手把手教你设计ASIC

一届流寇

每隔几年，我收到的反馈就会让我觉得有必要提醒模拟工程师，他们必须像工程师一样工作，设计电路，而不是简单地利用现成的模块拼装系统。

应该怎么办呢？您应构建自己的专用集成电路 (ASIC)！我们往往认为，集成电路（ASIC中的IC部分）是单块芯片，但事实上，这一概念比单芯片IC要早数十年。 运算放大器应用手册显示了一款早期集成电路：Philbrick的K2-W运算放大器是一种插入式模块，包含两个真空管，于1952年进入商业市场。晶体管发明后，模块式电路功能变得非常普遍，它们通常不是称为“集成电路”，但其实就是集成电路。这种“集成电路”不一定是以现成模块的形式购买，相反，可能是设计中集成的广为人知的电路功能，常常以其发明者命名。例如Colpitts振荡器、Eccles-Jordan正反器、Doherty放大器等。

我所谓的“构建您自己的ASIC”，并不是建议您设计自己的单芯片IC。如果您需要的数量非常巨大，自行设计可能是值得的，但对于需求数量少于10,000片的系统，这种方法并无多大益处。现场可编程模拟阵列(FPAA)对于使用大量运算放大器的子系统可能有用，但对于包含其他功能的小型系统，其性价比并无优势。

同样，我也不是建议您将一个子系统制作为一个整齐划一的模块，虽然只要您愿意，就能够办到。最近，我购买了一台3D打印机，利用它打印大小合适的各种盒子来存放我制作的许多小装置，显得比以前整洁得多，我再也不必用铁皮、PCB原料、木材或塑料板制作盒子。

我的建议是：当您需要一个明确定义的子系统但找不到现成的ASIC时，您既不要绝望，也不要将它设计为整个系统密不可分的一部分。相反，应考虑将其设计为单独定义的子系统。这很有可能会简化设计，而且必定能够简化测试与评估，称得上是制作者哲学、制作者权利法案和工匠宣言中的金玉良言。

现代模拟IC比以往任何时候都更易用，将运算放大器、基准电压源、乘法器、转换器、模拟开关等构建模块组装在一起就能执行复杂的功能。我最近设计了一台单边带(SSB)无线电接收机。接收机的自动增益控制(AGC)系统应跟踪以最高20 dB/s的速率变化的信号。在语音暂停期间无信号，因此AGC在这些时候不应变化。但是，暂停一秒后，系统应快速恢复至最高增益。这种AGC系统曾在1967至1993年间以单芯片ASIC形式出售，但此后即不再生产。我也改用一个RMS-DC转换器和数个运算放大器来代替。