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(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(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(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： 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(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(lái)有多少科目需要學(xué)么？

 

 

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：

 

 

其中，模擬IC設(shè)計(jì)包括：

 

 

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(guò)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(tīng)起來(lái)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(guò)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(méi)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(méi)有興趣, 并且也自我感覺(jué)培養(yǎng)不出興趣的話, 也是盡早改行為佳, 因?yàn)槿绻麤](méi)有興趣, 不去思考, 腦袋里面留下的東西只會(huì)越來(lái)越蕪雜, 對(duì)工作的提高并無(wú)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(lái)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(méi)有跑偏傾向, 可以用 @Chris Xia 的語(yǔ)言學(xué)民科偏見(jiàn)大全來(lái)自測(cè)——因?yàn)檎Z(yǔ)言是大家從小每天接觸的東西, 你在"自發(fā)的語(yǔ)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(guò)多, 并且看完之后還堅(jiān)持自己的偏見(jiàn), 那么可以考慮先吃點(diǎn)被門夾過(guò)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(kāi)說(shuō)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(ài)好或職業(yè)的覺(jué)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):

 

1.模擬電路處理的量來(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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).

 

2.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(lái)說(shuō), 任務(wù)要求攻城獅設(shè)計(jì)一個(gè)220V轉(zhuǎn)5V的開(kāi)關(guān)電源, OK, 很多半導(dǎo)體廠家都有用于隔離開(kāi)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(lái)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.

 

3.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):

 

    1.通曉電路分析的方法, 掌握至少一種仿真軟件的使用方法.

 

    2.掌握閱讀元器件數(shù)據(jù)手冊(cè)的方法.

 

    3.多動(dòng)手實(shí)驗(yàn).

 

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

 

    5.掌握設(shè)計(jì)電源的技能.

 

    6.了解熱設(shè)計(jì)的內(nèi)容.

 

    7.關(guān)于排故技能.

 

以上兩位還不夠么，再來(lái)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(wú)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(ài)好中，愛(ài)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(wú)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(ài)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 】