高速數(shù)字電路的信號傳輸及噪聲抑制

花文俊

（河南省駐馬店財經(jīng)學(xué)校，河南駐馬店，463000）

0 引言

當(dāng)前，在技術(shù)的推動下，電路的集成度越來越高，同時電路的設(shè)計水平不斷完善，這不僅提升了信號的傳輸效率，同時也改善了信號的傳輸質(zhì)量。但由于信號在傳輸速度提升的過程中噪聲的存在，影響了信號的傳輸效率。因此研究高速數(shù)字電路信號傳輸，并采取針對性的措施做好噪聲的抑制工作，對于進(jìn)一步推動電路的發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 數(shù)字電路優(yōu)勢

針對于數(shù)字電子技術(shù)，對于其優(yōu)勢而言，最大的優(yōu)勢是該技術(shù)是由數(shù)字組合形成的，然而，這些數(shù)字的組合，主要是基于 0 到 9 之間的數(shù)。因此，基于計算機(jī)，在編碼過程中采用二進(jìn)制的方式，能很容易就能實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，具體而言，就是計算機(jī)與數(shù)字信號之間的連接。對于信息的保存來說，借助于數(shù)字信號，可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，同時，在信號轉(zhuǎn)換過程中，或者處理數(shù)字的過程中，對于數(shù)字電子技術(shù)而言，較為容易使用，而且可極大提高處理及轉(zhuǎn)換的速率，通過該技術(shù)的作用，有助于實現(xiàn)智能化的通信網(wǎng)絡(luò)。在當(dāng)下發(fā)展形勢下，高效率、高質(zhì)量的工作狀態(tài)，在很大程度上，主要基于通信網(wǎng)絡(luò)，而通信網(wǎng)絡(luò)的使用。

針對于數(shù)字信息而言，在進(jìn)行傳播的過程中，主要基于數(shù)字信號，數(shù)字信號在傳播中，具有很多優(yōu)勢，比如能在較短時間內(nèi)傳播、傳播中處于靜止?fàn)顟B(tài)等。值得一提的是，數(shù)字信號除了具有靜音的優(yōu)勢，而且具有較強的抗干擾能力，通過該優(yōu)勢，在傳播數(shù)字信號時，可有效抵抗外界因素的干擾，而且對于信息的傳播來說，有助于提高其傳播速度，傳播的信息更加精準(zhǔn)。在遠(yuǎn)距離傳輸信號方面，數(shù)字電子技術(shù)的優(yōu)勢得以充分體現(xiàn)。在對信號進(jìn)行保存時，只需通過簡單的運算程序，將所需傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行轉(zhuǎn)化，促使信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的形式，并經(jīng)過添加秘密來運送，通過這樣的方式，不僅便于儲存數(shù)字信號，而且在很大程度上，可確保輸送的安全性。

2 高速數(shù)字電路的信號傳輸

對于高速數(shù)字的信號傳輸質(zhì)量與以下幾個方面有關(guān)：第一，傳輸線的質(zhì)量；第二，信號傳輸?shù)倪^程中，反射的基本情況；第三，串?dāng)_對信號傳輸?shù)挠绊?。由于不同情況下，信號傳輸?shù)馁|(zhì)量受到的影響因素存在差異，因此在實際工作中，需要綜合考量信號傳輸?shù)挠绊懸蛩兀瑥亩皶r采取有效的措施提升數(shù)字信號的傳輸效率和傳輸質(zhì)量。

■2.1 傳輸線的質(zhì)量情況

在科學(xué)技術(shù)的推動下，高速數(shù)字電路應(yīng)運而生，這種傳輸方式屬于一種新型的電路傳輸方式，并且信號在傳輸?shù)倪^程中存在相當(dāng)復(fù)雜的過程。對于整個傳輸路徑的設(shè)計，不僅需要以專業(yè)的電路理論知識為基礎(chǔ)，同時還應(yīng)該重點考慮信號的衰減情況，并采取有效的措施保證信號的完成性，從而保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性。對于高速數(shù)字電路信號的傳輸而言，傳輸線非常重要，通常情況下，信號傳輸需要以印刷電路板為主要載體，這一器件的集成度相對較高，通常是由一層介質(zhì)或者多層介質(zhì)構(gòu)成，并包括信號層、電源層以及底層的結(jié)構(gòu)。由于當(dāng)前半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，印刷電路板的集成度越來越高，并且精度不斷提升。對于不同的層次而言，需要使用傳輸線、器件以及電源等完成連接。而在信號傳輸過程中使用的傳輸線，與器件中包含的電阻、電容以及電感存在一定的相似之處。

在特定的環(huán)境中，由于傳輸線的獨特性其也會呈現(xiàn)出相對特殊的電氣特性，主要是借助電容和電感表現(xiàn)出來。對于高速數(shù)字電路的應(yīng)用設(shè)計，需要對傳輸線進(jìn)行合理選擇，從而在提升信號傳輸速度的同時，保證信號的完整性。

■2.2 反射的影響

在高速數(shù)字電路的信號傳輸過程中，反射是還原信號的重要方式。在信號傳輸?shù)倪^程中，每個點都存在瞬態(tài)阻抗，假如傳輸線屬于可控制的阻抗，瞬時阻抗可以在信號傳輸?shù)倪^程中保持不變，那么可以認(rèn)為這種阻抗與傳輸線的功能相同。在這種條件下，整個信號傳輸過程中，信號的發(fā)射也基本處于一個穩(wěn)定不變的狀態(tài)。如果在傳輸過程中出現(xiàn)瞬時阻抗突變的情況，部分信號就會發(fā)生變化，在傳播過程中出現(xiàn)不同程度的折射和衰減現(xiàn)象，從而導(dǎo)致信號出現(xiàn)不同程度的失真。需要注意的是，在出現(xiàn)折射和衰減的過程中，信號被分成了幾個部分，一部分沿著原來的途徑傳輸，另一部分發(fā)生折射，因此最終能接收一定的信號，只是信號的完整性以及質(zhì)量不能保證。因此，從一定程度而言，反射屬于信號傳輸中的有效標(biāo)識，也是造成出現(xiàn)信號抑制的重要原因。由于反射問題的存在導(dǎo)致的信號波動，會影響噪聲情況，從而使電路出現(xiàn)不同程度的錯誤情況。就當(dāng)前的研究可以發(fā)現(xiàn)，信號的反射是一種常見的問題，需要相關(guān)的技術(shù)人員提高重視程度，并且這種問題并不會受到地域的限制，在任何地方都有可能發(fā)生。

■2.3 串?dāng)_的影響

在高速數(shù)字電路的信號傳輸過程中，串?dāng)_也是一種常見的問題，通常在信號的傳輸過程中，存在兩個路徑，在傳輸路徑過程中存在一定程度的電磁效應(yīng)，但這種效應(yīng)較為明顯時，就會對整個信號傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率造成影響，形成這種問題的主要原因在于邊緣唱的耦合作用。通常可以將串?dāng)_分成兩種形式，一種是電容性的串?dāng)_，另一種是電感性的串?dāng)_。造成這種串?dāng)_問題的原因在于電場或者磁場發(fā)生了一定的耦合。按照傳播方向的差異，又可以將其分為近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_，在高速數(shù)字電路中，串?dāng)_是客觀存在的，電流的存在就會形成一定的磁場和電場，因此電磁感應(yīng)對整個信號的影響也是必然的。這種現(xiàn)象的客觀存在也為高速電路的信號質(zhì)量控制設(shè)計工作帶來了一定的困難。因此整個電路的設(shè)計工作需要明確串?dāng)_的影響，并積極采取有效的措施降低其對信號傳輸?shù)挠绊?。通常情況下，對于高速數(shù)字電路的設(shè)計工作，會在布線設(shè)計、板線連接以及封裝等過程進(jìn)行處理。具體的可以增加線與線之間的距離，降低電磁效應(yīng)，控制好耦合的長度，降低耦合的影響。并使用低介質(zhì)常數(shù)的材料。對于串?dāng)_問題嚴(yán)重的線路，需要及時進(jìn)行隔離處理，從而降低對信號的影響。需要注意的是，在實際電路設(shè)計過程中，還要充分考慮電路的集成度以及設(shè)計工程的需要情況，并綜合成本對線路的材質(zhì)、布線以及間距進(jìn)行選擇，必要時需要作出一定的取舍，從而保證信號傳輸?shù)目傮w效益。

3 高速數(shù)字電路噪聲抑制的主要措施

就當(dāng)前高速數(shù)字電路信號傳輸過程中的影響因素而言，可以從以下幾個方面入手，進(jìn)行處理，從而提升信號的傳輸速率和質(zhì)量，提升噪聲抑制水平，促進(jìn)我國數(shù)字電路的進(jìn)一步發(fā)展。第一，對內(nèi)部設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化；第二，合理分配網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。

■3.1 優(yōu)化內(nèi)部設(shè)計

由于高速數(shù)字電路傳輸過程中噪聲的影響較大，不僅降低傳輸速率，同時也會影響信號的質(zhì)量，因此在對數(shù)字電路進(jìn)行設(shè)計的過程中，需要重視噪聲對信號的影響，對于不同的系統(tǒng)而言，需要根據(jù)傳輸?shù)男枰?，對?nèi)部的元件進(jìn)行調(diào)整，從而保證內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理性。就電路的容積而言，對整個電路功能的發(fā)揮具有直接影響。尤其是對噪聲處理，需要重視內(nèi)部的優(yōu)化設(shè)計，從而配置好元器件和線路之間的關(guān)系，改善信號的傳輸質(zhì)量。具體需要做好以下幾個方面的工作：第一，在電路板的內(nèi)板進(jìn)行設(shè)計時，需要重視對器件的布局設(shè)計，既要滿足集成度的需要，還應(yīng)該有效控制元器件之間存在的電磁等影響，從而合理控制元件的密度。并且保證不同的元器件都能夠進(jìn)行及時的通風(fēng)，保證透氣性良好，從而在確保傳輸信號質(zhì)量的同時，保證元器件的使用壽命。第二，重視對電路系統(tǒng)的優(yōu)化，尤其是散熱情況需要提升重視，保證電源供電的穩(wěn)定性，有效避免出現(xiàn)局部過熱的情況，避免高溫高壓的出現(xiàn)，影響元件的性能。第三，在內(nèi)部優(yōu)化設(shè)計的過程中，需要做好配線的安裝工作，盡可能降低電磁耦合效應(yīng)，減少公共阻抗，從而有效避免噪聲的出現(xiàn)。第四，適當(dāng)做好接地的設(shè)計，保證電路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

■3.2 有效對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行分配

對于高速電路的設(shè)計優(yōu)化而言，還需要做好電源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分配工作，具體可以采取以下幾種方式改善電路中的噪聲情況：第一，對于中高壓電路而言，需要重視感應(yīng)噪聲的位置，盡量選擇使用金屬屏蔽的方式，依靠電子裝置、引線以及遠(yuǎn)距離的輸入和輸出進(jìn)行處理，從而在一定程度上降低信號的傳輸長度，降低信號傳輸?shù)淖杩?，從而有效避免信號的衰減。第二，對于磁場引發(fā)的噪聲問題，需要選擇具有電磁感應(yīng)的電力線，通過合理擺放電線的方式，有效消減電磁感應(yīng)現(xiàn)象，降低對信號傳輸?shù)挠绊?。第三，對于火花放電噪聲而言，這也是影響信號質(zhì)量和傳輸?shù)闹匾蛩?。需要設(shè)計人員及時采用隔離的方式進(jìn)行處理。

就以上幾種噪聲問題，在處理的過程中，需要結(jié)合實際情況，根據(jù)工程的實際需要，以及成本的控制情況，采取有效的措施控制相關(guān)因素對信號傳輸?shù)挠绊?。?dāng)前就高速電路的發(fā)展而言，噪聲的存在也成為重要問題，因此做好噪聲的抑制工作有利于進(jìn)一步提升電路設(shè)計水平，保證信號傳輸。從而推動我國電子技術(shù)和集成電路的進(jìn)一步發(fā)展。

4 結(jié)語

綜上所述，就當(dāng)前而言，高速數(shù)字電路在科技的推動下日新月異，但高速電路信號傳輸過程中涉及到的信號質(zhì)量問題也逐漸受到人們的重視。結(jié)合當(dāng)前信號傳輸中的主要影響因素，及時采取有效的措施進(jìn)行處理，客觀看待噪聲的存在，綜合材料、設(shè)計以及成本因素，對電路進(jìn)行不斷優(yōu)化，才能為我國高速數(shù)字電路的發(fā)展提供助力。