2、数字设计基础：从模拟到软件与集成电路

数字设计基础：从模拟到软件与集成电路

1. 数字抽象与噪声容限

在数字设计中，数字抽象的一个重要方面是将一系列模拟值与每个逻辑值（0 或 1）相关联。典型的门电路在输出逻辑 0 时，并不保证有精确的电压电平，而是可能产生一个电压，该电压处于一个范围内，这个范围是其他门输入能保证识别为 0 的范围的子集。这个范围边界之间的差值被称为噪声容限。在实际电路中，门的输出可以被这么多的噪声干扰，但在其他门的输入处仍能被正确解释。

逻辑 1 输出的情况与此类似。在逻辑 0 和逻辑 1 的输入范围之间存在一个“无效”区域。尽管在特定电压和温度下运行的任何给定数字设备在这两个范围之间会有一个相当明确的边界（或阈值），但不同的设备可能有不同的边界。不过，所有正常运行的设备的边界都在“无效”范围内。因此，任何处于 0 和 1 定义范围内的信号，不同的设备都会以相同的方式进行解释，这一特性对于结果的可重复性至关重要。

电子电路设计师的工作是确保逻辑门产生并识别处于适当范围内的逻辑信号，这是一个模拟电路设计问题。由于不可能设计出在电源电压、温度、负载和其他因素的所有可能条件下都具有所需行为的电路，所以电子电路设计师或设备制造商需要提供规格说明，以定义保证正确行为的条件。作为数字设计师，无需深入研究数字设备的详细模拟行为来确保其正确运行，只需检查设备的运行环境，以确定它是否在公布的规格范围内运行。

逻辑值与噪声容限关系图

逻辑值	输出范围	输入范围	噪声容限