiết kế mạch điện tử, nó là một phần quan trọng.Các kỹ sư truyền thống sử dụng một bộ các cửa tương đương logic để thể hiện các mạch điện tử, và các nhà thiết kế sử dụng các hình dạng khác nhau để thể hiện mỗi biểu tượng logic. các kỹ sư cũng có thể xây dựng một hệ thống công tắc điện tử tương đương để thể hiện các mạch điện tử. Chỉ ra một dạng thức tệp số thường được sử dụng để tự động phân tích.

4. 1. 1 sự kết hợp và thứ tự

Khi chọn hình ảnh,các nhà thiết kế thường nghĩ về các loạihệ thống số. hai hệ thống số thông thường là hệ thống kết hợp và hệ thống thời gian. các hệ thống kết hợp cung cấp đầu ra tương tự cho các đầu vào tương tự. mặt khác, hệ thống thời gian là một hệ thống kết hợp, một số đầu ra được phản hồi như đầu vào.

Các hệ thống thời gian cũng có hai thể loại phụ: hệ thống thời gian đồng bộ và hệ thống thời gian đồng bộ, hệ thống thời gian đồng bộ thay đổi trạng thái ngay lập tức và hệ thống thời gian đồng bộ thay đổi trạng thái bất cứ khi nào bạn thay đổi đầu vào.

thiết kế máy tính

máy tính là thiết bị logic phổ biến nhất. Cái máy này là máy tính nhị phân tự động. bộ phát triển chuỗi nhỏ chạy bộ điều khiển mạng, và bộ điều khiển mạng là một chương trình nhỏ. mặc dù có các máy tính không đồng bộ trên thị trường, nhưng hầu hết các máy tính đều đồng bộ.

4. 2 các vấn đề thiết kế trong mạch điện tử

Bởi vì các kỹ sư sư sử dụng các cấu phần mô phỏng trong các mạch điện tử điện tử, các thuộc tính mô phỏng của các cấu phần này có thể làm gián đoạn hành vi điện tử mong muốn. Do vậy, các kênh kỹ thuật số được thiết kế cần phải quản lý những vấn đề như dự kiện thời gian, nhiễu âm thanh, dung lượng và cảm nhận ký sinh.

công cụ thiết kế mạch điện tử

Trong nhiều năm, các kỹ sư đã thiết kế những cỗ máy logic có quy mô đáng kể nhằm giảm thiểu các công việc xây dựng tốn kém. hiện nay, một chương trình máy tính để làm việc này được gọi là eda (electronic design automation tool). Ví dụ, có một phần mềm sản xuất có thể giúp các nhà thiết kế mạch điện tử.

4. 4 kiểm tra mạch logic

lý do chính mà các kỹ sư kiểm tra các mạch logic là để kiểm tra xem các thiết kế có phù hợp với các quy tắc thời gian và chức năng hay không. điều quan trọng là phải kiểm tra mỗi bản sao của các kênh điện tử để đảm bảo rằng quá trình sản xuất không có lỗi.

xem xét thiết kế mạch điện tử

thiết kế mạch điện tử chậm chạp nhưng ổn định. chúng tôi theo dõi hành trình này bằng cách nhìn vào các chuỗi logic bên dưới.

5. 1 relay

các kênh kỹ thuật số được thiết kế ban đầu với logic rời. thiết kế này đáng tin cậy và rẻ tiền. tuy nhiên, nó rất chậm và thỉnh thoảng có vấn đề cơ khí. một điểm liên hệ thường có 10 vòng cung.

5. 2 máy hút bụi

logic chân không ngay sau logic chuyển tiếp. lợi thế chính của máy hút bụi là tốc độ nhanh. tuy nhiên, chân không tạo ra rất nhiều nhiệt, và sợi đèn thường bị cháy. Sự phát triển của ống máy tính vào những năm 1950 là một cải tiến lớn về khoảng trống, bởi vì những ống máy tính này có thể chạy hàng trăm nghìn giờ.

5. 3 transistor logic

đây là dòng logic bán dẫn đầu tiên. logic của bóng bán dẫn điện trở đáng tin cậy hơn ống điện cả ngàn lần. nó tiêu thụ ít điện hơn và mát hơn nhiều. tuy nhiên, nó rất thấp: tổng cộng là 3. sau đó, logic transistor diode tăng tần số quạt lên 7, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng hơn.

5. 4 transistor-transistor logic

so với logic trước đó, transistor-transistor logic đã được cải thiện đáng kể, với 10 xu. và sau đó, số lượng người hâm mộ tăng lên 20. logic này cũng rất nhanh. logic này vẫn được sử dụng trong các thiết kế mạch số cụ thể ngày nay.

5. 5 phát ra logic giao thoa

các mô hình phát xạ rất nhanh. tuy nhiên, logic này sử dụng rất nhiều năng lượng. logic này được sử dụng rất nhiều trên các máy tính hiệu năng cao với các bộ phận có kích thước trung bình.

5.6 Logic CMOS

logic cmos là logic phổ biến nhất của mạch tích hợp. tốc độ logic này nhanh, cung cấp mật độ mạch cao và tiêu thụ điện thấp cho mỗi cửa logic. ngay cả những máy tính lớn và nhanh chóng cũng sử dụng logic này.

những phát triển mới nhất trong lĩnh vực mạch điện tử

các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực mạch điện tử gần đây đã có những bước tiến lớn. Đây là một số ví dụ:

6. 1 sử dụng các bộ nhớ

Ví dụ, vào năm 2009, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng bộ nhớ có thể giúp lưu trữ các trạng thái Boolean. Điều này cung cấp một chuỗi logic đầy đủ, sử dụng quy trình CMOS đơn giản với ít tiêu thụ điện và không gian.

6.2 Khám phá RSFQ

các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra khả năng siêu dẫn. Phát hiện này đã cho phép các kỹ sư phát triển công nghệ mạch lượng tử tốc độ nhanh đơn (RSFQ) sử dụng nút Josephson thay vì bán dẫn. Các kỹ sư gần đây đã cố gắng xây dựng một hệ thống điện toán quang học thuần túy có thể xử lý thông tin số bằng các yếu tố thị giác phi tuyến tính.

tóm tắt

mạch điện tử là cốt lõi của điện tử số và xử lý máy tính ngày nay. Bởi vì các mạch này ít bị nhiễu hơn và chất lượng giảm xuống, chúng được ưa chuẩn hơn các mạch điện tử. Khi các kỹ sư và các nhà nghiên cứu cam kết tiến bộ trong lĩnh vực kênh kỹ thuật số, thiết kế và hiệu năng của các thiết bị này sẽ chỉ tốt hơn và tốt hơn.

Bạn đang tìm kiếm sự hoàn hảođáp ứng nhu cầu độc đáo của bạnCái gì? đangWellPCBchúng tôi cam kết cung cấp các giải pháp mạch điện tử chất lượng cao cho khách hàng toàn cầu. thămtrang web của chúng tôitìm hiểu thêm về dịch vụ của chúng tôi.