模拟与数字电路中抽象原则

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1、模拟与数字电路中抽象原则【摘要】电气工程与计算机科学是诸多应用抽象原则概念解决问题的学科之一，电气工程是有目的的应用描述电磁现象的麦克斯韦方程(或抽象)并创建一个新的抽象层,称为模拟电路层或数字电路层。集总电路和数字电路中不断应用抽象原则，有效的解决了电气系统中复杂的问题。【关键词】抽象原则模拟电路数字电路一、模拟电路中的抽象原则分析模拟电路包括用理想导线连接的模拟原件(或离散元件)。模拟元件的特性是可定义唯一的接线端电压V(t)和接线端电流I(t)o电压、电流和电阻都是某元件在特定的约束下定义的。我们把这些约

2、束均称作模拟事物原则。只要我们遵循模拟事物原则，即可在电路分析中进行简化，与模拟电路抽象打交道。因此该原则是模拟电路抽象的基础。该原则在我们选择模拟电路元件时施加了三条约束。当电路满足这三个约束时，电路本身可以抽象，就像可以在模拟元件外部接线端上定义电压和电流一样。满足模拟事物原则的电路在电路分析中产生了其他简化，特别是模拟电路中的电压和电流满足简单的代数关系。在模拟事物抽象原则之内，可被抽象为由IE、IB、IC等参数表示的等效电路，进而对于复杂的物理结构进行电气化抽象，如下图所示：二、•模拟电路抽象的局限性我

3、们断言，如果元件满足集总事物原则，则可以忽略连接元件的导线物理长度和拓扑结构，同时可以定义元件的电压电流。模拟事物原则的三个要求让我们限制信号速度，使其明显低于电磁波传播速度。随着技术的进步，传播效应越来越难以忽略。一个例子是1998年生产的奔腾II芯片的时钟频率是4OOMHz,但其芯片的尺寸与MIPS芯片差不多，即约长lcm。lcm芯片的波传延迟约为l/15ns。显然奔腾II芯片2.5ns的时钟周期与波在芯片上的传播延迟相比仍然很大。三、数字电路抽象数值离散化构成了数字抽象的基础。其主要思想是将一定范围内的信

4、号值集总为一个值。举例来说，如果观察到的信号在0V和2.5V之间，则处理为“0”,2.5V到5V之间则处理为“1”o可以看出，这种表示不受峰值小于2.5V的对称噪声的干扰。在模拟情况下，假设值A为2.4V,发送者通过在线路上将信号表示为2.4V进行传输。传输过程中的噪声将该电压在接受者处改变为2.6V,结果导致接受者将其误理解为2.6VO与模拟抽象相同，数字抽象也需要遵循相应的约束，那就是静态原则。由于我们需要不同制造商生产的数字器件能后彼此联系，因此这些器件必须坚持某种公共的抽象原则。这种必须具有足够大的设计

5、余地，这样才能用各种不同技术来生产器件。静态原则共有以下几条内容：(1)为了发出逻辑0,发送者产生的输出电压必须小于VOL。相应地，接受者必须将低于VIL,的输入电压解释为逻辑0o(2)为了发出逻辑1,发送者产生的输出电压必须大于VOH。接受者必须将高于VOL的输入电压解释为lo(3)对于给定的逻辑值,指定的输出电压和相应的接受者禁止区域电压阈值之间的绝对值称为该逻辑值的噪声容限。数字电路抽象设计时，需要将噪声容限考虑在内，才可以运用抽象原则进行简化分析。四、结语抽象使我们忽略物体许多特性，如尺寸、形状、密度和

6、温度等。这些性质对于计算物体的应用并不起实际作用。抽象还使我们忽略了无数得出该方程的实验和观察细节并直接接受它。试想没有这一抽象，我们要实现相同的结果需要经历多少痛苦的实验。参考文献[1]AnantAgarwal.FoundationsofAnalogandDigitalElectronicCircuits[M].2008.7[2]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].2006.5