Thiết Kế Tương Tự Trong Thiết Kế Vi Mạch: Vì Sao Vẫn Là Mảnh Ghép Không Thể Thiếu Trong Thời Đại Kỹ Thuật Số?

Thiết Kế Tương Tự Trong Thiết Kế Vi Mạch: Vì Sao Vẫn Là Mảnh Ghép Không Thể Thiếu Trong Thời Đại Kỹ Thuật Số?

Trong thời đại mà hầu như mọi thiết bị – từ điện thoại, TV, tai nghe đến xe điện – đều gắn mác “digital”, không ít người từng hỏi: “Kỹ sư analog rồi sẽ… thất nghiệp chăng?”. Thực tế, câu hỏi ấy đã vang lên suốt hơn nửa thế kỷ và lần nào câu trả lời cũng giống nhau: Thiết kế analog không chỉ chưa lỗi thời, mà còn là nền móng của mọi hệ thống điện tử hiện đại.

 

1. Giao Tiếp Với Thế Giới Thực Luôn Bắt Đầu Bằng Analog

Mọi hệ thống điện tử đều phải:

• Cảm nhận (Sensing) tín hiệu vật lý: ánh sáng, âm thanh, điện trường, sóng RF, nhiệt độ…
• Xử lý (Processing) tín hiệu đã cảm nhận.

Phần “dữ liệu” mà bộ xử lý thấy – dù là hình ảnh hay âm thanh – cuối cùng cũng chỉ là các chuỗi 0/1. Nhưng để chạm được tới thế giới số ấy, ta buộc phải đi qua “cửa ngõ” analog:

• Smartphone: anten thu sóng RF (analog), khuếch đại / trộn tần, rồi sau đó mới đến khối số hóa và xử lý baseband.
• Camera: cảm biến CMOS đo cường độ photon (analog) thành điện áp, khuếch đại, lấy mẫu – rồi mới nén thành JPEG.

Analog giống như chiếc phiên dịch viên duy nhất có thể nghe “ngôn ngữ tự nhiên” của thế giới vật lý và chuyển sang “ngôn ngữ nhị phân” cho bộ xử lý.

 

2. Tại Sao Không “Số Hóa Một Phát Cho Xong”?

Ý tưởng nghe có vẻ gọn: đưa thẳng tín hiệu anten vào ADC, để DSP “cân” tất. Vấn đề nằm ở giới hạn thực tiễn:

Thú vị hơn: chính các kỹ sư analog là người… thiết kế ra ADC đó! Nói cách khác, dù công nghệ số phát triển, nó vẫn cần analog “dọn đường”.

 

3. Case Study: Thiết Bị Ghi Tín Hiệu Não (Neuro‑electronics)

• Tín hiệu: xung neuron vài millivolt, dài ~200 µs.
• Yêu cầu: gắn trong não bệnh nhân ⇒ nhiệt độ không tăng, pin tí hon chạy nhiều ngày.
• Thành phần tiêu tốn năng lượng nhất: khuếch đại đầu vào, ADC, bộ phát RF – tất cả đều là analog.
• Bài toán: làm sao khuếch đại đủ, lọc nhiễu, số hóa chính xác mà chỉ tốn vài µW? ⇒ Nghệ thuật thuần analog (low‑noise amplifier, chopper, SAR ADC, buck‑boost, v.v.).

Nếu khối analog không xuất sắc, toàn bộ hệ thống “đeo” trên não… chỉ là ý tưởng đẹp trên giấy.

 

4. Những “Mặt Trận” Analog Không Thể Thiếu

Mỗi bước tiến của AI, IoT, AR/VR, xe tự hành lại mở thêm “đất diễn” cho analog: công suất cao hơn, tiếng ồn thấp hơn, dải động rộng hơn.

 

5. Vì Sao Kỹ Sư Analog “Khó Tuyệt Chủng”

• Lý thuyết & trực giác: mô hình mạch, nhiễu, offset, dung sai – chưa thể “auto” hoàn toàn.
• Tối ưu đa mục tiêu: công suất ↔ nhiễu ↔ diện tích ↔ sai lệch quá trình. Công cụ EDA hỗ trợ, nhưng con người vẫn làm “pha trộn gia vị”.
• Sáng tạo theo công nghệ mới: FinFET → Nanosheet → CFET; điện áp giảm, nhiễu tăng – analog phải đổi chiêu.
• Cầu nối liên miền: hiểu cả digital (tín hiệu, thuật toán) và analog (vật lý linh kiện) để co‑design SoC.

 

6. Lời Kết

Analog là cánh cổng từ thế giới vật chất tới vương quốc số.

Chừng nào con người còn nghe, nhìn, chạm – tức là còn phát, thu, biến đổi những tín hiệu liên tục – thiết kế analog vẫn sẽ là xương sống của công nghệ. Đối mặt với yêu cầu nhỏ hơn, nhanh hơn, ít hao pin hơn, các kỹ sư analog không bị thay thế; họ được yêu cầu nhiều hơn.

Nếu bạn đang phân vân lối đi trong ngành điện tử, đừng vội quay lưng với analog. Chính bạn có thể là người kiến tạo mạch khuếch đại vài µW cho cảm biến y sinh, hay bộ PLL cấp tín hiệu 200 GHz cho mạng 6G trong tương lai gần.

 

#iCdemy #AnalogDesign #LowPowerDesign #NeuroElectronics #IoT #RFDesign #HighSpeedI/O #MixedSignal #ICdesign #SignalIntegrity #AnalogVsDigital