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模拟设计为什么那么难学?

发布时间:2023-03-15

来源:IC修真院

众所周知,要学模拟就去看拉扎维,但很多同学会发现根本就啃不动拉扎维的《模拟CMOS集成电路设计》。

为什么模拟电路那么难学?

为什么学了数电模电还是看不懂电路?

为什么大家都劝学习模拟的我保护发际线?

还有同学说:“老师讲了第一遍听不懂,讲了第二遍还是不懂,第三遍还是不懂……”

模电有多难这件事可见一斑。

知识庞杂且抽象

模电本身就是一个非常复杂的学科,内容庞杂、概念性强且分析方法多。

在学模电之前,最起码要先学过半导体基础、电路原理、信号与系统、电路分析、电子电路这些基础知识。

正式学习模电,一定避不开PN结、二极管、三极管及其放大电路、MOS管及其放大电路。

再进一步,必须要学频率响应、反馈、运算放大器、滤波器、信号发生器、功率放大电路、直流稳压电源等。

学习了这些内容的原理特点和使用方法之后,你又会发现电路形式是各种各样千变万化的,很多参数计算分析是复杂难懂且抽象的……

因为学习模拟IC难的不是对知识的记忆,而是对知识的理解和运用。

模拟电路有很多的抽象概念,而且经常与直觉相悖,单纯学习理论是没有办法直观理解概念的。

需要理论实践相结合

随着集成电路的发展,理论模型无法精准表征电路的工作状态,设计对于仿真的依赖度也更加强烈,这时就需要在仿真软件使用和焊接板子中亲身体验学习。

但受到过往教学特点和教材的影响以及硬件设施的限制,就会存在为了考试而学、为了学而死记硬背的情况。即使有一些实验的机会,可能部分同学也并不会特别在意,从而导致形式大于意义。

不过,近些年高校也正在大力发展集成电路学科,通过课程改革、校企合作等各类措施改善这类问题,更好地推进产教融合。

设计流程更复杂

众所周知,模拟IC和数字IC是一组相对概念,二者就设计流程来说也是有所区分的:


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数字 IC 的设计是基于电路的语言描述来进行电路的功能和时序仿真,采用自动综合和自动布局/布线的方式来实现电路的逻辑和版图, 后仿真主要是针对电路的时序来进行。

而模拟 IC 则是基于器件级的仿真来进行电路的功能和性能设计,并采用人工或网表驱动的布局/布线方式来完成电路的版图设计,后仿真重点要解决的问题是寄生效应对电路性能指标的影响。

就电路设计的难易程度来说,模拟电路设计的难度是大于数字电路的。因为模拟电路设计环节的自动化程度不高,需要进行整体规划和大量手工运算,比较依赖设计者的知识储备和经验积累,这就要求设计人员具备更高的技术水平和能力。

如何成为模拟电路设计者?

如果想成为模拟电路的设计者,至少要掌握这四个板块的内容:

1. 晶体管元件的设计

晶体管元件指半导体工程学方面的知识,任何设计的芯片都将终回归于它,一般都是从薛定谔波动方程式开始引出的,虽然与实际具体设计电路直接联系不大,但作为一个成熟的模拟设计工程师,理论基础是必不可少的。

2. 晶体管电路的设计

要从事模拟电路设计,必须扎实掌握晶体管电路的基本知识,推荐一边学习一边实验、仿真,PSPICE之类的都可以,能理解一个就行,同时要注意多想多动手。

做得多了,自然就能掌握晶体管的设计知识了,从这里就需要储备动手的经验,晶体管、FET是构成整个电路的基础,这里理解了,其他更多IC的原理图也就一目了然了。

3. 功能模块的设计

功能模块主要以各种各样的运放为基础,包括AD、DA、PLL、稳压源等等,它们都主要是由晶体管构成的,功能模块设计工程中都会将元器件适当的理想化。

这部分的学习是十分重要的,一般都是从这里开始学习模拟电路,这部分相对来说比较易懂,也是模拟电路学习的切入点。

4. 系统设计

这部分就需要相当的高度,需要考虑方方面面。

其实,说实在的,真正做过一两块片子就差不多能理解大半部分。关键是试验、动手。

模拟IC确实很难且不适合自学,但它也并非真的是“玄学”,也不需要“惧怕”它。我们需要正确认识模拟电路,把基础的知识和原理先搞明白,多思考、多实践。最后,建议各位还在读的同学请务必珍惜机会,毕竟能系统学习理论知识,还能参加实验/实训/竞赛真的非常难得。如果是已经毕业或没机会再上课的同学,也欢迎了解IC修真院的模拟设计课程。

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