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什么是模擬信號(hào)路徑

信號(hào)路徑設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)信號(hào)（如電信號(hào)或光信號(hào)）在通過(guò)系統(tǒng)或設(shè)備時(shí)所采用的路徑或路徑的過(guò)程。這包括組件的選擇及其配置，以及信號(hào)路徑的優(yōu)化以滿足特定的性能要求。信號(hào)路徑設(shè)計(jì)過(guò)程還包括信號(hào)完整性、噪聲和信號(hào)損耗等因素。

信號(hào)路徑設(shè)計(jì)工程師是設(shè)計(jì)和優(yōu)化信號(hào)在系統(tǒng)或設(shè)備中傳輸時(shí)所采用的路徑或路徑的專業(yè)人員。該領(lǐng)域的工程師還可以處理各種信號(hào)類型，例如電信號(hào)、光信號(hào)和無(wú)線信號(hào)。他們可能參與各種系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計(jì)，包括通信系統(tǒng)、電子設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備。

此外，該領(lǐng)域的工程師除了了解信號(hào)完整性、噪聲和信號(hào)損耗外，還必須對(duì)信號(hào)處理、電子和通信系統(tǒng)有很好的了解。最重要的是，工程師應(yīng)該精通使用各種仿真工具和軟件包來(lái)設(shè)計(jì)和優(yōu)化信號(hào)路徑。

話雖如此，electronicdesign最近的電子設(shè)計(jì)調(diào)查通過(guò)數(shù)字描繪了信號(hào)路徑設(shè)計(jì)工程師，其指標(biāo)涵蓋了從主要工作職能到電路類型的所有內(nèi)容。這些信息詳細(xì)概述了在模擬信號(hào)路徑設(shè)計(jì)領(lǐng)域工作的工程師，以及新老工程師的未來(lái)。

模擬信號(hào)路徑設(shè)計(jì)是電氣工程中的一個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，通常需要扎實(shí)的電路設(shè)計(jì)和分析知識(shí)以及模擬組件和系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)。這是一個(gè)相對(duì)較小的領(lǐng)域，因?yàn)楝F(xiàn)在許多設(shè)計(jì)都是數(shù)字化的。

從全球角度來(lái)看，該領(lǐng)域?qū)嶋H工程師的數(shù)量和年齡目前尚不得而知。雖然如果我們認(rèn)為模擬信號(hào)路徑設(shè)計(jì)是電氣工程領(lǐng)域的一個(gè)子集，美國(guó)勞工統(tǒng)計(jì)局職業(yè)前景手冊(cè)提供了一些不太出色的數(shù)字。

從 2021 年到 2031 年，電氣和電子工程師的總體就業(yè)人數(shù)預(yù)計(jì)將增長(zhǎng) 3%，低于所有職業(yè)的平均水平。盡管增長(zhǎng)有限，但在過(guò)去十年中，預(yù)計(jì)每年平均有約 20,100 個(gè)電氣和電子工程師職位空缺。

更具體的工作職能

模擬信號(hào)路徑設(shè)計(jì)工程師通常根據(jù)項(xiàng)目范圍內(nèi)出現(xiàn)的公司要求和需求專注于特定的工作角色（圖 1）。有些人負(fù)責(zé)研發(fā)，從項(xiàng)目生命周期的開(kāi)始到結(jié)束設(shè)計(jì) IC。其他人可以根據(jù)其整個(gè)職業(yè)生涯中的教育和培訓(xùn)、工作經(jīng)歷和資歷承擔(dān)管理職責(zé)。

1. 在我們的調(diào)查中，設(shè)計(jì)工程師在工作職能列表中名列前茅。

該領(lǐng)域的大多數(shù)工程師都參與設(shè)計(jì)元素，創(chuàng)建用于處理各種應(yīng)用（例如電信、音頻處理和儀器儀表）中的信號(hào)的電路和系統(tǒng)。

他們的作用是確定以最小的損耗和干擾將信號(hào)從一個(gè)地方傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地方的最佳方式。這需要對(duì)電學(xué)理論、電路設(shè)計(jì)和不同元件的特性有深入的了解，并掌握專門的設(shè)計(jì)工具和仿真軟件。

模擬信號(hào)路徑設(shè)計(jì)工程師的目標(biāo)是創(chuàng)建高效且有效的信號(hào)處理系統(tǒng)以滿足特定應(yīng)用的需求，無(wú)論是消費(fèi)電子產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備還是航空航天系統(tǒng)。

在處理設(shè)計(jì)元素時(shí)，絕大部分工程師已經(jīng)在該行業(yè)工作了 40 年或更長(zhǎng)時(shí)間（圖 2）（美國(guó)工程師數(shù)據(jù)）。而且由于很少有新工程師進(jìn)入該領(lǐng)域，因此它可能會(huì)對(duì)隨著退休而丟失的遺留設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。

2. 超過(guò) 70% 的受訪工程師擁有超過(guò) 15 年的工作經(jīng)驗(yàn)。

這些工程師中有超過(guò) 41% 在工業(yè)環(huán)境中工作，例如航空航天、汽車、醫(yī)療和國(guó)防領(lǐng)域的工程師（圖 3）。該領(lǐng)域的工作職能包括設(shè)計(jì)和實(shí)施工業(yè)控制系統(tǒng)的模擬信號(hào)處理系統(tǒng)、測(cè)試工業(yè)傳感器的模擬電路以及集成模擬信號(hào)調(diào)理電路。其他人的任務(wù)是設(shè)計(jì)測(cè)試設(shè)備、消費(fèi)電子產(chǎn)品和通信系統(tǒng)。

3. 接受調(diào)查的工程師在廣泛的市場(chǎng)工作。

無(wú)論在哪個(gè)行業(yè)，當(dāng)今模擬信號(hào)路徑設(shè)計(jì)工程師中比例最高的是在任意數(shù)量的應(yīng)用的設(shè)計(jì)過(guò)程中利用各種組件技術(shù)（圖 4）。信號(hào)路徑設(shè)計(jì)中一些最常用的模擬技術(shù)包括運(yùn)算放大器 (op amps)、比較器和穩(wěn)壓器。設(shè)計(jì)可能需要濾波器從信號(hào)中去除不需要的頻率成分，或隔離特定頻帶。

4. 電源、測(cè)試和測(cè)量以及無(wú)線是模擬信號(hào)路徑工程師的主要關(guān)注點(diǎn)。

工程師還可以利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)、AM 和 FM 電路來(lái)調(diào)制載波信號(hào)，并利用調(diào)節(jié) IC 來(lái)優(yōu)化信號(hào)以進(jìn)行進(jìn)一步處理（圖 5 ）。這些只是信號(hào)路徑設(shè)計(jì)工程師在他們的項(xiàng)目中常用的許多模擬技術(shù)中的一部分，這些項(xiàng)目通常每月進(jìn)行兩次或更多次。

5. 信號(hào)路徑設(shè)計(jì)人員通常需要每隔幾個(gè)月或一年一次為模擬信號(hào)路徑選擇組件或電路設(shè)計(jì)。

職責(zé)

當(dāng)然，設(shè)計(jì)是根據(jù)工作職責(zé)范圍進(jìn)行規(guī)范的。根據(jù)調(diào)查，工程師的任務(wù)是每隔幾個(gè)月設(shè)計(jì)混合信號(hào)和模擬硬件，然后是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)（圖 6）。

6. 大多數(shù)工程師承認(rèn)他們?cè)谠S多不同的領(lǐng)域工作。

這涉及選擇合適的元件和電路設(shè)計(jì)，需要全面了解信號(hào)處理要求，以及對(duì)各種元件的特性和局限性有很好的了解。這些設(shè)計(jì)的組件選擇通常取決于要求和電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及電壓要求、熱特性和其他決定性因素。

該行業(yè)的大多數(shù)工程師目前都參與模擬信號(hào)路徑設(shè)計(jì)，他們了解制造商提供的最新組件和設(shè)計(jì)元素（圖 7）。這通常是通過(guò)更新的制造商產(chǎn)品目錄、供應(yīng)商網(wǎng)站、主題專家和最新的新聞稿來(lái)完成的，這有助于在當(dāng)前技術(shù)可用時(shí)保持對(duì)它們的認(rèn)識(shí)。

7. 大多數(shù)信號(hào)路徑設(shè)計(jì)人員認(rèn)為自己了解新技術(shù)。

此外，大部分工程師通常使用制造商的產(chǎn)品樹(shù)和無(wú)數(shù)的在線設(shè)計(jì)工具來(lái)開(kāi)發(fā)模擬信號(hào)路徑組件（圖 8）。一些最常用的工具包括電路設(shè)計(jì)和仿真軟件、組件選擇器和數(shù)據(jù)表、技術(shù)參考庫(kù)、在線組件分銷商等。正確的工具將取決于項(xiàng)目的具體要求和可用資源。

8. 幾乎三分之二的工程師依靠制造商幫助他們?yōu)楦碌哪M信號(hào)路徑設(shè)計(jì)選擇組件。

結(jié)論

模擬信號(hào)路徑工程師在每個(gè)行業(yè)都是必不可少的。正如調(diào)查結(jié)果所示，模擬工程師的數(shù)量正在減少。隨著其他人退休，很少有新的、年輕的工程師接任這些角色，一場(chǎng)重大危機(jī)可能會(huì)削弱這種古老的做法。