剛開始學習模擬電路?覺得學的云里霧里的?覺得老師講的不好?覺得教材爛?好了,別找理由了,學不好應該是沒找到方法,分享3位前輩的經驗給你,看看前輩們都是怎么成菜鳥變成大牛的。
第一位,資深模擬ic設計工程師,知乎用戶Yike,本著強大的責任感來為大家傳道授業解惑,讓各位看到這篇文字的人學模電的時候少走彎路,有更多的時間踢球把妹聊天喝酒……
知道各位學業繁重,趕緊進入正題:
我念大學的時候,也覺得模擬電路這門課,學得稀里糊涂的。
特別是在玩過一把CS以后,這種感覺更加明顯。
這里先要肯定題主是一個有上進心的好孩子。想把模電學好。
我當年感覺到云里霧里的時候,根本沒想過要學好模電。我做的事情,就是跟班里學習好的同學搞好關系。這樣等到期末的時候,我就能順利地借到筆記,高分就很簡單了。
所以談到這里,首先第一步是要明確: 什么樣才算”學好“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。出門往右電子科技書屋有歷年的考題和課件。平日里該干嘛干嘛。拿星爺的臺詞說,妞照泡舞照跳。等到期末背一下就行啦。
如果分數不說明問題。那么怎樣才算學好模擬電路呢?
問一下自己一個問題: 我學模擬電路可以做什么?
為了設計一個增益為5的放大器嗎?
很多年以后,我回顧我自己大學那段時光,終于搞清楚我為什么老是覺得沒有學好模擬電路了。答案其實很簡單。我感覺自己學了好多東西,但不知道這些東西學來干什么。 不知道各位覺得模電奇奇怪怪的朋友,是不是有類似的感覺。
__模擬電路學來干什么? __
我想回答一下這個問題。這是一個重要的問題。很多人有疑問,現在是一個數字時代,我為什么要學模擬電路。zhihu里面還有一個問題是“模擬電路設計師會不會消失掉”
答案是:不會的。
只要我們還需要跟真實的世界接觸,那么我們不可避免地就會需要模擬電路,因此就需要可愛的模擬電路設計師們。
打一個比方。就拿CPU來說好了。CPU處理的都是數字信號。但是它沒有辦法用數字電路來監控自己的溫度。這個接口永遠會是一個模擬接口。
CPU需要的工作電壓要求很精準。比方說,就是1V。各位想一想,這個1V怎么實現呢? 用數字電路時沒有辦法實現的。
你在你的手機屏幕上劃了一下,你的手機怎么能知道你劃了一下呢?
重力感應怎么實現呢?
你離不開模擬電路。模擬電路就好像是你的眼睛,耳朵,還有嘴巴,鼻子,手腳一樣。數字電路就好比你的大腦。只要未來的世界不會發展成直接在大腦上接兩根線,需要的時候打點兒多巴胺進去,這個世界就需要模擬電路來完成虛擬世界和真實世界的接口。
現在可以說說看,我們是怎么完成這個接口的。
現在假設我們要坐一個電路來sense你手機電池的溫度,以免它越來越高,最后在你正在跟妹子聊天的時候爆了。毀容是小,還得花錢重新買一個手機。
負責外圍應用的工程師很貼心地給了你一個熱敏電阻。電阻的阻值會隨著溫度的上升而不斷減小。他希望你能做一件事兒,就是當溫度高過一定值的時候,給一個幅度為3V的數字信號出來,讓系統能關掉電池。
我們需要什么東西呢? 首先我們需要一個電源。沒有電源,什么東西都沒辦法工作。
電源需要怎么做呢?直接從電池來拿電或許是個好方法,可是輸出電壓的幅度有限制,怎么辦呢?
有了,做一個local的3V電源吧。電源的要求是什么?內阻越低越好。什么樣的電路能夠給出一個低的輸出內阻呢? 電壓-電壓反饋運放。
所以第一個需要的block是一個運放。
(題外話: 在分立器件的時代,我們可以買一個運放。
如果題主想做的是芯片級的設計,那么我們需要選取合適的器件,把這個運放做在芯片上面。)
好吧,運放是有了,可是沒有基準電壓,運放怎么才能輸出一個恰好3V的電壓呢?
第二個需要的block是一個基準電壓源。
(在分立器件時代,我們可以買一個基準電壓源,題主如果想做芯片級的設計,那么我們需要在芯片上面做一個基準電壓。目前幾乎所有的基準電壓,都是依靠硅本身的能帶來實現的。所以叫做帶隙基準。約為1.2V。實現帶隙基準的過程,不會是開環實現的,是閉環的過程。需要經行環路分析,穩定性分析,失配分析。)
現在,你把1.2V的電壓源得到了,然后做了一個1.2:1.8阻值的電阻作為反饋電阻,使用運放得到了一個3V的電源電壓。你使用環路穩定性分析方法分析知道環路是穩定的。算一算電路的輸出電阻,知道大概這個電路有多少電流輸出能力,能帶多少負載。還不錯,你覺得。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。你需要一個比較器,來把熱敏電阻與非熱敏電阻的分壓與一個基準電壓進行比較。那么就用一個比較器吧。
(分立器件時代,你可以買一個比較器,想在單片上做完,那么就自己設計一個比較器吧。自己設計的比較器往往不那么理想。沒有全電壓輸出范圍,也沒有全電壓輸出范圍。 增益也可能只有60個dB。但是你一看參數要求,夠啦,60dB就60dB吧,總比沒有好。)
好了。你完成了設計。
以上只是舉了一個簡單例子。實際遇到的模擬電路系統遠比這個小系統復雜的多。市場的要求也越來越變態。誰叫有那么多聰明的人在設計模擬電路呢。
所以設計模擬電路的人,都在嘔心瀝血。窮其心智去滿足各種不合理的要求,達到許多不合理的標準。
不過對題主來說,這些都是后話了。
題主假如希望做模擬設計這方面的工作,那么按照上面所寫的這個小小的例子,可以看出來有多少科目需要學么?
模擬電路設計基礎
信號與系統
反饋理論/補償理論
如果題主想做的是模擬IC設計,你還需要學習以下科目:
半導體工藝技術
半導體器件原理
概率統計知識
模擬IC設計。
其中,模擬IC設計包括:
小信號分析
放大器的線性建模
基準設計
ESD保護
版圖設計
寄生效應
失效分析
噪聲
太TM多的省略號
希望回答能讓題主滿意,或者幫助更多的年輕EE們。
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