如何從模擬電路菜鳥變大牛 三位前輩如是說

剛開始學(xué)習(xí)模擬電路？覺得學(xué)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(xué)不好應(yīng)該是沒找到方法，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變成大牛的。

第一位，資深模擬ic設(shè)計(jì)工程師，知乎用戶Yike，本著強(qiáng)大的責(zé)任感來為大家傳道授業(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，也覺得模擬電路這門課，學(xué)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(gè)有上進(jìn)心的好孩子。想把模電學(xué)好。

我當(dāng)年感覺到云里霧里的時(shí)候，根本沒想過要學(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?shù)呐_(tái)詞說，妞照泡舞照跳。等到期末背一下就行啦。

如果分?jǐn)?shù)不說明問題。那么怎樣才算學(xué)好模擬電路呢？

問一下自己一個(gè)問題： 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得沒有學(xué)好模擬電路了。答案其實(shí)很簡(jiǎn)單。我感覺自己學(xué)了好多東西，但不知道這些東西學(xué)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(xué)來干什么？ __

我想回答一下這個(gè)問題。這是一個(gè)重要的問題。很多人有疑問，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，因此就需要可愛的模擬電路設(shè)計(jì)師們。

打一個(gè)比方。就拿CPU來說好了。CPU處理的都是數(shù)字信號(hào)。但是它沒有辦法用數(shù)字電路來監(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，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完成虛擬世界和真實(shí)世界的接口。

現(xiàn)在可以說說看，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sense你手機(jī)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(shí)候爆了。毀容是小，還得花錢重新買一個(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)溫度高過一定值的時(shí)候，給一個(gè)幅度為3V的數(shù)字信號(hào)出來，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(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： 在分立器件的時(shí)代，我們可以買一個(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)的過程，不會(huì)是開環(huán)實(shí)現(xiàn)的，是閉環(huán)的過程。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(gè)dB。但是你一看參數(shù)要求，夠啦，60dB就60dB吧，總比沒有好。）

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)的要求也越來越變態(tài)。誰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。窮其心智去滿足各種不合理的要求，達(dá)到許多不合理的標(biāo)準(zhǔn)。

不過對(duì)題主來說，這些都是后話了。

題主假如希望做模擬設(shè)計(jì)這方面的工作，那么按照上面所寫的這個(gè)小小的例子，可以看出來有多少科目需要學(xué)么？

電路分析

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

振蕩器

太TM多的省略號(hào)

希望回答能讓題主滿意，或者幫助更多的年輕EE們。

以上回答是針對(duì)模擬集成電路設(shè)計(jì)的，下面這位知乎用戶Tariel重點(diǎn)關(guān)注針對(duì)信號(hào)鏈設(shè)計(jì)：

（下面的內(nèi)容主要針對(duì)信號(hào)鏈設(shè)計(jì)， 即已知應(yīng)用需求， 在與現(xiàn)實(shí)世界的接口（傳感器/執(zhí)行器）、信號(hào)調(diào)理電路/執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電路、ADC、數(shù)字域器件之間分配指標(biāo)， 并對(duì)模擬部分進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程。）

首先跟大家灌點(diǎn)兒心靈雞湯： 怎樣不去學(xué)模擬電路。

有經(jīng)濟(jì)壓力的不要去學(xué)模擬電路， 尤其是有在京滬穗等一線城市還房貸壓力的。 雖然模擬電路聽起來很高洋上， 被大家認(rèn)為是黑科技， 但是這一行市場(chǎng)實(shí)在過小， 分得也太細(xì)， 指望它賺錢， 隨機(jī)性太大; 而且在這一行里， 頻繁跳槽其實(shí)對(duì)水平的提高不利。 所以如果有經(jīng)濟(jì)壓力， 請(qǐng)考慮盡早轉(zhuǎn)向目前風(fēng)險(xiǎn)最低的勞動(dòng)致富方法——當(dāng)碼農(nóng)。 當(dāng)然如果能承擔(dān)得起創(chuàng)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)， 參與到目前很火的智能硬件行業(yè)里去也是不錯(cuò)的。

沒興趣的不要去學(xué)模擬電路。 搞模擬電路需要大量的時(shí)間和持續(xù)的心情， 如果對(duì)這項(xiàng)工作沒有興趣， 并且也自我感覺培養(yǎng)不出興趣的話， 也是盡早改行為佳， 因?yàn)槿绻麤]有興趣， 不去思考， 腦袋里面留下的東西只會(huì)越來越蕪雜， 對(duì)工作的提高并無幫助。

不會(huì)動(dòng)手， 或者不想動(dòng)手的不要去學(xué)模擬電路。 搞數(shù)字電路的時(shí)候， 設(shè)計(jì)工程師可以只畫原理圖， 把下游的東西（布局布線乃至工藝上的事情）都扔給別人， 但是搞模擬電路要求設(shè)計(jì)工程師必須親自動(dòng)手搭建原型、診斷故障， 大部分情況下只靠仿真是不夠的。 所以如果不知道烙鐵拿哪頭， 或者怕拿烙鐵， 或者不屑于拿烙鐵， 請(qǐng)盡早改行; 如果焊出來的東西跟豆腐渣一樣的話， 在排除烙鐵故障和使用了劣質(zhì)焊錫的情況之后， 也請(qǐng)盡早改行。

腦袋不好使， 邏輯能力不夠的; 或者腦袋有跑偏傾向的， 不要去學(xué)模擬電路。 當(dāng)然如果腦袋不好使， 那么不光模擬電路， 數(shù)字電路也搞不好， 寫碼也寫不好， 其他工程技術(shù)工作應(yīng)該也干不好， 還是趁早別當(dāng)工程師了比較好。 至于腦袋有沒有跑偏傾向， 可以用 @Chris Xia 的語言學(xué)民科偏見大全來自測(cè)——因?yàn)檎Z言是大家從小每天接觸的東西， 你在“自發(fā)的語言研究”上腦子跑得越偏， 進(jìn)入專業(yè)領(lǐng)域之后腦子跑偏的傾向也越大。 如果看了剛才那個(gè)膝蓋中箭數(shù)過多， 并且看完之后還堅(jiān)持自己的偏見， 那么可以考慮先吃點(diǎn)被門夾過的核桃補(bǔ)補(bǔ)腦。

有把工作臺(tái)收拾得特別整潔的癖好的， 不適合搞模擬電路。 這一點(diǎn)不展開說了， 貼一張圖（Jim Williams主編的書 Analog Circuit Design： Art， Science and PersonaliTIes 的封面）：

如果面對(duì)這樣的工作臺(tái)有不適感， 那么也趁早改行為好。 當(dāng)然跟前面幾點(diǎn)相比， 這一點(diǎn)是比較容易克服的。。.

喝完了心靈雞湯， 大家活著的還有多少？ 恭喜活著看到了這兒的同學(xué)， 我是不是可以認(rèn)為你們已經(jīng)有了學(xué)好模擬電路， 并以此作為愛好或職業(yè)的覺悟？ 那么我們就回到正題——怎樣學(xué)好模擬電路。

不完全地總結(jié)一下， 模擬電路設(shè)計(jì)大概有這么幾個(gè)不同于其他工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域， 尤其是不同于數(shù)字電路設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：

模擬電路處理的量來自現(xiàn)實(shí)世界， 因此模擬電路的輸入中， 既包含與設(shè)計(jì)相關(guān)的信號(hào)， 也包含與設(shè)計(jì)不相關(guān)的信號(hào)。 比如設(shè)計(jì)一個(gè)心電圖機(jī)， 電極采集進(jìn)來的除了需要處理的心電信號(hào)本身， 還包含電極的極化電位（直流）， 從電源感應(yīng)來的50Hz干擾等等， 而這些不相關(guān)的信號(hào)往往要比需要處理的信號(hào)強(qiáng)很多。 因此， 攻城獅需要分析信號(hào)的特點(diǎn)（如心電信號(hào)、極化電位、50Hz干擾所占的頻率范圍不同; 50Hz干擾屬于共模信號(hào)， 而心電信號(hào)屬于差分信號(hào)等）， 并設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路， 來提取出需要處理的信號(hào)， 抑制與設(shè)計(jì)不相關(guān)的信號(hào)（比如設(shè)計(jì)合適的濾波器濾除帶外干擾， 用差分輸入的儀表放大器消除共模干擾等）。

理論分析和仿真時(shí)忽略的因素， 在實(shí)際的電路中可能產(chǎn)生很大的影響， 甚至是決定性的影響。電路原理圖只能反映元器件之間的連接情況， 是拓?fù)涞? 而實(shí)際的電路是物理的。 這也是課本上講的內(nèi)容和實(shí)際的電路的最大差別。 舉例來說， 任務(wù)要求攻城獅設(shè)計(jì)一個(gè)220V轉(zhuǎn)5V的開關(guān)電源， OK， 很多半導(dǎo)體廠家都有用于隔離開關(guān)電源的控制器， 只要看數(shù)據(jù)手冊(cè)里面給的參考設(shè)計(jì)， 根據(jù)計(jì)算更改幾個(gè)反饋元件的量值， 是不是就可以了呢？ 這樣做出來的東西， 倒是大都可以工作; 但是也只是可以工作——事實(shí)上印制板布圖的不同， 能夠嚴(yán)重影響輸出紋波的大小。 甚至在很多情況下（如進(jìn)行射頻設(shè)計(jì)時(shí)）， 印制板的分布參數(shù)也會(huì)作為電路中的元件使用。

模擬電路設(shè)計(jì)中充滿著技術(shù)指標(biāo)、功耗、成本等各種約束， 而這些約束往往不能同時(shí)滿足， 甚至?xí)ハ鄾_突。 比如設(shè)計(jì)便攜式心電圖機(jī)時(shí)， 考慮到對(duì)功耗的嚴(yán)格限制和直接使用系統(tǒng)提供的電源的方便性， 會(huì)傾向于使用低壓?jiǎn)坞娫垂╇? 而考慮到共模抑制比和動(dòng)態(tài)范圍的要求， 又會(huì)傾向于使用雙電源供電。 在這些約束之間妥協(xié)和折衷并作出取舍， 貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)的始終。

那么想要從事模擬電路設(shè)計(jì)， 需要做些什么呢？ 下面是一個(gè)不完全的列表（詳細(xì)內(nèi)容待補(bǔ)充）：

通曉電路分析的方法， 掌握至少一種仿真軟件的使用方法。

掌握閱讀元器件數(shù)據(jù)手冊(cè)的方法。

多動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。

及時(shí)整理自己獲得的結(jié)果， 尤其是負(fù)面結(jié)果。

掌握設(shè)計(jì)電源的技能。

了解熱設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

關(guān)于排故技能。

以上兩位還不夠么，再來一個(gè)，這位知乎用戶李瑄給你推薦了一個(gè)很好用的免費(fèi)小軟件：強(qiáng)烈的興趣將是你模擬電路學(xué)習(xí)之路的不滅動(dòng)力。業(yè)余無線電？音頻功放？?jī)x器工具發(fā)燒友？…許多大師都是從小時(shí)候的業(yè)余愛好中，愛上模擬設(shè)計(jì)的。

模擬電路設(shè)計(jì) = 系統(tǒng)設(shè)計(jì)（精髓是反饋） +電路分析（數(shù)學(xué)方法的圖形化理解） +有源/無源器件各種特性的利用（了解器件的各項(xiàng)實(shí)際特性）

具體到學(xué)習(xí)上： 1、U-I這類圖解法的嫻熟應(yīng)用，結(jié)合各種器件的特性曲線，對(duì)電路的理解有極大幫助，促進(jìn)直觀理解。 2、疊加原理、戴維寧等效這些方法多去嘗試使用。 （上面2條其實(shí)都需要一個(gè)良好的電路分析的基礎(chǔ)）

3、不要記太多公式，注意合理近似和直觀理解公式的意義。 4、模擬設(shè)計(jì)的精華——反饋，好好吃透，積累技巧，建議用純晶體管制作AGC電路、穩(wěn)壓電源以便加深理解。 5、這是一門工程學(xué)科，需要大量的實(shí)踐，以糾正自己理解上的偏頗。

強(qiáng)烈推薦：如果實(shí)驗(yàn)條件不足，推薦用 LTspice 仿真，小巧的免費(fèi)軟件，操作方便，愛不釋手！

素材整理于知乎，感謝作者：Yike，Tariel，李瑄，僅為學(xué)習(xí)交流，版權(quán)歸作者所有