認識微電子
這一章不算難，是整學期的「地圖」。老師會用手機、相機這些你天天摸的東西，告訴你後面七章的電晶體、放大器到底被拿去做什麼用。
- 1.1 Electronics versus Microelectronics
- 1.2 Example of Electronic System: Cellular Telephone
- 1.3 Analog versus Digital
微電子到底是什麼
想像你有一盒樂高。以前的電路是「大顆樂高」，一個手掌只能放五六顆。後來有人發明了「米粒大的樂高」，同樣一個手掌可以放幾十億顆——而且是機器幫你自動拼好的。
這門課，就是在教你認識那幾種最基本的小樂高（二極體diode、電晶體transistor），還有怎麼用它們拼出有用的東西。
正式說法：微電子學microelectronics 研究的是如何把大量的電子元件製作在一小片矽晶片silicon chip上，構成積體電路integrated circuit, IC。Razavi 這本書的主軸，就是從最底層的半導體物理semiconductor physics一路蓋到能用的放大器amplifier電路。
為什麼一定要做小？三個理由，考試問「advantages of integration」就答這三個：
- 便宜 — 一次做出幾千顆晶片，平均成本降到幾乎為零。
- 快又省電 — 線路變短，寄生電容parasitic capacitance變小，訊號跑得快、耗電低。
- 一致性好 — 同一片晶片上的元件特性幾乎一樣，這件事在類比電路裡超級重要（後面的電流鏡current mirror、差動放大器differential amplifier全靠它）。
發射機與頻率上轉換
你的聲音頻率很低（幾百 Hz 到幾 kHz）。如果直接用天線發射出去，天線要做到幾十公里長才有效率——不可能。
所以要先把聲音「搬」到很高的頻率（例如 900 MHz），天線就只要幾公分。搬完發射出去，對方收到再搬回來。
怎麼搬？把兩個正弦波相乘。相乘之後，頻率就跑到新的位置去了。
正式說法：上轉換up-conversion 是把基頻baseband訊號乘上一個高頻載波carrier。老師投影片 p.3 的重點句：「When multiplying two sinusoids in time domain, their spectra are convolved in frequency domain.」——時域相乘 = 頻域捲積，結果就是頻譜被搬到載波頻率兩側。
發射機（老師 p.4）：兩個頻率相乘後由天線輻射出去（圖 a）；但訊號太弱推不動天線，所以要再加一顆功率放大器power amplifier, PA（圖 b）。
手機裡的一條訊號鏈
你在很吵的操場上，聽到遠方朋友對你喊話。他的聲音傳到你耳朵時已經超~級~小聲了。你得先「豎起耳朵把聲音放大」，再「把背景的吵雜聲濾掉」，最後「聽懂他在說什麼」。
手機收訊號一模一樣：放大 → 搬移頻率 → 濾雜訊 → 轉成數字。
這張圖的重點不是要你背方塊順序，而是要你記住一件事：訊號一開始非常小，小到被雜訊淹沒。所以第一顆一定是 低雜訊放大器low-noise amplifier, LNA——它自己不能太吵，不然放大的是雜訊不是訊號。
類比與數位訊號
類比就像水龍頭：可以開一點點、開一半、開超大，中間有無限多種可能。
數位就像電燈開關：只有「開」和「關」，沒有中間。
真實世界（聲音、光、溫度）通通是類比的；電腦只懂數位。所以中間一定要有人當翻譯——那就是 類比數位轉換器analog-to-digital converter, ADC。
正式說法：類比訊號analog signal的振幅與時間都是連續的（continuous），數位訊號digital signal則是離散的（discrete）。數位之所以贏，是因為它抗雜訊：訊號只要還看得出是靠近 0 還是靠近 1，就能被完整「重生」回乾淨的方波。
但別誤會——數位電路的內部其實是類比的。一個 反相器inverter 在切換的那一瞬間，電壓是連續爬上去的。這就是為什麼資工系也要學電子學。
放大器與增益
放大器就是個「擴音器」。你小小聲說話（輸入），它大大聲放出來（輸出）。增益就是「放大了幾倍」。
但擴音器有個規矩：不能亂加東西。你說「媽媽」，它就要放大成「媽媽」，不能變成「爸爸」——那叫失真distortion。
線性 (linear) 放大器的定義：輸出 = 輸入乘上一個固定倍數。這件事在真實元件上永遠只是「近似」，而讓它近似成立的技巧，就是整本書最重要的觀念——小訊號分析（small-signal analysis，第 4 章開始天天用）。
開學前的電路基本功
KCL（節點電流）＝ 十字路口進去幾台車，就要出來幾台車。
KVL（迴路電壓）＝ 你爬樓梯繞一圈回到原點，總高度變化一定是 0。
戴維寧等效＝ 不管盒子裡面裝多複雜，從外面看起來，它就只是「一顆電池 + 一顆電阻」。
這學期你會不停地做一件事：把電晶體換成它的等效模型，然後解一個很簡單的電阻電路。所以如果 KVL/KCL 生疏了，現在補是最划算的時機。