模擬電路重要知識點（一文帶你掌握模擬電路框架）

2023-04-14 23:55:38

來源：內容由半導體行業觀察（ID:icbank）轉載自公眾號「芯啟示」，謝謝。

電路可以說是當今實現信號處理最廣泛的載體，沒有之一。集成電路出現以前，信號的感知處理傳輸接收等大部分過程都是直接在模擬域完成，缺點是即使是簡單的功能，也需要很大的體積。

集成電路出現後，確切點說是三極體電晶體等多埠器件出現後，通過控制基極或柵極，就可以控制它們的通斷，得到零和一兩種的狀態。

可不能小覷這看似簡單的一步。在一個基本單元上，用一個簡單的控制就實現了兩種狀態，可謂從無到有的跨越。

道德經講道生一一生二二生三三生萬物，一生二的環節其實是最難的，生出二之後，再得到三直至萬物，通過重複前面的過程就可以實現。

因為一生二，得到了兩種狀態，再利用二進位，就可以實現無數種狀態。

這裡的二有點像正交基或者正餘弦函數，有了它們，再經過組合，就可以實現複雜的空間或信號，反之則是將複雜的空間或信號分解為它們的組合，簡化處理的過程。

集成電路飛速發展了六十多年，自從實現了從無到有的跨越後，後續更多的時間裡都在做兩件事。

一者是設法將基本單元小型化，從而具有更大的集成度，消耗更低的能量。即每提升一代工藝，特徵尺寸就減小為原來的一半。

再者是擴大集成電路的應用範圍。一開始它只應用在微型計算機中，而當它的低能耗和完成高複雜度功能的能力得到認可後，開始滲透到世界的每一個角落。

有了它，同樣功能的設備，體積可以縮減為原來的幾十分之一甚至幾萬分之一，關鍵是成本還極低，這性價比確實沒誰了。

不過呢，集成電路也有它的局限性，譬如電晶體的特徵頻率最高可能為THz，對於要求更高更快更強的人類，速度可能還是不夠快，不過在當前科技階段，對付絕大多數的應用是綽綽有餘了。

模擬和數字作為集成電路的兩大分支，近年來都得到長足的發展。但是數字在工藝提升的過程中受益更大，所以越來越佔據更大的面積，並且有向模擬滲透的趨勢。

不過外界信號是連續的，模擬中諸多的模塊，是無法用數字代替的，要實現整體的功能，它們的作用仍舉足輕重。

言歸正傳，接下來就盤點下這些模塊。

單位增益緩衝器。單位增益緩衝器也叫單位增益放大器，它有兩個顯著的特點，一是放大倍數為一，一是驅動能力大。

它可以由閉環放大器，共源極放大器，源極跟隨器或翻轉電壓跟隨器實現。

就比如今年ISSCC中離散模數轉換器章節，第一個工作就用到了單位增益緩衝器。

放大器。放大器是電路中極其重要的模塊。它的基本功能是完成信號電壓電流或功率的放大。

由它和其它一些無源電路組合起來工作，就可以得到模擬信號運算電路。實現比例，求和，積分，微分，對數，指數，乘法或除法的功能，簡直不能更強大。

採樣保持器。採樣保持器完成信號的採樣功能，是離散型電路必不可少的模塊。

比較器。比較器通過比較電壓大小，輸出數字高低兩種狀態。它是完成模擬世界到數字世界轉換的基本單元。

模數轉換器。模數轉換器完成模擬信號到數位訊號的轉換。常用的有快閃型，逐次逼近型，流水線型，增量疊加型和雙斜率積分型等。

濾波器。濾波器是一種頻率信號篩選器件，按所通過信號的頻段分為低通，高通，帶通，帶阻和全通濾波器。

按採用的器件分為無源和有源兩種。常用的結構有巴特沃斯，切比雪夫，貝賽爾和橢圓濾波器等。與模擬濾波器對應的是數字濾波器。

積分器。積分器是輸出信號對輸入信號時間的積分，它是計數器的連續版本。

帶隙基準。帶隙基準產生穩定的電壓或電流。

線性穩壓器。線性穩壓器提供穩定電壓的同時，保證足夠的驅動能力。

升壓降壓器。它實現電壓電平的轉換，同時提供足夠的驅動能力。

交流直流變換器則完成不同類型電的轉換。

振蕩器。振蕩器產生控制的時鐘信號，而時鐘信號是系統的指揮官。

鎖相環。鎖相環實現兩信號頻率和相位的鎖定，在保證整個系統的有序運轉中起到重要的作用。

鑑相器。比較輸入信號相位的差異，產生電壓脈衝信號。

以上涵蓋了模擬電路大部分模塊，再加上無源器件電阻電容和電感，就能夠完成各種複雜的功能。

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