数字电路

传递和处理数字信号的电路
数字电路(Digital Circuit)又称数字逻辑电路,是传递和处理数字信号的电路[1]。数字电路的基本构成单元主要有电阻电容二极管三极管、脉冲信号、寄存器等元件[5][6][7]。它具备逻辑运算能力、抗干扰能力强、功耗低、电路结构简单、通用性强、保密性好等特点[8],是研究各部分单元电路之间的状态的电路[9]。数字电路的设计则通常需考虑硬件电路结构与软件方案、电路连接和微型机接口的逻辑电平转换、可靠性、抗干扰等原则[10],并遵循电子电路先静态、后动态的原则[11]
数字电路经历了电子管晶体管、半导体分立器件到集成电路的发展过程[12][13]。1847年,乔治·布尔提出的布尔代数为数字电路提供了理论及分析基础[14][15]。1946年,电子计算机的诞生开启了数字时代的大门[16],紧接着在1947年,晶体管的问世为电路设计带来了革命性的变化[13]。1958年,人类历史上第一个集成电路诞生,开始进入集成时代[17]。而到了20世纪60年代,模拟和数字集成电路的商业化进一步推动了技术的发展。[18]到20世纪90年代末,电路设计已经能够实现千万级晶体管的集成。[18]
数字电路类按逻辑功能可分为组合逻辑电路时序逻辑电路;按电路结构可分为双极型电路和单极型电路;按有无集成元器件分为分立组件电路和集成电路[4],其中以单极型电路CMOS电路最为常见[19]。数字电路可采用逻辑图、真值表逻辑函数表达式和卡诺图等方法进行分析[20]。数字电路主要应用于计算机系统[2]数字通信设备[3]数字电视、数字照相机等领域[3]。数字电路在设计、生产、使用过程中会受功耗、噪声等因素的影响[21][22],然而也存在容易受噪声容限[23]电磁干扰[24]、热效应等问题影响的局限性。[25]

概述

数字电路,是传递和处理数字信号的电路,因其处理的信号为逻辑电平信号,所以也称为数字逻辑电路[1]。与电路所采用的信号形式相对应,将传送、变换、处理模拟信号电子电路叫作模拟电路,将传送、变换、处理数字信号的电子电路叫作数字电路[26]