低周波アナログ回路設計に役立つメンタルモデル？

回路の分析と設計を学びながら（「Tildon H. Glissonによる回路の分析と設計の紹介」から）、経験豊富な回路設計者は設計した回路を思いつくために、はるかに明確なメンタルモデルを持っているべきだと思いました。

たとえば、デジタルロジック回路は、真理値表、カルノーマップ、およびその他のほぼアルゴリズムで実装可能な手法を使用して設計できます。（それ以外にも、理想的でない信号/クロックの伝搬など、いくつかの設計上の問題がありますが、それらは対処できます）。

問題は、入出力条件やその他の考えられる制約を前提として、低周波アナログ回路の作成に役立つ表現力のあるツールがあるかどうかです。それは一種の芸術でしょうか、それとも有用なビルディングブロックを記憶し、それらのブロックを並べて結果を得るためだけに必要なものですか？私はシミュレーションソフトウェアについて話しているのではなく、人間のメンタルモデルが、この分野で効果的なパスファインダーとして機能する最も重要な知識を圧縮しています。

それがまったく説明できるかどうかさえわからない（たとえば、ソフトウェアのプログラミング方法を尋ねられた場合、一般的なプログラミング方法を説明するのは難しいでしょう）ので、質問を低周波アナログ回路に絞り込みました。多かれ少なかれ抵抗回路と依存ソースに煮詰められます（私はここにいますか？）。（しかし、トランジェントはそれ自体が課題であり、同じメンタルマップが周波数領域での設計にも役立つと思います）。

この質問があまりにも広範または曖昧に表示されないことを願っています。答えがある場合は、カルノー地図のように具体的であるか、説明に4〜6文が含まれていると思います。

アナログ設計の鍵は、利用可能なビルディングブロック（トランジスタ、オペアンプなど）が何をするかを真に理解することです。残りは、ビルディングブロックを接続して、その目標を達成する回路を実現する方法を考え出す創造的な思考プロセスです。経験はこれを促進するのに役立ちますが、それだけではそれを可能にしません。

基本的な問題は、解空間が非常に大きいことです。最も些細な問題以外の目的で一連の目標を達成できるさまざまな回路があります。言い換えれば、アナログ設計には正しい答えは1つだけではありません。

優れたアナログ設計は、データを一連の数式にプラグインすることによっては行われません。はい、部品の値などを決定するためにいくつかの計算を行います。本当のデザインの部分はそれらの質問に答えるのではなく、そもそもどんな質問をするべきかを決定する際に創造的です。私は、コンビナトリアルデジタルロジックのK-mapに相当するアナログ設計支援を知りません。

アナログ設計に不可欠であると私が信じていることの1つは、回路が実行していることを本当に視覚化できることです。これは、宿題で行うように回路図を通り、電圧と電流を計算できることをはるかに超えています。それはほとんどの場合ブルートフォースであり、私が話していることではありません。あなたは回路図を見るか、さもなければ回路について考え、押す電圧と流れる電流を精神的に見ることができなければなりません。これらの変更がコンポーネントでどのように機能するかを視覚化して、他の場所で変更を引き起こす必要があります。

これを教える方法がわかりません。私の経験では、アナログ設計を行うことができる人は、通常は後期の学校で、早い時期に押す電圧と流れる電流について学び始めました。彼らはおそらくそれを「理解」し、おそらくこれが彼らの直感の一部となるように、十分に早い年齢で十分なケースにさらされているからでしょう。もう1つの要因は、電子機器に真に関心を持っている人は早い段階でそれを掘り下げることになるため、そうでない人は真の情熱がない人です。

あなたは誰かにあなたが望むすべての理論を教えることができますが、大学で始めた場合、実際のアナログ回路設計に必要な直感的な感覚を得るには遅すぎるかもしれません。私は、すべての問題を解決でき、成績が良かったものの、大量のロートクランクなしで回路を設計できず、通常は既存の設計をほとんどコピーできなかった大学生を覚えています。既存のデザインを見たりコピーしたりすることは必ずしも悪い考えだと言っているのではありませんが、直感と、電圧を感じて電流を確認する能力がなければ、行き詰まっています。

理論を傾けることは重要かつ必要であり、経験を積むことで優れたソリューションをより迅速に実現し、いくつかの問題を回避できますが、これらは優れたアナログデザイナーを優れたアナログデザイナーにするものではありません。あなたは力を感じる必要があります、ルークは真のジェダイになるために。

まず、デジタル回路を設計するときにエンジニアがカーナウマップまたは真理値表を描くというビジョンは少し古くなっていると言います。

今日、数十ゲートを超えるデジタル設計は、ハードウェア記述言語-論理ゲートの観点からの正確な実装ではなく、全体的な機能を記述する高水準言語を使用して記述されます（もちろん例外はあります）。真理値表、カーノーマップ、さまざまな最適化アルゴリズムなどは、自動合成ツールが処理するために残されています。

HDLで記述されたデジタルデザインでさえ「単純明快」ではありません。エンジニアは常に多くの選択肢を用意しており、それぞれに長所、短所、および落とし穴があります。優れた、信頼性が高く、読みやすく再利用可能なHDLを作成するには、多くの経験と思考が必要です。

アナログ設計では物事ははるかに複雑です。

• アナログコンポーネントの背後には、学部生や卒業生のクラスで教えられているよりも複雑な理論があります。
• コンポーネントはさまざまな方法で相互作用します。
• 各コンポーネントのパラメーターの数は、数個から数百個の範囲です。
• 回路の複雑さに関連する常に少しのランダム性があります
• もっとたくさん

私はアナログ設計のエキスパートにはほど遠いですが、あなたの質問への答えは否定的だと思います-低周波数設計でも常に機能する単純なパターン/式/アイデアはありません（低周波数は高/低電力になる可能性があります） 、高耐性、機械的強度など）。

職場では、デジタルエンジニアグループや若いプログラマーで働いている若いエンジニアを目にしますが、アナログデザインチームの中心は「本物のオーク」という少数の人々です-本を読むだけでは得られない途方もない経験を持つ人々。この年齢の不一致は私の発言の最も良い証拠だと思います-アナログ設計の経験に匹敵するものはありません。

とはいえ、本を読んでもアナログエレクトロニクスを理解するのに役立たないという印象を誰にも持たせたくありませんが、たとえばSedra＆Smithで開発されたすべての美しい理論は非常に単純化されていることを理解する必要があります。私はAnalog SEEKretsの本が好きです（サイトには無料のPDFバージョンがあります）。これは、理論と実際のコンポーネントおよびアプリケーションの間のギャップを埋めるために書かれています。ただし、入門レベルの本ではありません。

ただし、ほぼ数学的な精度を得ることができるアナログ設計の領域が1つあります。それは、アナログフィルターの設計です。エンジニアが提供する仕様に基づいて完全な設計を作成できる多くのツールがあります。しかし、これは例外です（私が知っている唯一のもの）。

要求に応じてコメントから変換-しかし、これは他の人が言っているのとほとんど同じです。

Re " ... Is it kind of art ... memorize useful building blocks ..." 

アートとフィールはその重要な部分です。
一部（のみ）有能な料理人は良い比喩です。

• 彼らは「単なる記憶」のレシピではなく、多くのことを知っています。

• サブジェクトに関連するさまざまなレシピのパーツを「整列」するのではなく、レシピを見て、なぜそれらが同じように機能するのか、他のレシピまたは組み合わせと相互作用する傾向があり、それらが「ビットとピース」を組み合わせる方法を理解します。おそらく無意識のうちに「頭の中を料理している」のです。

アナログ設計は通常、料理よりも複雑ではありません。相互作用は食品よりも明確であり、理解されるからです。「ルール」と「トリック」があり、これらは実際には「物理法則」を短縮形にしたものです。

たとえば、ほとんど誰も知らないか、受け入れません:-)

• 単一のバイポーラトランジスタステージの最大ゲインは
  、負荷抵抗の両端のDC定常電圧x = 38.4 xです。

これは、ゲイン= R_collector cct / R_emitter回路（= Rl / Re）で
あり、完全にバイパスされたエミッタ抵抗の場合、
Re = Rbeはトランジスタで
あり、これはbe接合の動的抵抗にリンクされており、これは
〜26_Ohms / emitter_mA
つまり13 2 mAでのオームまたは0.5 mAでの52オーム。

これらの数値を接続して頭を少しスクラッチすると、
最大ゲイン= 1000/26 x Vload = 38.4 x Vloadであることがわかります。

この主張は、深い魔法の一部を形成し、提案での恐怖のあまり発足しなかった:-)。などなど。時間の経過とともに、周波数応答、ノイズレベルなどの感触をつかむことができます。

K-mapは、何が欲しいか、または何かが論理的に何であるかの記述です。回路論理設計を意味するものではありません。これを行うには、信号速度やロジックの必要な電圧レベルなどのスキルとその他の情報が必要です。

同様に、ボード線図では回路設計を行うことはできませんが、スキルは、速度要件と対処しなければならない可能性のある電圧レベルに基づいて正しいオペアンプを選択するのに役立ちます。