搞定模拟电路居然那么简单！？

巧学模电数电单片机 2024-06-21 13:14

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众所周知，模拟电路难学，以最普遍的晶体管来说，我们分析它的时候必须首先分析直流偏置，其次在分析交流输出电压。

可以说，确定工作点就是一项相当麻烦的工作（实际中来说），晶体管的参数多、参数的离散性也较大。

但值得我们注意的是，模拟电路构建了电子行业的基础，至今为止，电子技术已经发展到如此高的水平。

但如果我们观察各种电子电路的发展，我们会发现：几乎所有的电子技术都离不开放大技术。即使是数字芯片内部，其基本单元都是互补型源极接地放大电路。模拟电子技术的重要性时不我待。

模拟电路最关键就是要多学多做，这里主要谈谈学习模拟电路要求的四个知识部分，要成为模拟电路的设计者，我们必须掌握其最基本的以下四个组成部分：

1.晶体管元件的设计

它是指半导体工程学方面的知识，任何设计的IC芯片都将最终回归于它，一般都是从薛定谔波动方程式开始引出的（比较复杂），但与实际具体设计电路直接联系不大，而我们又不能缺少这部分，是理论基础。

2.晶体管电路的设计

要从事模拟电路设计事实上必须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，通一个就行，同时要注意多想多动手。

时间长了自然能掌握晶体管电路的设计技术，这里面的学习，我们就开始掌握经验。

晶体管、FET是构建整个电路的基础，这里学通了，诸多IC的原理图就很直观了。

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通大半部分。关键是试验、动手。

第一，是会手算，意思是说pensile-to-paper，电路其实应该手算的，仿真只是证明手算的结果。

第二，算后要思考，把电路变成一个直观的东西。

第三，就是创造电路。

芯片设计最终一定要走向系统，这个是芯片设计的第四重境界。电路如同砖瓦，系统如同大厦。芯片设计工程师一定要从系统角度考虑问题，否则就是只见树木，不见森林。

电源芯片中，放大器、比较器都是最最普通的，其难点在于对系统的透彻理解。产品和学术是两片天地，学术可以天马行空，做出一个样品就OK了。产品开发是一个系统工程，牵涉到方方面面的工作。

模拟电路设计经验总结

模拟电路的设计是工程师们最头疼、但也是最致命的设计部分，尽管目前数字电路、大规模集成电路的发展非常迅猛，但是模拟电路的设计仍是不可避免的，有时也是数字电路无法取代的，例如RF射频电路的设计。

这里将模拟电路设计中应该注意的问题总结如下，有些纯属经验之谈，还望大家多多补充，多多批评指正。

为了获得具有良好稳定性的反馈电路，通常要求在反馈环外面使用一个小电阻或扼流圈给容性负载提供一个缓冲。
积分反馈电路通常需要一个小电阻（约560欧）与每个大于10pF的积分电容串联。
在反馈环外不要使用主动电路进行滤波或控制EMC的RF带宽，而只能使用被动元件（最好为RC电路）。仅仅在运放的开环增益比闭环增益大的频率下，积分反馈方法才有效。在更高的频率下，积分电路不能控制频率响应。
为了获得一个稳定的线性电路，所有连接必须使用被动滤波器或其他抑制方法（如光电隔离）进行保护。
使用EMC滤波器，并且与IC相关的滤波器都应该和本地的0V参考平面连接。
在外部电缆的连接处应该放置输入输出滤波器，任何在没有屏蔽系统内部的导线连接处都需要滤波，因为存在天线效应。另外，在具有数字信号处理或开关模式的变换器的屏蔽系统内部的导线连接处也需要滤波。
在模拟IC的电源和地参考引脚需要高质量的RF去耦，这一点与数字IC一样。但是模拟IC通常需要低频的电源去耦，因为模拟元件的电源噪声抑制比（PSRR）在高于1KHz后增加很少。在每个运放、比较器和数据转换器的模拟电源走线上都应该使用RC或LC滤波。电源滤波器的拐角频率应该对器件的PSRR拐角频率和斜率进行补偿，从而在整个工作频率范围内获得所期望的PSRR 。
对于高速模拟信号，根据其连接长度和通信的最高频率，传输线技术是必需的。即使是低频信号，使用传输线技术也可以改善其抗干扰性，但是没有正确匹配的传输线将会产生天线效应。
避免使用高阻抗的输入或输出，它们对于电场是非常敏感的。
由于大部分的辐射是由共模电压和电流产生的，并且因为大部分环境的电磁干扰都是共模问题产生的，因此在模拟电路中使用平衡的发送和接收（差分模式）技术将具有很好的EMC效果，而且可以减少串扰。平衡电路（差分电路）驱动不会使用0V参考系统作为返回电流回路，因此可以避免大的电流环路，从而减少RF辐射。
比较器必须具有滞后（正反馈），以防止因为噪声和干扰而产生的错误的输出变换，也可以防止在断路点产生振荡。不要使用比需要速度更快的比较器（将dV/dt保持在满足要求的范围内，尽可能低）。
有些模拟IC本身对射频场特别的敏感，因此常常需要使用一个安装在PCB上，并且与PCB的地平面相连接的小金属屏蔽盒，对这样的模拟元件进行屏蔽。注意，要保证其散热条件。