电子电路技术的发展

文/覃斌

电子电路技术的发展

文/覃斌

文章首先对电子电路技术进行了概括性介绍，在此基础上通过模拟电路和数字电路两个方面对电子电路技术的发展进行分析和探讨。期望通过本文的研究能够进一步推动电子电路技术的发展，并拓宽其应用范围。

电子电路技术 模拟电路 数字电路发展

1 电子电路技术概述

电子电路又称之为电子回路，是指由电气设备和各类元器件（用电器），以某种特定的方式连接起来，为电荷的流通提供路径的总体。简单来讲，电子电路就是由电子元件所构成的电路，根据所处理信号的不同，电子电路可分为模拟电路和数字电路二种，其中集成电路（IC）是电子电路技术中最具典型性和代表性的一类产品。对于电子电路技术而言，电路设计是其应用中重要的前提，根据不同的电路设计方案，可制造出各类电子电路载体，如电路板、功能元器件等，在具体应用时，则是对电子电路的安装与连接技术，如封装技术等。目前，对电子电路技术的研究主要集中在两个方面，即模拟电路和数字电路，本文下面就以这两类电子电路作为研究对象，通过对前人研究成果的分析和总结，探讨电子电路技术的应用与发展。

2 电子电路技术的发展分析

2.1 模拟电路

模拟电路（Analog Circuit）简称AC，它是一种能够对模拟信号进行有效处理的电子电路，这里所指的模拟信号是电压（或电流）对于真实信号成比例的再现。可将AC分为标准和专用两大类，标准AC主要包括放大器接口电路、数据转换器、稳压器、比较器以及基准电路等，其中稳压器和基准电路在AC市场中所占的比例最大，约为13%左右。专用AC的主要应用领域包括电子产品、计算机、通信、汽车、工业等。

模拟电路的出现时间相对较早，各种指标的不断优化是其进步与发展的重要体现，尤其是在功耗、速度以及分辨率等方面的改进。模拟电路刚刚出现时，采用的生产工艺为8掩模工艺，在当时，大部分生产厂商所用的制造工艺十分类似，他们所生产的器件类型也基本相同。随着技术的逐步完善，如今，各个厂商在制造模拟电路方面都有了自己的工艺，模拟电路生产工艺的优化改进除了与晶体管的尺寸有关之外，还与其工艺本身的复杂性有着极为密切的关联。模拟电路在制造过程中，需要使用50个左右的掩模层，并且其中还包含薄膜晶体管、CMOS、双极和能够实现相关模拟功能所需的其它专用组件。

2.1.1 尺寸缩减

在有些应用领域中，对模拟电路的尺寸要求较高，为此，应加大对模拟电路尺寸缩减方面的研究力度。对于模拟电路而言，它的某些特定参数，如电压、电流等，需要占用芯片一定的面积，由此才能发挥出应有的作用。相关研究结果显示，电压越高所需的晶体管就越大，并且还需要足够大的间距。不仅如此，较大的电流在运作时，也要求使用面积相对较大的晶体管，若是采用缩小参数的做法，无法使晶体管传输大电流的能力得到根本性地改善。同时，功率的耗散也同样需要有大的芯片面积和热连接来实现正确运作。对密度进行改进是实现模拟电路尺寸缩减的有效途径之一，由此使得以纤巧线宽实现的新型晶体管获得了快速发展。细线工艺除了能够支持巨量数字电路之外，其成本也相对较低，它在模拟电路中的应用，可带来一定的经济效益，并且还能拓宽模拟电路的使用范围。例如，工作频率在MHz且效率≥95%的开关稳压器，使用的就是细线晶体管。晶体管尺寸的缩小，使得模拟电路可以内置大量的数字回路支持电路，其运转速度随之获得显著提升。

2.1.2 模拟组件

在模拟组件方面，随着技术的发展，运放的速度及DC精度均有了明显的改善。以线性稳压器为例，它由压差、电源电流、模拟监视输出构成，这种架构下，不需要额外配置专用的外部电路，便可实现器件之间的并联。

2.2 数字电路

数字电路（Digital Circuit）简称DC，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，这一过程的实现主要凭借的是数字信号。二值数字逻辑是此类电路的基础，它处理的信号为离散型的数字信号，电路中的电子晶体管工作于开关的状态下。

从数字电路的发展历程上看，与模拟电路较为相似，都经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路（IC）等几个时代，两者相比，数字电路的发展速度要更快一些。上个世纪70年代末期，微处理芯片的诞生，及其在数字电路中的应用，使数字电路的性能产生了一次质的飞跃。硅是数字集成器件制造时采用的主要材料之一，在高速运行的数字电路中，也会用到化合物半导体材料。在数字电路中，逻辑门是最为重要的逻辑单元电路，而在CMOS工艺不断发展和完善的前提下，使得TTL在逻辑门电路中的主导地位有所动摇。

与模拟电路相比，数字电路更加复杂，由于其主要进行的是数字信号的处理，故此电路本身的抗干扰能力要优于模拟电路。一个完整的数字电路一般需要有两大部分，即控制部分和运算部分，由于具有这种结构使数字电路具备了如下特点：适合运算比较、存储控制；同时数字电路具有可靠性高、集成度高、体积小、功耗低；电路设计、维修、维护灵活方便等优点。

2.2.1 实际应用

目前，数字电路以其自身所具备的诸多特点，在多个领域中均获得应用，如电视、雷达、通讯、电子计算机、自动控制、航天等。

（1）在数字电视中的应用。数字电视是以数字电视信号进行传播的一种电视类型，通过数字解调和音视频解码技术可对图像和声音进行还原。数字电路中，编码器和译码器是最常接触的器件之一，数字电视作为数字电路的一种应用形式，编解码是它的关键技术之所在。音频和视频信号在初始时均为模拟信号，为此，在传输前需要进行信号转换，将模拟信号转换为数字信号，当音视频信号数字化之后，其中的数据量将会变大，由此会对此信号的传输造成影响，为有效解决这一问题，需要应用数据压缩技术。

（2）在计算机系统中的应用。数字电路能够利用继电器等控制器件，来完成二进制的算术和逻辑运算。在早些时候，无线电电路中的放大器通常使用的都是真空管，随着技术发展，真空管逐步被数字电路中的快速开关所取代，利用一定数量的逻辑门电路可构成相对完整的控制器。

2.2.2 数字电路的发展

近年来，随着各种科学技术的不断完善和进步，推动了半导体、平板刷等技术工艺的发展，由此为数字电路的发展提供了强有力的技术支撑。在未来一段时期，数字电路将会朝着集成化、复杂化、智能化的方向发展，它的运算速度也将在现有的基础上获得进一步提升，在这一前提下，数字电路将可集成数以亿计的微处理器，闪盘的容量可以达到64GB。在不久的将来，计算机和移动终端的CPU时钟频率都将大幅度提高，并且CPU的体积也会变得越来越小，这样可使一块微处理芯片上容纳多个CPU，从而使高速缓存达到三级以上，有助于减少CPU对外部存储器读写数量的减少，可使CPU的数据吞吐量获得大幅度提高，有利于处理器整体性能的增强。

目前，8核CPU已经逐步在市场中推广，众所周知，CPU的核心数目越多，其处理功能就越强大。8核CPU上的晶体管数量极为庞大，核心引脚也相对较多，每个核心具有8个执行单元，能够在每个时钟周期处理4条8进制浮点数据，执行单元可以共享一个速度超过的二级缓存，该缓存采用的是3路独立总线，其中每一路为640KB，3路加在一起的二级缓存为1.92MB，核心的数据带宽可达到200GB/ s以上。在内存方面，最先进的8GB DDR4内存颗粒和32GB DDR4内存条采用的全部都是最新的20nm工艺，其额定频率为2400MHz，与DDR3相比，在性能方面大约可以提升将近30%左右，电压则可维持在标准的1.2V。通过3D TSV硅穿孔技术，新颗粒能够制造出单条128GB超大容量的内存条。

3 结论

综上所述，电子电路技术以其自身良好的性能和诸多的特点，在多个领域中获得了应用。本文重点对电子电路技术中的模拟电路和数字电路进行分析，探讨了它们的应用与发展。对于电子信息产业而言，电子电路技术是实现产业快速、稳定发展的基础，为此，必须加大对电子电路技术的研究力度，从而使其能够更好地为电子信息产业服务。

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作者单位 广西机电技师学院 广西壮族自治区柳州市545005

覃斌（1963-），男，广西壮族自治区平南县人。现为广西机电技师学院电气工程系高级讲师。主要研究方向为电工电子技术，可编程控制器应用技术。