數(shù)字集成電路需要注意的十個要點(diǎn)：做好準(zhǔn)備和保持懷疑

數(shù)字集成電路設(shè)計是一個程序化的過程，包括將規(guī)格和特性轉(zhuǎn)換成數(shù)字塊，然后再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成邏輯電路。與數(shù)字集成電路設(shè)計相關(guān)的許多限制來自鑄造工藝和技術(shù)限制。數(shù)字IC強(qiáng)調(diào)的是運(yùn)算速度與成本比，數(shù)字IC設(shè)計的目標(biāo)是在盡量低的成本下達(dá)到目標(biāo)運(yùn)算速度。設(shè)計者必須不斷采用更高效率的算法來處理數(shù)字信號，或者利用新工藝提高集成度降低成本。

數(shù)字IC多采用CMOS工藝，而模擬IC很少采用CMOS工藝。因為模擬IC通常要輸出高電壓或者大電流來驅(qū)動其他元件，而CMOS工藝的驅(qū)動能力很差。此外，模擬IC最關(guān)鍵的是低失真和高信噪比，這兩者都是在高電壓下比較容易做到的。而CMOS工藝主要用在5V以下的低電壓環(huán)境，并且持續(xù)朝低電壓方向發(fā)展。

對于數(shù)字電路來說是沒有噪音和失真的，數(shù)字電路設(shè)計者完全不用考慮這些因素。此外由于工藝技術(shù)的限制，模擬電路設(shè)計時應(yīng)盡量少用或不用電阻和電容，特別是高阻值電阻和大容量電容，只有這樣才能提高集成度和降低成本。

在內(nèi)心深處，我仍然認(rèn)為自己是一名模擬工程師。我必須承認(rèn)，我并不總是尊重數(shù)字設(shè)計師，因為我曾經(jīng)相信他們的隊伍中充斥著拉普拉斯變換課程不及格的懶惰工程專業(yè)學(xué)生。畢竟，進(jìn)行數(shù)字設(shè)計有多難?對于 LS7400 與非門，有上千種連接輸入和輸出的方法，但只有一種方法是正確的。使用 LM324 運(yùn)算放大器，還有一千種連接輸入和輸出的方法，而且它們都是正確的!所以我得出結(jié)論，模擬設(shè)計才是真正的工程師所在!

話雖如此，當(dāng)我看到數(shù)字主宰開始吞噬我的模擬電機(jī)控制游樂場時，你可以想象我的沮喪。一座又一座模擬設(shè)計專業(yè)知識的堡壘在無處不在的微處理器的無情攻擊下倒下了。我不可避免地被拖進(jìn)了數(shù)字時代。但一路走來，我開始將微處理器視為朋友而不是敵人。我很快意識到，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計不僅僅是那些無法求解微分方程的工程師的逃避。事實上，從 z 變換的角度來看，設(shè)計數(shù)字控制系統(tǒng)與設(shè)計模擬控制器一樣具有挑戰(zhàn)性(如果不是更難的話)。今天很難想象沒有電機(jī)控制微控制器，因為某些技術(shù)(例如磁場定向控制)在經(jīng)濟(jì)上什至是不可能的。

將微控制器放入電機(jī)控制系統(tǒng)的核心是當(dāng)今相當(dāng)普遍的做法。然而，有一些微妙之處值得一提，我稱之為“數(shù)字控制十誡”。

做好準(zhǔn)備

雖然這在技術(shù)上不是一條誡命，但它確實是一種現(xiàn)象!用不了多久，我們就會依靠計算機(jī)本身來編寫實際的電機(jī)控制代碼。今天，我們使用軟件驅(qū)動程序從軟件的其余部分中抽象出外圍設(shè)備的硬件細(xì)節(jié)。很快，仿真工具將能夠抽象出整個電機(jī)控制軟件的工作!正如我被迫接受一種不同的電機(jī)控制硬件設(shè)計方法一樣，我預(yù)測我們將看到同樣的效果出現(xiàn)在許多軟件工程師身上，他們已經(jīng)習(xí)慣于編寫自己的電機(jī)控制代碼。

持懷疑態(tài)度

您可能聽說過這樣的格言：“您可以在豬身上涂口紅，但它仍然是豬?！? 同樣的陳述適用于基于對控制系統(tǒng)的錯誤解釋的漂亮模擬輸出。仿真技術(shù)已經(jīng)在電機(jī)控制設(shè)計過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，并且這種趨勢將繼續(xù)增加，如上所述。但是，雖然這縮短了設(shè)計過程，但如果您沒有以現(xiàn)實為基礎(chǔ)的參考點(diǎn)來解釋仿真結(jié)果，它也可能很危險。計算機(jī)永遠(yuǎn)不能代替人類的經(jīng)驗或直覺。