剛開(kāi)始學(xué)習(xí)模擬電路?覺(jué)得學(xué)的云里霧里的?覺(jué)得老師講的不好?覺(jué)得教材爛?好了,別找理由了,學(xué)不好應(yīng)該是沒(méi)找到方法,分享3位前輩的經(jīng)驗(yàn)給你,看看前輩們都是怎么成菜鳥(niǎo)變成大牛的。
第一位,資深模擬ic設(shè)計(jì)工程師,知乎用戶(hù)Yike,本著強(qiáng)大的責(zé)任感來(lái)為大家傳道授業(yè)解惑,讓各位看到這篇文字的人學(xué)模電的時(shí)候少走彎路,有更多的時(shí)間踢球把妹聊天喝酒……
知道各位學(xué)業(yè)繁重,趕緊進(jìn)入正題:
我念大學(xué)的時(shí)候,也覺(jué)得模擬電路這門(mén)課,學(xué)得稀里糊涂的。
特別是在玩過(guò)一把CS以后,這種感覺(jué)更加明顯。
這里先要肯定題主是一個(gè)有上進(jìn)心的好孩子。想把模電學(xué)好。
我當(dāng)年感覺(jué)到云里霧里的時(shí)候,根本沒(méi)想過(guò)要學(xué)好模電。我做的事情,就是跟班里學(xué)習(xí)好的同學(xué)搞好關(guān)系。這樣等到期末的時(shí)候,我就能順利地借到筆記,高分就很簡(jiǎn)單了。
所以談到這里,首先第一步是要明確: 什么樣才算”學(xué)好“模擬電路。
如果你的訴求是期末拿到高分而已,那么您不用往下看了。出門(mén)往右電子科技書(shū)屋有歷年的考題和課件。平日里該干嘛干嘛。拿星爺?shù)呐_(tái)詞說(shuō),妞照泡舞照跳。等到期末背一下就行啦。
如果分?jǐn)?shù)不說(shuō)明問(wèn)題。那么怎樣才算學(xué)好模擬電路呢?
問(wèn)一下自己一個(gè)問(wèn)題: 我學(xué)模擬電路可以做什么?
為了設(shè)計(jì)一個(gè)增益為5的放大器嗎?
很多年以后,我回顧我自己大學(xué)那段時(shí)光,終于搞清楚我為什么老是覺(jué)得沒(méi)有學(xué)好模擬電路了。答案其實(shí)很簡(jiǎn)單。我感覺(jué)自己學(xué)了好多東西,但不知道這些東西學(xué)來(lái)干什么。 不知道各位覺(jué)得模電奇奇怪怪的朋友,是不是有類(lèi)似的感覺(jué)。
__模擬電路學(xué)來(lái)干什么? __
我想回答一下這個(gè)問(wèn)題。這是一個(gè)重要的問(wèn)題。很多人有疑問(wèn),現(xiàn)在是一個(gè)數(shù)字時(shí)代,我為什么要學(xué)模擬電路。zhihu里面還有一個(gè)問(wèn)題是“模擬電路設(shè)計(jì)師會(huì)不會(huì)消失掉”
答案是:不會(huì)的。
只要我們還需要跟真實(shí)的世界接觸,那么我們不可避免地就會(huì)需要模擬電路,因此就需要可愛(ài)的模擬電路設(shè)計(jì)師們。
打一個(gè)比方。就拿CPU來(lái)說(shuō)好了。CPU處理的都是數(shù)字信號(hào)。但是它沒(méi)有辦法用數(shù)字電路來(lái)監(jiān)控自己的溫度。這個(gè)接口永遠(yuǎn)會(huì)是一個(gè)模擬接口。
CPU需要的工作電壓要求很精準(zhǔn)。比方說(shuō),就是1V。各位想一想,這個(gè)1V怎么實(shí)現(xiàn)呢? 用數(shù)字電路時(shí)沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)的。
你在你的手機(jī)屏幕上劃了一下,你的手機(jī)怎么能知道你劃了一下呢?
重力感應(yīng)怎么實(shí)現(xiàn)呢?
你離不開(kāi)模擬電路。模擬電路就好像是你的眼睛,耳朵,還有嘴巴,鼻子,手腳一樣。數(shù)字電路就好比你的大腦。只要未來(lái)的世界不會(huì)發(fā)展成直接在大腦上接兩根線,需要的時(shí)候打點(diǎn)兒多巴胺進(jìn)去,這個(gè)世界就需要模擬電路來(lái)完成虛擬世界和真實(shí)世界的接口。
現(xiàn)在可以說(shuō)說(shuō)看,我們是怎么完成這個(gè)接口的。
現(xiàn)在假設(shè)我們要坐一個(gè)電路來(lái)sense你手機(jī)電池的溫度,以免它越來(lái)越高,最后在你正在跟妹子聊天的時(shí)候爆了。毀容是小,還得花錢(qián)重新買(mǎi)一個(gè)手機(jī)。
負(fù)責(zé)外圍應(yīng)用的工程師很貼心地給了你一個(gè)熱敏電阻。電阻的阻值會(huì)隨著溫度的上升而不斷減小。他希望你能做一件事兒,就是當(dāng)溫度高過(guò)一定值的時(shí)候,給一個(gè)幅度為3V的數(shù)字信號(hào)出來(lái),讓系統(tǒng)能關(guān)掉電池。
我們需要什么東西呢? 首先我們需要一個(gè)電源。沒(méi)有電源,什么東西都沒(méi)辦法工作。
電源需要怎么做呢?直接從電池來(lái)拿電或許是個(gè)好方法,可是輸出電壓的幅度有限制,怎么辦呢?
有了,做一個(gè)local的3V電源吧。電源的要求是什么??jī)?nèi)阻越低越好。什么樣的電路能夠給出一個(gè)低的輸出內(nèi)阻呢? 電壓-電壓反饋運(yùn)放。
所以第一個(gè)需要的block是一個(gè)運(yùn)放。
(題外話(huà): 在分立器件的時(shí)代,我們可以買(mǎi)一個(gè)運(yùn)放。
如果題主想做的是芯片級(jí)的設(shè)計(jì),那么我們需要選取合適的器件,把這個(gè)運(yùn)放做在芯片上面。)
好吧,運(yùn)放是有了,可是沒(méi)有基準(zhǔn)電壓,運(yùn)放怎么才能輸出一個(gè)恰好3V的電壓呢?
第二個(gè)需要的block是一個(gè)基準(zhǔn)電壓源。
(在分立器件時(shí)代,我們可以買(mǎi)一個(gè)基準(zhǔn)電壓源,題主如果想做芯片級(jí)的設(shè)計(jì),那么我們需要在芯片上面做一個(gè)基準(zhǔn)電壓。目前幾乎所有的基準(zhǔn)電壓,都是依靠硅本身的能帶來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以叫做帶隙基準(zhǔn)。約為1.2V。實(shí)現(xiàn)帶隙基準(zhǔn)的過(guò)程,不會(huì)是開(kāi)環(huán)實(shí)現(xiàn)的,是閉環(huán)的過(guò)程。需要經(jīng)行環(huán)路分析,穩(wěn)定性分析,失配分析。)
現(xiàn)在,你把1.2V的電壓源得到了,然后做了一個(gè)1.2:1.8阻值的電阻作為反饋電阻,使用運(yùn)放得到了一個(gè)3V的電源電壓。你使用環(huán)路穩(wěn)定性分析方法分析知道環(huán)路是穩(wěn)定的。算一算電路的輸出電阻,知道大概這個(gè)電路有多少電流輸出能力,能帶多少負(fù)載。還不錯(cuò),你覺(jué)得。虛短路虛斷路的分析方法挺靠譜的。
緊接著就是真正有用的部分了。你需要一個(gè)比較器,來(lái)把熱敏電阻與非熱敏電阻的分壓與一個(gè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。那么就用一個(gè)比較器吧。
(分立器件時(shí)代,你可以買(mǎi)一個(gè)比較器,想在單片上做完,那么就自己設(shè)計(jì)一個(gè)比較器吧。自己設(shè)計(jì)的比較器往往不那么理想。沒(méi)有全電壓輸出范圍,也沒(méi)有全電壓輸出范圍。 增益也可能只有60個(gè)dB。但是你一看參數(shù)要求,夠啦,60dB就60dB吧,總比沒(méi)有好。)
好了。你完成了設(shè)計(jì)。
以上只是舉了一個(gè)簡(jiǎn)單例子。實(shí)際遇到的模擬電路系統(tǒng)遠(yuǎn)比這個(gè)小系統(tǒng)復(fù)雜的多。市場(chǎng)的要求也越來(lái)越變態(tài)。誰(shuí)叫有那么多聰明的人在設(shè)計(jì)模擬電路呢。
所以設(shè)計(jì)模擬電路的人,都在嘔心瀝血。窮其心智去滿(mǎn)足各種不合理的要求,達(dá)到許多不合理的標(biāo)準(zhǔn)。
不過(guò)對(duì)題主來(lái)說(shuō),這些都是后話(huà)了。
題主假如希望做模擬設(shè)計(jì)這方面的工作,那么按照上面所寫(xiě)的這個(gè)小小的例子,可以看出來(lái)有多少科目需要學(xué)么?
模擬電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
信號(hào)與系統(tǒng)
反饋理論/補(bǔ)償理論
如果題主想做的是模擬IC設(shè)計(jì),你還需要學(xué)習(xí)以下科目:
半導(dǎo)體工藝技術(shù)
半導(dǎo)體器件原理
概率統(tǒng)計(jì)知識(shí)
模擬IC設(shè)計(jì)。
其中,模擬IC設(shè)計(jì)包括:
小信號(hào)分析
放大器的線性建模
基準(zhǔn)設(shè)計(jì)
ESD保護(hù)
版圖設(shè)計(jì)
寄生效應(yīng)
失效分析
噪聲
太TM多的省略號(hào)
希望回答能讓題主滿(mǎn)意,或者幫助更多的年輕EE們。
評(píng)論