如何从模拟电路菜鸟变大牛 三位前辈如是说

第一位，资深模拟ic设计工程师，知乎用户Yike，本着强大的责任感来为大家传道授业解惑，让各位看到这篇文字的人学模电的时候少走弯路，有更多的时间踢球把妹聊天喝酒……

知道各位学业繁重，赶紧进入正题：

我念大学的时候，也觉得模拟电路这门课，学得稀里糊涂的。

特别是在玩过一把CS以后，这种感觉更加明显。

这里先要肯定题主是一个有上进心的好孩子。想把模电学好。

我当年感觉到云里雾里的时候，根本没想过要学好模电。我做的事情，就是跟班里学习好的同学搞好关系。这样等到期末的时候，我就能顺利地借到笔记，高分就很简单了。

所以谈到这里，首先第一步是要明确： 什么样才算”学好“模拟电路。

如果你的诉求是期末拿到高分而已，那么您不用往下看了。出门往右电子科技书屋有历年的考题和课件。平日里该干嘛干嘛。拿星爷的台词说，妞照泡舞照跳。等到期末背一下就行啦。

如果分数不说明问题。那么怎样才算学好模拟电路呢？

问一下自己一个问题： 我学模拟电路可以做什么？

为了设计一个增益为5的放大器吗？

很多年以后，我回顾我自己大学那段时光，终于搞清楚我为什么老是觉得没有学好模拟电路了。答案其实很简单。我感觉自己学了好多东西，但不知道这些东西学来干什么。 不知道各位觉得模电奇奇怪怪的朋友，是不是有类似的感觉。

__模拟电路学来干什么？ __

我想回答一下这个问题。这是一个重要的问题。很多人有疑问，现在是一个数字时代，我为什么要学模拟电路。zhihu里面还有一个问题是“模拟电路设计师会不会消失掉”

答案是：不会的。

只要我们还需要跟真实的世界接触，那么我们不可避免地就会需要模拟电路，因此就需要可爱的模拟电路设计师们。

打一个比方。就拿CPU来说好了。CPU处理的都是数字信号。但是它没有办法用数字电路来监控自己的温度。这个接口永远会是一个模拟接口。

CPU需要的工作电压要求很精准。比方说，就是1V。各位想一想，这个1V怎么实现呢？ 用数字电路时没有办法实现的。

你在你的手机屏幕上划了一下，你的手机怎么能知道你划了一下呢？

重力感应怎么实现呢？

你离不开模拟电路。模拟电路就好像是你的眼睛，耳朵，还有嘴巴，鼻子，手脚一样。数字电路就好比你的大脑。只要未来的世界不会发展成直接在大脑上接两根线，需要的时候打点儿多巴胺进去，这个世界就需要模拟电路来完成虚拟世界和真实世界的接口。

现在可以说说看，我们是怎么完成这个接口的。

现在假设我们要坐一个电路来sense你手机电池的温度，以免它越来越高，最后在你正在跟妹子聊天的时候爆了。毁容是小，还得花钱重新买一个手机。

负责外围应用的工程师很贴心地给了你一个热敏电阻。电阻的阻值会随着温度的上升而不断减小。他希望你能做一件事儿，就是当温度高过一定值的时候，给一个幅度为3V的数字信号出来，让系统能关掉电池。

我们需要什么东西呢？ 首先我们需要一个电源。没有电源，什么东西都没办法工作。

电源需要怎么做呢？直接从电池来拿电或许是个好方法，可是输出电压的幅度有限制，怎么办呢？

有了，做一个local的3V电源吧。电源的要求是什么？内阻越低越好。什么样的电路能够给出一个低的输出内阻呢？ 电压-电压反馈运放。

所以第一个需要的block是一个运放。

（题外话： 在分立器件的时代，我们可以买一个运放。

如果题主想做的是芯片级的设计，那么我们需要选取合适的器件，把这个运放做在芯片上面。）

好吧，运放是有了，可是没有基准电压，运放怎么才能输出一个恰好3V的电压呢？

第二个需要的block是一个基准电压源。

（在分立器件时代，我们可以买一个基准电压源，题主如果想做芯片级的设计，那么我们需要在芯片上面做一个基准电压。目前几乎所有的基准电压，都是依靠硅本身的能带来实现的。所以叫做带隙基准。约为1.2V。实现带隙基准的过程，不会是开环实现的，是闭环的过程。需要经行环路分析，稳定性分析，失配分析。）

现在，你把1.2V的电压源得到了，然后做了一个1.2：1.8阻值的电阻作为反馈电阻，使用运放得到了一个3V的电源电压。你使用环路稳定性分析方法分析知道环路是稳定的。算一算电路的输出电阻，知道大概这个电路有多少电流输出能力，能带多少负载。还不错，你觉得。虚短路虚断路的分析方法挺靠谱的。

紧接着就是真正有用的部分了。你需要一个比较器，来把热敏电阻与非热敏电阻的分压与一个基准电压进行比较。那么就用一个比较器吧。

（分立器件时代，你可以买一个比较器，想在单片上做完，那么就自己设计一个比较器吧。自己设计的比较器往往不那么理想。没有全电压输出范围，也没有全电压输出范围。 增益也可能只有60个dB。但是你一看参数要求，够啦，60dB就60dB吧，总比没有好。）

好了。你完成了设计。

以上只是举了一个简单例子。实际遇到的模拟电路系统远比这个小系统复杂的多。市场的要求也越来越变态。谁叫有那么多聪明的人在设计模拟电路呢。

所以设计模拟电路的人，都在呕心沥血。穷其心智去满足各种不合理的要求，达到许多不合理的标准。

不过对题主来说，这些都是后话了。

题主假如希望做模拟设计这方面的工作，那么按照上面所写的这个小小的例子，可以看出来有多少科目需要学么？

电路分析

模拟电路设计基础

信号与系统

反馈理论/补偿理论

如果题主想做的是模拟IC设计，你还需要学习以下科目：

半导体工艺技术

半导体器件原理

概率统计知识

模拟IC设计。

其中，模拟IC设计包括：

小信号分析

放大器的线性建模

基准设计

ESD保护

版图设计

寄生效应

失效分析

噪声

振荡器

太TM多的省略号

希望回答能让题主满意，或者帮助更多的年轻EE们。

以上回答是针对模拟集成电路设计的，下面这位知乎用户Tariel重点关注针对信号链设计：

（下面的内容主要针对信号链设计， 即已知应用需求， 在与现实世界的接口（传感器/执行器）、信号调理电路/执行器驱动电路、ADC、数字域器件之间分配指标， 并对模拟部分进行设计的过程。）

首先跟大家灌点儿心灵鸡汤： 怎样不去学模拟电路。

有经济压力的不要去学模拟电路， 尤其是有在京沪穗等一线城市还房贷压力的。 虽然模拟电路听起来很高洋上， 被大家认为是黑科技， 但是这一行市场实在过小， 分得也太细， 指望它赚钱， 随机性太大; 而且在这一行里， 频繁跳槽其实对水平的提高不利。 所以如果有经济压力， 请考虑尽早转向目前风险最低的劳动致富方法——当码农。 当然如果能承担得起创业风险， 参与到目前很火的智能硬件行业里去也是不错的。

没兴趣的不要去学模拟电路。 搞模拟电路需要大量的时间和持续的心情， 如果对这项工作没有兴趣， 并且也自我感觉培养不出兴趣的话， 也是尽早改行为佳， 因为如果没有兴趣， 不去思考， 脑袋里面留下的东西只会越来越芜杂， 对工作的提高并无帮助。

不会动手， 或者不想动手的不要去学模拟电路。 搞数字电路的时候， 设计工程师可以只画原理图， 把下游的东西（布局布线乃至工艺上的事情）都扔给别人， 但是搞模拟电路要求设计工程师必须亲自动手搭建原型、诊断故障， 大部分情况下只靠仿真是不够的。 所以如果不知道烙铁拿哪头， 或者怕拿烙铁， 或者不屑于拿烙铁， 请尽早改行; 如果焊出来的东西跟豆腐渣一样的话， 在排除烙铁故障和使用了劣质焊锡的情况之后， 也请尽早改行。

脑袋不好使， 逻辑能力不够的; 或者脑袋有跑偏倾向的， 不要去学模拟电路。 当然如果脑袋不好使， 那么不光模拟电路， 数字电路也搞不好， 写码也写不好， 其他工程技术工作应该也干不好， 还是趁早别当工程师了比较好。 至于脑袋有没有跑偏倾向， 可以用 @Chris Xia 的语言学民科偏见大全来自测——因为语言是大家从小每天接触的东西， 你在“自发的语言研究”上脑子跑得越偏， 进入专业领域之后脑子跑偏的倾向也越大。 如果看了刚才那个膝盖中箭数过多， 并且看完之后还坚持自己的偏见， 那么可以考虑先吃点被门夹过的核桃补补脑。

有把工作台收拾得特别整洁的癖好的， 不适合搞模拟电路。 这一点不展开说了， 贴一张图（Jim Williams主编的书 Analog Circuit Design： Art， Science and PersonaliTIes 的封面）：

如果面对这样的工作台有不适感， 那么也趁早改行为好。 当然跟前面几点相比， 这一点是比较容易克服的。。.

喝完了心灵鸡汤， 大家活着的还有多少？ 恭喜活着看到了这儿的同学， 我是不是可以认为你们已经有了学好模拟电路， 并以此作为爱好或职业的觉悟？ 那么我们就回到正题——怎样学好模拟电路。

不完全地总结一下， 模拟电路设计大概有这么几个不同于其他工程设计领域， 尤其是不同于数字电路设计的特点：

模拟电路处理的量来自现实世界， 因此模拟电路的输入中， 既包含与设计相关的信号， 也包含与设计不相关的信号。 比如设计一个心电图机， 电极采集进来的除了需要处理的心电信号本身， 还包含电极的极化电位（直流）， 从电源感应来的50Hz干扰等等， 而这些不相关的信号往往要比需要处理的信号强很多。 因此， 攻城狮需要分析信号的特点（如心电信号、极化电位、50Hz干扰所占的频率范围不同; 50Hz干扰属于共模信号， 而心电信号属于差分信号等）， 并设计相应的电路， 来提取出需要处理的信号， 抑制与设计不相关的信号（比如设计合适的滤波器滤除带外干扰， 用差分输入的仪表放大器消除共模干扰等）。

理论分析和仿真时忽略的因素， 在实际的电路中可能产生很大的影响， 甚至是决定性的影响。电路原理图只能反映元器件之间的连接情况， 是拓扑的; 而实际的电路是物理的。 这也是课本上讲的内容和实际的电路的最大差别。 举例来说， 任务要求攻城狮设计一个220V转5V的开关电源， OK， 很多半导体厂家都有用于隔离开关电源的控制器， 只要看数据手册里面给的参考设计， 根据计算更改几个反馈元件的量值， 是不是就可以了呢？ 这样做出来的东西， 倒是大都可以工作; 但是也只是可以工作——事实上印制板布图的不同， 能够严重影响输出纹波的大小。 甚至在很多情况下（如进行射频设计时）， 印制板的分布参数也会作为电路中的元件使用。

模拟电路设计中充满着技术指标、功耗、成本等各种约束， 而这些约束往往不能同时满足， 甚至会互相冲突。 比如设计便携式心电图机时， 考虑到对功耗的严格限制和直接使用系统提供的电源的方便性， 会倾向于使用低压单电源供电; 而考虑到共模抑制比和动态范围的要求， 又会倾向于使用双电源供电。 在这些约束之间妥协和折衷并作出取舍， 贯穿整个设计的始终。

那么想要从事模拟电路设计， 需要做些什么呢？ 下面是一个不完全的列表（详细内容待补充）：

通晓电路分析的方法， 掌握至少一种仿真软件的使用方法。

掌握阅读元器件数据手册的方法。

多动手实验。

及时整理自己获得的结果， 尤其是负面结果。

掌握设计电源的技能。

了解热设计的内容。

关于排故技能。

以上两位还不够么，再来一个，这位知乎用户李瑄给你推荐了一个很好用的免费小软件：强烈的兴趣将是你模拟电路学习之路的不灭动力。业余无线电？音频功放？仪器工具发烧友？…许多大师都是从小时候的业余爱好中，爱上模拟设计的。

模拟电路设计 = 系统设计（精髓是反馈） +电路分析（数学方法的图形化理解） +有源/无源器件各种特性的利用（了解器件的各项实际特性）

具体到学习上： 1、U-I这类图解法的娴熟应用，结合各种器件的特性曲线，对电路的理解有极大帮助，促进直观理解。 2、叠加原理、戴维宁等效这些方法多去尝试使用。 （上面2条其实都需要一个良好的电路分析的基础）

3、不要记太多公式，注意合理近似和直观理解公式的意义。 4、模拟设计的精华——反馈，好好吃透，积累技巧，建议用纯晶体管制作AGC电路、稳压电源以便加深理解。 5、这是一门工程学科，需要大量的实践，以纠正自己理解上的偏颇。

强烈推荐：如果实验条件不足，推荐用 LTspice 仿真，小巧的免费软件，操作方便，爱不释手！

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