アナログ電子回路の基礎理解と設計の考え方

半導体業界ではデジタル技術が主流ですが、現実世界の情報を取り込む「入り口」と、人や機器へ出力する「出口」にはアナログ技術が不可欠です。AI、自動車、IoT、画像センサなど半導体の用途が広がる中、アナログ信号処理の品質は製品性能を大きく左右しています。 　アナログ回路設計は、利得・速度・消費電力・ノイズなど複数の条件を満たしながら最適解を見つける、奥深く魅力的な技術分野です。本講座では、アナログ回路を「料理」に例え、CMOSトランジスタ、抵抗、容量、インダクタといった基本素子を材料として捉えながら学びます。 　MOSトランジスタの基本的な使い方から、基本回路、オペアンプの仕組みと設計の考え方、さらに周波数特性やノイズ特性までを、豊富なイメージ図と具体例を用いて分かりやすく解説します。アナログ回路の動作を直感的に理解し、設計の面白さを体感できる講座です。

1. アナログとデジタルの世界
   1. アナログ信号とデジタル信号の違いと特徴
   2. アナログ信号と切り離せないノイズの話
   3. システムの中でアナログ回路が担う役割
   4. 半導体プロセスの微細化とアナログ回路への影響
2. MOSトランジスタの動作原理 (二乗則)
   1. Vgs-Ids特性とVds-Ids特性
   2. アナログは飽和領域、デジタルは線形領域で使う
   3. アナログは入力電圧を出力電流に変換する素子
   4. デジタルはスイッチとして使う
3. アナログ電子回路の基本回路
   1. カレントミラー回路
   2. 差動対回路
   3. アクティブロード回路
   4. ソースフォロワー回路
   5. バンドギャップレファレンス回路
      • 半導体内部が100°温度変化しても1.2Vを保つ仕組み
4. オペアンプ設計の考え方
   1. 仕組みと動作
   2. 利得Aと誤差
   3. Aを追従する力に変える負帰還技術
   4. 増幅回路
      • 非反転増幅回路
      • 反転増幅回路
   5. 演算回路の例
      • 加算回路
      • 積分回路
      • 微分回路
   6. オペアンプの内部回路 (概要)
   7. オペアンプ設計のポイント
      • 要求仕様に合わせて利得Aを決める
   8. 高い利得Aを実現する回路構成
   9. 周波数特性
      • 周波数で考えると微分&積分方程式は不要
   10. 位相補償で安定動作
       • 発振させないための位相補償
   11. ノイズの考え方
       • ノイズを削減するには、帯域制限一番
   12. スイッチドキャパシタ回路
       • 容量に電荷を貯めて転送する仕組み
• 質疑応答