一文带你掌握模拟电路框架


一文带你掌握模拟电路框架
文章图片

文章图片
电路可以说是当今实现信号处理最广泛的载体 , 没有之一 。集成电路出现以前 , 信号的感知处理传输接收等大部分过程都是直接在模拟域完成 , 缺点是即使是简单的功能 , 也需要很大的体积 。
集成电路出现后 , 确切点说是三极管晶体管等多端口器件出现后 , 通过控制基极或栅极 , 就可以控制它们的通断 , 得到零和一两种的状态 。
可不能小觑这看似简单的一步 。在一个基本单元上 , 用一个简单的控制就实现了两种状态 , 可谓从无到有的跨越 。
【一文带你掌握模拟电路框架】道德经讲道生一一生二二生三三生万物 , 一生二的环节其实是最难的 , 生出二之后 , 再得到三直至万物 , 通过重复前面的过程就可以实现 。
因为一生二 , 得到了两种状态 , 再利用二进制 , 就可以实现无数种状态 。
这里的二有点像正交基或者正余弦函数 , 有了它们 , 再经过组合 , 就可以实现复杂的空间或信号 , 反之则是将复杂的空间或信号分解为它们的组合 , 简化处理的过程 。
集成电路飞速发展了六十多年 , 自从实现了从无到有的跨越后 , 后续更多的时间里都在做两件事 。
一者是设法将基本单元小型化 , 从而具有更大的集成度 , 消耗更低的能量 。即每提升一代工艺 , 特征尺寸就减小为原来的一半 。
再者是扩大集成电路的应用范围 。一开始它只应用在微型计算机中 , 而当它的低能耗和完成高复杂度功能的能力得到认可后 , 开始渗透到世界的每一个角落 。
有了它 , 同样功能的设备 , 体积可以缩减为原来的几十分之一甚至几万分之一 , 关键是成本还极低 , 这性价比确实没谁了 。
不过呢 , 集成电路也有它的局限性 , 譬如晶体管的特征频率最高可能为THz , 对于要求更高更快更强的人类 , 速度可能还是不够快 , 不过在当前科技阶段 , 对付绝大多数的应用是绰绰有余了 。
模拟和数字作为集成电路的两大分支 , 近年来都得到长足的发展 。但是数字在工艺提升的过程中受益更大 , 所以越来越占据更大的面积 , 并且有向模拟渗透的趋势 。
不过外界信号是连续的 , 模拟中诸多的模块 , 是无法用数字代替的 , 要实现整体的功能 , 它们的作用仍举足轻重 。
言归正传 , 接下来就盘点下这些模块 。
单位增益缓冲器 。单位增益缓冲器也叫单位增益放大器 , 它有两个显著的特点 , 一是放大倍数为一 , 一是驱动能力大 。
它可以由闭环放大器 , 共源极放大器 , 源极跟随器或翻转电压跟随器实现 。
就比如今年ISSCC中离散模数转换器章节 , 第一个工作就用到了单位增益缓冲器 。
放大器 。放大器是电路中极其重要的模块 。它的基本功能是完成信号电压电流或功率的放大 。
由它和其它一些无源电路组合起来工作 , 就可以得到模拟信号运算电路 。实现比例 , 求和 , 积分 , 微分 , 对数 , 指数 , 乘法或除法的功能 , 简直不能更强大 。
采样保持器 。采样保持器完成信号的采样功能 , 是离散型电路必不可少的模块 。
比较器 。比较器通过比较电压大小 , 输出数字高低两种状态 。它是完成模拟世界到数字世界转换的基本单元 。
模数转换器 。模数转换器完成模拟信号到数字信号的转换 。常用的有快闪型 , 逐次逼近型 , 流水线型 , 增量叠加型和双斜率积分型等 。
滤波器 。滤波器是一种频率信号筛选器件 , 按所通过信号的频段分为低通 , 高通 , 带通 , 带阻和全通滤波器 。