正如美国政治家亨利·克莱曾经说过的那样:“统计数据不能代替判断。”(1)对统计数据适用的道理同样适用于数据表规格说明。随着对设计工程师的需求不断增加，以及对效率的重视，乍一看，人们很容易相信一款设备的规格。然而，逻辑必须占上风——无论是在电路设计中还是在现实世界中。工程师需要花时间全面考虑他们的设计，以避免必要的(尽管有时是错误的)四舍五入导致的错误。

作为舍入陷阱的一个例子，一些带有输出缓冲器的数字转换器(dac)在数据表中列出了控制规格。例如，输出摆幅(空载)为0V(地)到V(CC)，但零误差和偏移在地上最大为10mV。

输出缓冲器是一个运算放大器(运放)。几年前，早期的运算放大器只能达到2V到3V的电源和地电压，所以当一个运算放大器被设计成毫伏范围内的接地电压时，这是一个很大的问题。一位营销天才创造了“rail to rail”(铁路到铁路)这个术语来描述这个部件，它已经成为业界公认的通用术语。工程师们知道这句话不完全是真的，但它很接近，也很容易说出来。

输出驱动器的传统配置(图1A)不能接近电源轨道，因为它耗尽电流并切断信号。图1B显示了轨对轨输出，如果轻载，可以接近电源轨。

对于DAC缓冲器或运算放大器，如果没有负载，则无法测量，因为不存在具有无限阻抗的仪表。我们知道每个实际电路都有有限的漏电，所以输出只能接近于零。

差别是四舍五入，或者看得有多近。考虑测试中的电路板(图2)。如果我们用显示5V摆幅的示波器观察(图2A)，则该部分的输出似乎在5V和地之间摆动，因为误差远小于走线宽度。现在用8位数的万用表和1M?输入阻抗(图2B)。突然间，人们看穿了四舍五入的魔力——输出接近地面，但如果不四舍五入，就永远不会等于地面。

没有经验的数字工程师可能会看到这个术语，实际上认为运放将会接地。因此，他在DAC之后设计了下一个电路，使其必须归零才能工作。虽然事实上，DAC输出将只在几毫伏的接地。

绝不是“典型”

不幸的是，依赖于四舍五入的数字并不是唯一可以欺骗缺乏经验(或过度工作)的工程师的设计陷阱。此外，按照典型规格进行设计并不是一个好做法，尤其是当一个设备要大量生产时。一位优秀的工程师朋友说:“你可以让任何电路中的一个工作。”他的意思是，他可以像早期的晶体管那样选择元件，当时有些电路只有在把晶体管分类为beta时才能工作。他可以手工调整电路，但没有人能批量生产。

“典型”是一个统计语句，它确定了一个虚构的平均水平;它对设备群中的一个点进行分类或命名。但总体中可能没有一个部分等于平均值，因为平均值是整体的陈述，而不是个体的。例如，让我们使用一串数字:1、2、7和10。总数是20，除以4得到5的平均值。因此，数字字符串不包含平均值(5)，但它包含平均值(7)，这是最接近平均值的数字。这与马克·吐温说过的一句话相呼应:“数字常常欺骗我，尤其是当我自己安排它们的时候。”

如果一个人依赖于每个部分的所有规格都是“典型的”，那么可能会有特定电路不工作的时候。那么，为什么半导体制造商在数据表上引用典型的规格呢?它们仅供一般参考。作为人类，我们在日常生活中做着类似的事情。例如，我们可能会谈论用“车长”来测量的距离。有一段时间，安全专家建议在我们的车和前面的车之间留出空间。题目说每10英里每小时要留出一车长的空间(60英里每小时意味着要留出6车长的空间)。这是一个一般的规则，不是一个精确的测量。毕竟，他们指的是Smart Car(8英尺或2.6米)或1956年的C llac (18.5英尺或5.9米)的长度吗?今天，同样的安全专家建议，当汽车经过道路上的一个固定点时，观察前方的汽车，每10英里每小时计算一秒。有人拿出秒表来测量一下吗?只有工程师才会想要测量纳秒——大多数人只会说，“一，一千;两个，一千个”，他们低声测量这个。

我们需要建立一个物理原型吗?

显然，为了正确地评估系统误差，有必要将不同的误差源加在一起。这就是为什么使用应用笔记(5,6)，计算器和设计工具作为指导来帮助评估精度，噪声，有效位数(ENOB)，带隙和良率(7,8)是很重要的。但工程师在讨论物理原型是否必要时，必须了解电路模拟的局限性。(注:关于物理原型的争论已经持续了几十年，这不会是这个话题的最后定论。)

为了加快仿真(SIM)过程，工程师经常简化器件模型。例如，在正常或正偏模式下建模晶体管和其他部件是很常见的。这是合乎逻辑的，因为这些是最常用的模式。我们将看到一种早期的SIM方法，称为集成电路仿真程序(SPICE(9))，这是一种电子电路模拟器，于20世纪70年代初在加州大学伯克利分校首创。典型的NPN晶体管模型工作时，正偏晶体管作为发射极跟随器或增益级。

线性正偏NPN晶体管发射极从动器(图3A)是典型SPICE模型中的模型。图3B是齐纳二极管。当我们将基极与发射极短路时，晶体管变成齐纳二极管，如图3C所示。SPICE模型能包括齐纳模式吗?当然，但它不是通常需要的，因此只会减慢并使模拟复杂化。这只是加快SIM卡速度的一个快捷方式。很多时候，线性模式被认为是理所当然的，电源没有指定。假定电源远离信号电压，因此部件永远不会在非线性模式下工作。工程师需要确保有足够的动力头和脚空间。事实上，在SPICE的许多版本运行之前，需要首先在单独的步骤中计算直流偏置点。这种晶体管模型的限制只是模拟和物理原型不同的一个领域;几乎所有的模型都是最小化的，以减少复杂性和减少模拟或运行时间。

此外，有时数据表不清楚所有参数。不久前，我在一家半导体公司工作，这家公司在单一的硅衬底上制造分立的晶体管，现在已经不存在了。有两个PNP和三个NPN晶体管是一起制造的，这样它们就能很好地匹配和跟踪温度。就在一个原型电路被布置成PCB之前，一位工程师注意到这两个电路不能很好地跟踪温度。他决定在集成电路中使用四个晶体管，它们被用作两个达林顿连接的发射器跟随器。每个电路使用一个PNP和一个NPN。因为它们只是发射极跟随器取代分立晶体管发射极跟随器，而且时间很关键，所以它们没有原型。电路板回来了，事情几乎工作-温度跟踪很好，但我们增加了巨大的差分增益和相位误差。这是我们第一次看到具有差分增益的发射极从动器，因为当寄生集电极电容随集电极电压变化时，差分增益通常出现在普通发射极放大器中。与低频增益相比，它导致高频增益的变化。

发生此错误的原因是数据表没有说明将晶体管与衬底隔离的后偏置二极管是可变电容二极管。可变电容(10)二极管，也称为“变容管”或“调谐二极管”，其电容随反向偏置二极管电压的变化而变化。这是一个物理原型所能揭示的惊喜。因此，在决定不创建原型时要非常小心。对于表面安装的部件(几乎不可能手工布线原型)，创建多个PCB布局是关键的一步。你的“原型”可能是三种布局中的第一种，最终的板子可能是第三种布局。

结论

我们中的许多人都很幸运，有父母、祖父母和导师提醒我们，在电子产品和生活中，没有真正的捷径。虽然在我们的设计中使用四舍五入、典型规格和快速模拟很有吸引力，但我们必须问自己，从长远来看，这些捷径是否真的节省了时间。数据表规格和模拟无法与工程师最宝贵的资产——知识和判断——的价值竞争。