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Jim Willams 的那本《模拟电路设计》读后感

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发表于 2015-2-9 13:18:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
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有幸于大半年前,冀凯老师慷慨赠此书与学生,并嘱托写一篇读后感。当时可能经验不会很多而当时所作的项目没有参考当书中的一些方案,而感想不是很多。当时先将目录翻译成了中文待日后进行查询。这里向冀凯老师道一下歉读后感弄的比较晚。

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书由Bob Dobkin以及著名的Jim Williams模拟电路大师等编著。

         书分两部分:第一部分,电源管理;第二部分,数据转换、信号调理和高频/射频。两部分下分各章节。全书以linear的器件为主,围绕电源和信号两个部分各自应用进行展开。本书所述的数学公式推导比较少,主要以应用以及实际经验为主。每种应用都已典型的电路进行分析和讲解,其中更可贵的是里面有介绍一些比较好的设计经验和思想。这本书对于经常使用Linear公司器件的工程师以及经常做模拟电路设计想借鉴和参考的工程师有很大的帮助。
Linear公司的电源芯片非常不错,书中介绍了常见的工业上的应用会出现的问题以及解决方案。但个人主要弄微弱小信号这一块儿,不是专门做电源,所以这方面看的稍微仔细些这本书的第二部分。

         关于电源部分,其讲解开关电源设计的例子比较多,以及需要注意的。因为比较关心低噪声电源。通过阅读第12节,了解到线性稳压电源就的噪声通常是比较低的,线性稳压电源在10Hz-100KHz的范围内,其均方根噪声电源为<40uV,但个人觉得这是理想状态下。关于电源芯片的选择可以在linear的官方网站进行查询,上面比较全。另外最新在线设计工具在Linear的网站也有体现。可能本书比较早,没能将今年出现的在线设计工具写在上面。
书的第二部分 设计信号的部分。书中许多大部分测试电路均用面包板实现了,我更喜欢叫他bug板。看着简直让人惊奇,其中的各种元器件只在一个覆铜板上进行操作,然后各种飞线,元器件横竖斜的排列,惊奇的是最后出来的信号比较好。这里在书的第502页介绍了其bug板的制作技巧。

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书中讲解面包板的布局、布线技巧。最终所测量的结果直接反映出设计者在面包板上精心的设计以及娴熟的布局布线技巧。宽带、10uV的分辨率是接受不了那种漫不经心的态度的。要让示波器上显示出的信号没有振铃、跳跃、闪烁以及类似的误差,在面包上就要下很大的功夫。如下为一个面包板测试图。
     
在获得20bit分辨率的结果之前面包板可能需要重新设计好多期可能要花掉好几个星期的时间进行布局布线和屏蔽实验。特别是极限测量时,ADC的数字信号线能有多短就减到多短。布局布线技巧包括最短化走线以及约束辐射路径,地平面的管控和LT1228开关的焊接。对于IC的内部电路使电源参考端衬底(地平面)形成一种单极性的屏蔽壳。

         由上可见,想直接用面包板或覆铜板设计出高精度的效果是要花很大的精力的。单词exhaustive 反应了这个状态。

另外这一页还介绍了一些需要注意的点儿:

成功的布局布线往往会考虑欧姆定律的。想想,1mA的电流通过0.1Ω的电阻会产生100uV的的压差,这相当于18位分辨率的3LSB。如果在高速信号下,例如70MHz的信号,5nS-10nS的上升时间是必须考虑的。对于电路的设计全局的考虑比较重要,其中信号王地平面回流,地平面会变的很脏,导线较长时由于等效电感效应,信号并不会全部流回地面。

屏蔽,这个是所有设计微弱小信号以及高速信号都需要考虑的。屏蔽是消除相互间的干扰以及隔离外界干扰比较好的方法。书中多出介绍了许多屏蔽的方法。这里结合本人的一些工程经验和书中所写过的屏蔽做一些总结。长距离传输时,应用屏蔽线例如同轴线缆(单层、屏蔽和双层屏蔽不一样)、大信号与小信号之间用单独的屏蔽器进行隔离(向手机里面的许多铁壳屏蔽),整个PCB板的最外层在做屏蔽,做极限测试时最好用多层屏蔽。

关于电压型运放和电流型运放的使用区别,这本书总结的很好。电压型运放遵循增益带宽积恒定,而电流型运放不这样。电压型两端的输入阻抗可以看组很大,而电流型运放则相反,其正端的输入阻抗比较大,而负端比较小,这也是电流型运放不能反接的或接错的原因。本人也曾犯过这样的错误,造成运放发热及其厉害。这里贴出用法区别的列表。

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电流型运放重要的是负端串接上一个电阻来限流,不能直接接地。否则可能运放给烧毁。上面的这张表上的用法比较好,左边的是电压型运放,右边的电流型运放。

本书中比较有意思的一个章节就是这个 墨菲定律了!

墨菲定律讲,凡是可能发生的坏事情,就一定会发生!那电路设计中遇到的各种问题也很好的验证了墨菲定律。如下规律

II 对于通用的工程
  摘几个:对于设计考虑的越少,往后影响就会越大。
          受理部门或者用户往往不会关心操作手册的重要性。
          被所谓的有价值的分析组织的建议会使成本增加而容量减少。

III 对于数学计算的情况
  摘几个:所有的常数都是可变的。
          对于任何给定的计算,如果那个数十明显正确的,那么这个数往往是错误的根源。
          小数点总是被写错。
          在一个复杂的算式里,分子上的一个因式总会移到分母上。

IV 原型与产品
   摘几个:误差总是朝放大的方向发展
           在标准环境下的标准单元测试,在这范围内不一定标准。
           如果需要一个特殊阻值的电阻,他往往买不找的。顺带的与其一系列的方案也就不能实施。
           电机总是可能朝相反的方向转。(还记得北京地铁4号线的事故吗?)
           没有可交互的部分。
           从电路板上去除的一部分可能是这个电路板最重要的一部分。
           如果原型验证非常完美,那么生产出的产品情况肯定很糟。
           要是一个电路不会坏,放心他总是会坏额。
           一个失败的但又安全的电路,会毁坏其他电路。
           一个自起振的晶振可能不起振。
           晶振如果起振,振荡的频率可能不是那个频率。
           一个PNP三极管可能当成NPN三极管用了。(这个我犯了好几次,反着接出不了信号。)  
          不到最后错误就不出现。
          仪器已经全部装配好,还是会操作台上看见额外的元器件。
          胶总是会漏的。
         
V 需求
         摘几条:对于环境的要求总是超过范围。
            任何一个安全措施,设置一个实际的结果总会超出安全范围。
                            所有给出的预算,最终使用都会将预算乘以3倍。
                            在需求上看,墨菲定律超越了欧姆定律很多。
         墨菲定律在电路方面的验证比较有意思。

   总结

本书有实用为主,理论不是很多,但实际经验比较多、比较好。用许多波形验证所设计的方案或者所作的布局布线为什么不能成功。许多电路写了测试方案,比较不错,有很好的指导意义。在应用解决方案上也进行了一些比较好的展示。但是个人觉得书中的电路喜欢将运放与三极管或者场效应管混用,这或许是老一辈的人喜欢的用法吧。另外书中的面包板或者调试板让人比较惊奇,而且还有很好的信号。令人感叹作者的好手艺!对于模拟电路设计工程师这本书是本很好的参考书。最后印象比较深的是那个墨菲定律,比较有意思,值得回味。

         再次感谢冀凯老师的慷慨!








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发表于 2015-2-11 14:42:05 | 显示全部楼层
哪位亲有这本书的电子版可以分享下哈~~~
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发表于 2015-6-24 13:28:04 | 显示全部楼层
多谢分享读后感
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发表于 2016-4-16 21:53:19 | 显示全部楼层
MARK。。。。
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发表于 2016-4-17 16:06:36 | 显示全部楼层
这就是大师,热爱模拟电路
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发表于 2016-10-5 15:10:35 | 显示全部楼层
牛人就是不一样啊啊
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发表于 2016-10-10 10:14:49 | 显示全部楼层
电子版有吗
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发表于 2016-12-19 17:13:29 | 显示全部楼层
不错不错啊
干活很多
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发表于 2017-1-22 09:01:02 | 显示全部楼层
很厉害!
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发表于 2017-5-1 20:19:11 | 显示全部楼层
膜拜大师!我也要好好提高一下自己的知识水平!
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