Milstein

類比電路設計雜談


    在類比電路設計的領域裡，尤其是我們公司的產品是電源管理IC，所使用
的是幾乎純類比的電路，經驗的累積是非常重要的。因為類比的特性需要實際
的量測數據來驗證，而非數位電路般，至少在模擬時就可以驗證訊號處理是否
正確，不過，實際的晶片量測則無疑的仍取決於電路設計的優寡或者元件特性
模型的可信度。如果數位電路並未使用特別邊際的情況，如挑戰元件的高頻模
型可信度，或者是用還不成熟的微小製程，其信號頂多是頻率上或有未達需求
的可能，但運算功能則應該不會有誤，這是在程式模擬時，方法論正確與否的
問題，而非數位電路設計的問題。而類比訊號，既是處理線性訊號，對於誤差
的容許就嚴苛許多。高於4V以上，4.1V，4.2V，6.1V，數位電路都直接拚定為
"1"即可，但在類比電路中，所代表的意義則是不同的supplypower，能提供主
機板，或者其他電子產品，的整體的能量的多寡。

    其中，在那本被所有電機系學生公認教科書聖經﹝以及天書﹞的smith課
本裡，放大器貫穿了全部，其中，小訊號模型及其運算更是期中考時讓無數同
學咬牙切齒卻不得其解的惡夢。課本所教不到的，大概就是全部兜起來之後的
各種運用吧。以前，電子學死當的我，是絕對想像不到我現在竟然要與之為伍
的，也可說是造化弄人吧。

    放大器之所以貫穿全部，是因為除了用作類比訊號放大之外，其實最主要
的多半是用於比較器使用，比較器則就又是數位電路所必須。用作類比電路時，
其實也不會只用其放大功能，反而經常是利用理想放大器的特性加上回授系統
來鎖住正負輸入的偏壓點，然後就又等同於比較器的使用，當某些電流或者電
壓變化時，比較器打出的訊號發動某些功能，用以限制些可能導致損害的現象
發生。

    最困難地方在於，過去，電機系學生經常是在處理小訊號模型放大的運算，
包括簡單的MOS架構的common-source，common-gate，以及source-follower三
種架構，用在電壓訊號放大，電流緩衝器，電壓緩衝器之用途，但是，加上回
授系統的運用，才真正是實戰必備的電路架構，包括頻率響應、穩定度等等就
必須要有通盤的考量。如果說，簡單電晶體組成的簡單放大器，其小訊號分析
令諸多電機系學生的惡夢，那頻率響應以及回授運算，絕對是給他們萬念俱灰
自我懷疑甚至信心崩潰的致命打考驗，不過，工程作為一個實用科學，終究是
在實作，摸久了想久了，也就能夠明白，到底smith在講什麼了。

    實際上，小訊號仍是侷限在小區域單純的運算，真正的類比訊號，其實不
會只是在偏壓點上抖動的微弱訊號，其變化幅度會跨越原本操作的偏壓點而跑
到新的平衡，偏壓也會變動的情況下，小訊號的各個參數，如Gm，Rout等等也
會隨著變動，自然，放大器的gain，極點，也會跟著變動，過去只為解題而使
用的觀念是不敷使用的。因此我花了比別人更長的時間，希望把這些概念推敲
清楚，以免一知半解呼嚨過去，那麼以後一定會死的很慘。

    RD工程師在做什麼？

    產品的決策不在我們手上，有時候，我們的確像個勞工，完成上頭交代的
任務，即使那些任務聽起來有些天方夜譚......

    (下次再聊.....)

    09/07/2006  Milstein