Цифровая схема (Digital Circuit) — это электронная схема, предназначенная для обработки дискретных сигналов. Такие схемы оперируют с информацией, представленной в двоичном коде (логический «0» и логическая «1»), соответствующим определённым диапазонам напряжений. Основу цифровых схем составляют логические элементы (И, ИЛИ, НЕ, триггеры), реализованные на базе транзисторов и объединённые для выполнения конкретных функций (счёт, сравнение, хранение данных, арифметические операции).
Принцип работы и базовые элементы
Работа схемы основана на переключении транзисторов между состояниями отсечки и насыщения, что соответствует уровням напряжения, определённым стандартами логических семейств (например, TTL: 0–0.8 В для «0», 2–5 В для «1»; CMOS: 0–⅓ Vdd для «0», ⅔ Vdd–Vdd для «1»). Ключевыми характеристиками являются быстродействие (задержка распространения), потребляемая мощность и помехоустойчивость.
Реализация и применение
Современные цифровые схемы реализуются в виде интегральных микросхем различной степени интеграции: от простых логических микросхем малой степени интеграции (74-я серия) до сложнейших систем на кристалле (SoC), содержащих миллиарды транзисторов. Они составляют основу процессоров, микроконтроллеров, программируемых логических интегральных схем (ПЛИС, FPGA), памяти (RAM, ROM) и цифровых сигнальных процессоров (DSP). Цифровые схемы применяются во всех видах электронного оборудования: от компьютеров и смартфонов до промышленных контроллеров и автомобильных систем.
Особенности для производства
При сборке модулей необходимо обеспечить качество пайки выводов и стабильность питания цифровых микросхем. Дефекты пайки или недостаточная развязка цепей питания могут приводить к ошибкам в работе или полному отказу схемы, что выявляется при функциональном тестировании.
Источники: Фундаментальные учебники по цифровой схемотехнике, спецификации логических семейств (TTL, CMOS) от производителей (Texas Instruments, ON Semiconductor), ГОСТ Р 57441-2017 (термины для интегральных схем).