電路拓樸(circuit topology)
當你決定要過河時,你會先選擇渡河的「種類」——人行橋、渡輪、隧道——才去煩惱要買哪種螺栓。電路拓樸就是那個關於形狀的高層次選擇:各個積木的排列方式,以及它們如何相連,是在任何確切元件值之前就決定的。它回答的是「這是哪一種電路」,還不是「零件是什麼」。一個電源可以是線性穩壓拓樸,也可以是降壓交換拓樸;一個放大器可以是共射極、射極隨耦器,或是運放非反相拓樸。目標相同,形狀卻大不相同。
選拓樸主要靠辨識:有經驗的設計者腦中有一座已知形狀的圖書館,每種都有自己的個性,他把問題對上其中之一。要從 5 V 低電流做出乾淨安靜的 3.3 V?選 LDO(低壓差穩壓)拓樸。要從 3.7 V 電池做出 12 V?選升壓拓樸,因為線性穩壓器根本做不出更高的電壓。要放大一個疊在兩條線共有雜訊之上的微小感測訊號?選差動或儀表放大器拓樸,因為那種形狀會拒斥兩個輸入共有的東西。拓樸決定了電路的根本能力與極限;元件值只是在微調它。
更深的一課是:拓樸的決定主宰了它之後的一切。選錯形狀,再怎麼仔細挑元件也救不回來——你無法把降壓轉換器調得安靜,也無法把線性穩壓器在大壓降下調得有效率。這正是為什麼閱讀參考設計與經驗證的形狀如此重要:大多數好拓樸早已被發明出來,而一位強設計者的標誌,是選出能滿足規格的最簡單已知形狀,而非發明一個沒人除過錯的聰明新形狀。
要從 5 V 在 50 mA 下做出 3.3 V,線性穩壓(LDO)拓樸又小又安靜,只浪費 (5 - 3.3) times 0.05,約 85 mW。但要從 12 V 在 1 A 下做出 3.3 V,同樣的拓樸會把 (12 - 3.3) times 1、約 8.7 W 全燒成熱,所以正確的形狀反而是降壓交換拓樸。
同樣的輸出、兩種電壓——正確的拓樸就完全翻轉了。
決定「什麼是可能的」是拓樸,而不是料號。選出契合規格的形狀,是整個設計中槓桿最大的單一決定。