学习模拟系统设计的MOSbius方案

在数字系统设计领域，爱好者和学生拥有多种学习工具，从现场可编程门阵列（FPGA）到Tiny Tapeout芯片提交方案。然而，模拟设计领域的类似工具一直较为稀缺。虽然可以通过LTspice等仿真软件创建模拟电路并进行理论验证，但实际搭建电路并测量其真实行为具有不可替代的价值。模拟设计的测量复杂度在于测试设备本身可能影响测量结果。

为填补这一教育空白，某机构电气工程系团队开发了MOSbius——一款兼容面包板的芯片，可视为面向模拟设计的现场可编程晶体管阵列。

技术架构与特性

MOSbius基于金属氧化物半导体（MOS）晶体管构建，包含n型和p型晶体管。芯片配备68个引脚，其中：

• 63个引脚连接独立晶体管或常用模拟子电路（如电流镜和运放级）
• 2个引脚用于正负供电电压
• 3个引脚用于编程内置开关矩阵

开关矩阵可通过650位比特流编程，将任意晶体管/子电路引脚连接到10条内部总线。编程通过运行Python脚本的微控制器实现，支持将JSON文件转换为比特流。工作电压为2.5V，配套PCB板提供3.3V至2.5V电平转换及过压保护功能。

实际应用价值

与离散元件不同，集成电路元件存在显著差异：

• 外部通孔元件电阻精度可达1-5%，而集成元件偏差可达30%
• 实际模拟电路需预留设计裕量，需通过实际测量理解电路行为变化
• 测量时测试探针的接入可能改变电路特性，这要求设计者掌握精准测量技术

MOSbius支持从本科生到研究生级别的电路实验，包括：

• 经典555定时器集成电路复现
• LED闪烁等基础硬件演示
• 通过实际节点测量深入理解电路行为

开发背景与获取方式

该芯片源于某机构集成电路项目批量制造时的剩余空间利用，首批生产150片。现以成本价150美元向教育机构提供套件，包含完整教程和实验手册。团队正在开发改进版本，未来计划通过商业合作扩大供应规模。

通过实际电路搭建获得的实践认知将远胜于公式记忆，这种"顿悟时刻"正是MOSbius设计的核心价值所在。