¿Por qué los circuitos integrados analógicos son tan difíciles de aprender?

Sí, su afirmación es algo cierta, al menos en las etapas iniciales de su viaje en el amplio océano de circuitos integrados analógicos, que es duro y despiadado hasta que capta la esencia de él. Narraré mis experiencias de aprendizaje de circuitos integrados analógicos.

Nivel 1:

Durante esta etapa, ni siquiera estaba en condiciones de analizar el circuito (un montón de mosfets en cascada o en casco), por fácil que sea. Diría que esta es, con mucho, la fase más horrible que podrías experimentar en este viaje. A menudo escuché a autores y algunos profesores decir “impedancia mirando desde el nodo x”. No tenía ni idea en lo más mínimo cuando escuché declaraciones tan complicadas y no intuitivas. Descubrí que para analizar los circuitos analógicos, debe ser nada menos que un “ACE” en las redes eléctricas básicas. Solo entonces podría analizar perfectamente el circuito (o más bien intentar analizar el circuito de manera adecuada). Después de pasar un tiempo considerable en las redes eléctricas básicas, todas las afirmaciones que parecían muy lejos de ser intuitivas aparecieron como algunas manifestaciones de algunos teoremas básicos como Thevenin, el teorema de Norton, etc. El ejemplo anterior que he citado es solo otra forma del teorema de Thevenin. Al final de esta etapa, estaba en condiciones de analizar al menos un circuito correctamente. A esta agonía se suma el hecho de que no hay un libro saludable en el mercado que aborde de manera sensata toda la idea de los circuitos analógicos. Nombra cualquier libro, tiene sus propias limitaciones. Algunos dicen que CMOS Analog IC Design de B.Razhavi es un buen libro. Pero, seguramente no estaré de acuerdo con esto, lo mismo tiene un conjunto exhaustivo de problemas sin centrarme en algunos de los temas delicados del tema.

Etapa 2:

Después de dominar el curso básico sobre Redes Eléctricas, es hora de que cambie de marcha lentamente a Circuitos Analógicos “Discretos”. Aquí debe usar su arsenal sabiamente para encontrar las topologías básicas de amplificadores que pueden incluir fuente común, compuerta (tampón de corriente), drenaje (tampón de voltaje), etc. Este es el punto en el que realmente podría enamorarse Circuitos Analógicos. De hecho, no hay forma de que puedas decir “Sí, he dominado esta fase” porque siempre hay un amplio margen de mejora. A medida que pasa más y más tiempo en esta fase, puede reconocer muy bien la funcionalidad de los subsistemas analógicos y puede razonar mucho, por qué se incluye eso en el diseño.

Etapa 3:

Ahora es el momento de las cosas integradas. El verdadero culpable. Las declaraciones del problema cambian repentinamente cuando se trata de circuitos “en chip”. Por ejemplo: las resistencias que usabas muy libremente en diseños “fuera de chip” se convierten en tus mayores enemigos, por algunas razones obvias. Y lentamente, las condiciones ideales prácticamente se vuelven inexistentes. Este es el momento, en el que debe considerar varias condiciones no ideales como desajuste, ruido, parásitos, etc. Y no olvidar a nuestro viejo amigo “Retroalimentación negativa” sin el cual digo que no hay nada especial en los circuitos analógicos como tales. Se necesitan años de sincera práctica y esfuerzo para dominar esto.

Etapa 4:

Cuando comienzas a trabajar en algunas tecnologías superiores, es decir, cuando la tecnología se escala, ya no puedes confiar en las buenas ecuaciones discutidas en la clase. Necesitamos confiar mucho en los simuladores. De hecho, las etapas 3 y 4 van en paralelo. No hay forma de que podamos separar estos dos. El dominio de las herramientas CAD para su diseño es una habilidad altamente aspirada en la industria.

Entonces, digo que es un proceso largo para dominar esto. Esa podría ser la razón por la cual las personas podrían sentir que esto es un poco difícil. De hecho, debes dominar muchas otras áreas para ser un buen diseñador. Las áreas incluyen señales y sistemas básicos, probabilidad y procesos aleatorios y teoría electromagnética en el caso de los circuitos de radiofrecuencia (RF).

¡Feliz diseño analógico!

El aprendizaje es un proceso de asimilación de varias ideas ya conocidas. Por ejemplo, usamos el cálculo de las matemáticas para derivar ecuaciones fundamentales en física. Nosotros (generalmente involuntariamente) combinamos varias ideas y entendemos conceptos complejos. El problema comienza cuando necesitamos combinar muchas ideas simultáneamente.

Llegar a los circuitos integrados analógicos es difícil porque, a diferencia de otros cursos como la electrónica digital, requiere una comprensión profunda de muchos otros temas (incluido el digital en algunos casos). Tomemos un ejemplo de diseño de un amplificador. Obviamente, usted requiere fundamentos de las leyes de Krichoff. Luego viene el conocimiento de la física de los mosfets o BJT (que de nuevo requieren conceptos básicos de campo eléctrico que a su vez … ¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡”

Además de esto, también debe tener fluidez en los sistemas de control para analizar el comportamiento del bucle (que a su vez exige una excelente familiaridad con las transformaciones de Laplace a partir de las matemáticas).

Así que creo que estás obteniendo lo que quiero transmitir. El diseño de IC analógico de aprendizaje no es solo analógico. Es una combinación de muchas otras cosas (generalmente no es el caso con otros temas). Para comprender el diseño de IC, asegúrese de que sus conceptos básicos de leyes de circuitos, análisis de señales pequeñas y sistemas de control sean perfectos. No te abrumes. Aprende de forma gradual pero persistente y no te rindas. Salud !!!

Te parecerá difícil hasta que comiences a generar tu propia comprensión de los circuitos y mientras te acerques a lo análogo con este temor de que será difícil.
Solo hay un puñado de trucos que se usan en diferentes combinaciones y todo se reduce a las leyes, transitorios, respuesta de frecuencia y estabilidad de Ohm y Kirchhoff.
Necesita pasar tiempo, comprender el circuito intuitivamente. También puede revisar diferentes libros para desarrollar su propia comprensión de los circuitos. Además, ¡habla con tu maestro! Creo que un buen maestro es la mejor fuente que puede tener en lo que respecta al diseño analógico.
Una vez que llegues allí, no será difícil, ¡será interesante!

La mayoría de los circuitos analógicos, para una comprensión completa, necesitarán una comprensión adecuada de la teoría de circuitos, procesamiento de señales, sistemas de control y características del dispositivo a diferencia de los circuitos digitales.
Como Sudarshan señala correctamente, debe comprender los circuitos intuitivamente. En realidad, no es tan difícil desarrollarlo. Hay formas obvias en que la mayoría de los circuitos están organizados y cuando puede identificar cada uno de los bloques más pequeños, el funcionamiento de todo el circuito caerá en su lugar. Por ejemplo, la mayoría de los circuitos analógicos (generalmente, excluyendo ADC / DAC) contendrán un circuito de retroalimentación negativa que controla el parámetro de salida. Ya sea un PLL, DCDC o un regulador LDO. Una vez que pueda identificar este mecanismo de retroalimentación negativa, es cuestión de tiempo que pueda desarrollar su función de transferencia y evaluar su estabilidad.
Una vez que te acostumbras, ¡es realmente muy interesante!

El diseño de Beauty of Analog es que no se somete a patrones definidos claros, lo que hace que use su cerebro y creatividad. La gente odia usar sus cerebros, es doloroso. El patrón como en el digital brinda seguridad a las personas, seguridad mental, etc. Entonces, para aprender los circuitos analógicos correctamente, uno debe profundizar mucho, lo que requiere cierta pasión por los circuitos analógicos.

Sí, el diseño de CI analógico no es tan claro como los diseños digitales, y las simulaciones tienen una fidelidad más baja.

La mala noticia es que lleva muchos años dominar el arte. Y el patrón de pensamiento es bastante diferente de lo que podría estar acostumbrado en la programación y el diseño lógico.

La buena noticia es que la experiencia cuenta en el campo. Entonces, una vez que se establezca, no enfrentará tanto desafío por parte de los recién llegados más jóvenes como lo haría en los campos de programación y diseño digital.