模擬電路設(shè)計師是否有必要？

設(shè)計、構(gòu)建、測試和改進電路——尤其是那些具有重要模擬內(nèi)容的電路——一直是我的興趣之一。您可以通過各種方式安排標準的有源和無源元件來解決問題，達到不同的結(jié)果，調(diào)整工作點，平衡取舍，克服缺點，提高性能，這一點讓我著迷。我懷疑這樣的電路設(shè)計活動對于許多有抱負的工程師來說是對“電子學(xué)”的一個很好的介紹。

不過，最近我一直在想，這種基本的電子設(shè)計活動是否有很大的需求和未來?，F(xiàn)實情況是，現(xiàn)在大多數(shù)電路都嵌入在 IC 中，主要是數(shù)字、混合信號，甚至主要是模擬。當(dāng)然，仍然有許多最小功能的 IC，如運算放大器或 LDO，以及每年銷售的無數(shù)分立晶體管，如 2N2902 和 2N2222 晶體管。盡管如此，現(xiàn)在大多數(shù)設(shè)計活動都包括選擇合適的 IC 并讓它們按預(yù)期協(xié)同工作。

與其試圖弄清楚如何讓一些組件或 IC 做得比通常預(yù)期的要多，不如讓該 IC 在實際電路中做它根據(jù)其數(shù)據(jù)表和評估應(yīng)該能夠做的事情板或參考設(shè)計。雖然可能會對組件值進行一些調(diào)整，例如 LED 電路中限流器的電阻或在 RC 濾波器中設(shè)置時間觸點，但這些都是參數(shù)調(diào)整，而不是拓撲增強。

遠離經(jīng)典電路設(shè)計

那么，我的假設(shè)有確鑿的證據(jù)嗎？是和不是。許多愛好者和創(chuàng)客網(wǎng)站都專注于展示如何使用標準部件、應(yīng)用說明和參考設(shè)計來實現(xiàn)項目目標，而不是從頭開始設(shè)計。此外，如果您查看 EDN 的著名和流行的設(shè)計理念部分，您會發(fā)現(xiàn)新條目較少。回到自己動手 （DIY） 電路設(shè)計的黃金時代，論壇致力于以巧妙的方式安排、增強和利用廣泛使用的 IC，例如經(jīng)典 555 定時器和無源器件，因此它們可以實現(xiàn)獨特的功能并解決有趣的設(shè)計問題。

另一方面，我確實在討論板和聊天網(wǎng)站上看到了許多創(chuàng)新、獨特甚至危險的電路（想想特斯拉線圈）。在許多情況下，這些不僅僅是電路原理圖，因為電路的物理結(jié)構(gòu)才是真正的挑戰(zhàn)（圖 1）。

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圖 1從概念上講，像特斯拉線圈這樣的簡單項目遠遠超出其示意圖所示。關(guān)鍵挑戰(zhàn)是獲取或構(gòu)建組件以及適當(dāng)?shù)奈锢斫Y(jié)構(gòu)。資料來源：RIM.org

遠離使用小規(guī)模分立元件的經(jīng)典電路設(shè)計的趨勢是不可避免的，因為 IC 已經(jīng)遠遠超過基本的構(gòu)建塊。它們現(xiàn)在是具有許多相互連接的模擬和混合信號模塊的子系統(tǒng)和系統(tǒng)。此外，IC 現(xiàn)在實現(xiàn)的功能很難（如果不是不可能的話）用分立元件有效復(fù)制（圖 2）。

圖 2經(jīng)典的六晶體管 AM 收音機接收器是對模擬電路設(shè)計的致敬（上），但已被單芯片收音機淘汰，例如 FM 接收器（下），它體現(xiàn)了更先進的射頻前端和更復(fù)雜的信號處理模塊。資料來源：AngleFire.com 和 Electronics-DIY.com

IC 和分立電路的對比世界

設(shè)計 IC 與設(shè)計分立電路是完全不同的學(xué)科，因為前者不僅僅是后者的集成版本。每種方法的指導(dǎo)方針、約束、選項、規(guī)則、工具和基本方法都非常不同。雖然失去了靈活性，但 IC 可以實現(xiàn)拓撲，而這對于分立元件來說是非常困難的。

這里有一個有趣的歷史聯(lián)系。在 1950 年代發(fā)明了最重要的平面晶體管制造技術(shù)（隨后導(dǎo)致 IC 誕生）的仙童半導(dǎo)體公司（也稱為“叛徒八人”）的八位創(chuàng)始人中，只有一位接受過正規(guī)的電子工程和電路培訓(xùn)或經(jīng)驗。其他人是物理學(xué)家、機械工程師、化學(xué)家和冶金學(xué)家。

維基百科有一篇關(guān)于其中八篇的有趣文章，有可靠的參考資料支持。

我并不是說經(jīng)典電路的減少一定是一件壞事。但我確實想知道電路設(shè)計和修改技能的減少是否從根本上改變了 EE 的角色以及他們?nèi)绾卧谠O(shè)計挑戰(zhàn)中定位自己。

或許在未來，當(dāng)需要解決從輕微（錯誤的元件值）到嚴重（不合適的拓撲）的電路問題時，將會有一小部分精英設(shè)計專家被召喚。然后將有設(shè)計人員可以制作執(zhí)行基本功能的設(shè)備，并將多個功能塊融合到單個 IC 中，提供有保證的端到端性能，同時允許 IC 用戶調(diào)整操作參數(shù)但不改變拓撲或基本功能。

中間是絕大多數(shù)工程師，他們試圖通過組合 IC、微調(diào)性能、編寫軟件（無法避免）、解決系統(tǒng)集成問題、處理 EMI/RFI 和監(jiān)管要求來設(shè)計他們的產(chǎn)品， 和類似的。同時，DIY 實驗者將使用 Arduino、Raspberry Pi 和類似的單元來完成他們的項目，并使用最少的外部電路。