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出版者:第1版 (2005年6月1日)

作者:張陽天

出品人:

頁數:299

译者:

出版時間:2005-6

價格:28.00元

裝幀:平裝

isbn號碼:9787302110682

叢書系列:

圖書標籤:

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• PCB設計
• 電子工程
• 電路闆
• 設計軟件
• 原理圖
• PCB布局
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《高頻電路設計與實踐：從理論到係統實現》 書籍主題： 本書聚焦於現代通信、雷達以及射頻識彆（RFID）係統中至關重要的高頻電路設計，涵蓋瞭從基礎理論建立到復雜係統集成的全流程實踐。 目標讀者： 本書麵嚮電子工程、通信工程、微電子學等相關專業的本科生、研究生，以及在一綫從事射頻（RF）與微波電路設計、係統集成、器件選型與性能優化的工程師和技術人員。對電路理論有基本瞭解，希望深入掌握高頻特性的工程師將從中受益匪淺。 --- 第一部分：高頻基礎與傳輸綫理論（Fundamentals and Transmission Line Theory） 本部分奠定理解高頻現象的理論基礎，強調傳統低頻電路分析方法在高頻下的局限性。 第一章：高頻效應與電路模型重塑 電磁兼容性（EMC）基礎概述： 簡述高頻信號的傳播特性如何影響電路的可靠性與性能。 集總元件與分布元件的界限： 詳細分析何種頻率下元件的寄生參數（如電感、電容）開始顯著影響電路行為。 史密斯圓圖的深入應用： 不僅是阻抗匹配的工具，更深入探討其在分析有源器件穩定性和帶寬限製中的作用。介紹其在非標準阻抗環境下的應用技巧。 第二章：傳輸綫理論的工程化應用 特性阻抗的精確計算與控製： 針對微帶綫、帶狀綫、共麵波導等多種典型傳輸綫結構，介紹其特徵阻抗的精確電磁場求解方法，並討論製造公差對阻抗匹配的影響。 反射、駐波與迴波損耗： 深度解析電壓駐波比（VSWR）的物理意義，以及迴波損耗（Return Loss）與網絡分析儀測量的工程關聯。 非理想傳輸綫的影響： 探討傳輸綫長度、介質損耗（Tan $delta$）和導體集膚效應（Skin Effect）對信號完整性的衰減和時延的影響。 第三章：S參數：高頻電路的通用語言 S參數的物理意義與推導： 係統性介紹二端口、多端口網絡S參數的定義、測量方法及其在不同工作狀態（如匹配、不匹配）下的解讀。 從S參數到Y、Z、H參數的轉換： 提供工程上常用的轉換矩陣和計算方法，並分析在特定設計場景（如噪聲分析）下使用不同參數集的優劣。 穩定性分析： 利用K因子和B1因子，結閤輸入反射係數（$Gamma_{in}$），詳細闡述有源器件（如晶體管）的單端口和雙端口穩定性判據。 --- 第二部分：無源射頻電路設計（Passive RF Circuit Design） 本部分側重於濾波器、耦閤器和匹配網絡等核心無源電路的設計與優化。 第四章：射頻濾波器設計原理與實現 原型濾波器綜閤： 詳細講解巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和橢圓（Elliptic）濾波器的理論基礎、階數選擇標準和元件值查找錶。 頻率選擇性網絡的物理實現： 討論集總元件濾波器（LC）在高頻下的寄生效應處理，以及分布式元件濾波器（如腔體濾波器、集總式LC分布式網絡）的設計方法。 耦閤與交叉耦閤技術： 介紹局部耦閤（L-C Coupling）和交叉耦閤（Cross-Coupling）在構建高階、高Q值濾波器中的應用，特彆是用於實現群延遲綫性化（近似皮薩效平坦化）。 第五章：功率分配與組閤網絡 阻抗匹配網絡設計： 涵蓋L型、Pi型、T型匹配網絡在史密斯圓圖上的實現步驟，並引入電路仿真工具（如Keysight ADS/Cadence SpectreRF）輔助優化，實現寬帶匹配。 無源耦閤器與定嚮耦閤器： 深入分析90度混閤耦閤器（Hybrid Coupler，如Branch-line和Rat-race）和3dB定嚮耦閤器（如Lange Coupler）的原理、設計公式及其在平衡放大器和隔離器中的應用。 功率分路器/閤路器（Power Dividers/Combiners）： 討論等效電路模型、實現技術（如電阻分路、基於耦閤綫的設計）及其在多載波功率放大器前端的應用。 --- 第三部分：有源射頻電路：放大器與振蕩器（Active RF Circuits: Amplifiers and Oscillators） 本部分深入探討高頻放大器和振蕩器的核心設計挑戰，重點關注噪聲、綫性度和相位噪聲控製。 第六章：低噪聲放大器（LNA）設計 噪聲理論與噪聲因子（NF）： 詳細闡述等效輸入噪聲電壓/電流、散粒噪聲和熱噪聲，以及Friis噪聲公式在多級放大器中的應用。 最佳噪聲匹配與最佳增益匹配： 解釋如何利用晶體管的噪聲圓圖，在給定工作點下同時優化噪聲係數和增益。 LNA的結構選擇與實現： 比較共源、共基、共射、共射極（Cascode）結構在高頻下的優缺點，並討論反饋技術在穩定性和帶寬擴展中的作用。 第七章：功率放大器（PA）設計與綫性化 高效率工作模式： 深入分析甲類、乙類、AB類、C類、D類及F類等工作模式的效率與失真特性，重點介紹用於通信係統的高效率模式（如D類和F類）。 非綫性失真分析與指標： 掌握三階截點（IP3）、飽和功率（Psat）和包絡跟蹤（Envelope Tracking）技術在現代通信係統（如5G/6G）中的應用。 源極/漏極匹配與熱管理： 討論功率管的偏置電路設計、熱阻的計算，以及如何通過優化輸入/輸齣匹配來最大化輸齣功率和效率。 第八章：混頻器與頻率閤成 混頻器的原理與拓撲： 介紹上變頻和下變頻混頻器的基本原理，重點分析有源混頻器（如倍頻器、單平衡、雙平衡混頻器）的轉換損耗、本振泄漏和寄生抑製。 本地振蕩器（LO）設計： 討論LC振蕩器（Colpitts, Hartley）和壓控振蕩器（VCO）的設計關鍵參數——相位噪聲（Phase Noise）的理論分析與優化。 頻率閤成技術： 詳細介紹鎖相環（PLL）的工作原理、關鍵組件（鑒相器、電荷泵、環路濾波器）的設計，以及如何通過環路帶寬控製實現相位噪聲的抑製和快速鎖定。 --- 第四部分：係統集成與測量驗證（System Integration and Measurement Validation） 本部分將理論和設計轉化為實際可測量的係統，關注設計流程中的關鍵工程環節。 第九章：電磁仿真與電磁兼容（EMC） 高級電磁（EM）仿真工具使用： 介紹HFSS、CST等全波電磁仿真軟件在分析復雜結構（如封裝效應、天綫耦閤）時的建模技巧。 片上無源器件的寄生建模： 探討如何根據製造工藝角（Process Corner）建立精確的電感、電容的寄生模型，並進行S參數提取。 電磁兼容性考量： 結閤高頻布局設計，講解地平麵設計規則、去耦電容的布局優化，以及串擾（Crosstalk）的分析與抑製。 第十章：射頻係統指標與測試驗證 係統級鏈路預算分析： 教授如何進行完整的接收機和發射機鏈路預算計算，包括噪聲係數、非綫性裕度、靈敏度（Sensitivity）和阻塞（Blocking）性能的預測。 關鍵射頻測試方法： 詳細介紹矢量網絡分析儀（VNA）的校準（SOLT、TOSM）、功率放大器的ACPR/EVM測量，以及相噪測試的實際操作規範。 高速數字/模擬混閤信號的隔離： 討論在同一PCB上混閤RF電路與高速數字電路時，如何通過分割、屏蔽和嚴格的電源濾波來最小化相互乾擾。 --- 本書特色： 本書強調“設計導嚮”，所有理論推導都緊密結閤具體的工程應用場景和實際設計參數。每一章均配有詳盡的仿真實例和測量對比分析，使讀者能夠將書本知識直接轉化為可製造、可測試的射頻模塊。本書內容覆蓋瞭從GHz到數十GHz的應用範圍，為讀者提供構建下一代無綫通信係統的堅實技術棧。

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說實話，當我第一次拿到這本印刷精美的冊子時，我的主要關注點在於它對“前沿技術”的覆蓋程度。電子設計領域日新月異，如果一本教材不能跟上時代脈搏，那麼它的價值將大打摺扣。這本書的某些章節，尤其是在談及多層闆的阻抗控製和差分對的路由規範時，其深入程度遠超我預期的“入門”或“進階”級彆。它不僅僅是告訴你“怎麼做”，更深入地探討瞭“為什麼必須這麼做”，這背後涉及的電磁場理論和傳輸綫模型，被作者用一種非常巧妙的方式進行瞭簡化和圖形化錶達。我特彆欣賞其中關於“設計規則檢查”（DRC）的專題論述，它將那些容易被忽視的、但在實際流片或PCB製造中可能導緻災難性後果的細節問題，一一揪瞭齣來，並且給齣瞭極為嚴格的限製標準。這種近乎偏執的嚴謹性，對於追求零缺陷産品的工程師來說，簡直是如獲至寶。它迫使我重新審視自己過去在設計中那些“差不多就行”的心態，真正認識到每一個微小參數調整背後所蘊含的巨大工程意義。

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這本書的裝幀和紙張質量給我留下瞭非常好的第一印象，那種厚實且略帶啞光質感的紙張，即便是長時間在燈光下閱讀，眼睛也不會感到過分的疲勞。這種對閱讀體驗的重視，其實也從側麵反映瞭作者對內容質量的自信。尤其值得稱贊的是，書中大量的插圖和示意圖，其綫條的清晰度和色彩的對比度都達到瞭極高的水準。很多復雜的電路結構或層疊剖麵圖，如果沒有如此精美的可視化輔助，是很難在腦海中建立準確模型的。我個人對於其中關於“熱設計”的討論非常感興趣，它沒有采用枯燥的熱力學公式，而是通過一係列的散熱片選型案例和熱流密度分析圖，直觀地展示瞭元件布局對係統穩定性的影響。這種“講故事”式的技術解釋，使得原本冰冷的工程數據變得生動而易於理解，極大地提高瞭信息傳遞的效率。

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從一個資深設計師的角度來看，這本書最引人入勝之處，在於它對“設計哲學”的探討，而非單純的軟件功能羅列。很多工具書堆砌瞭大量的快捷鍵和界麵截圖，讀完後你依然不知道如何構建一個健壯的係統。然而，此書的某些篇幅，顯然是作者多年實踐經驗的沉澱。例如，書中關於“模塊化設計”和“層次化結構”的章節，它闡述的不是單純的層級劃分，而是如何通過閤理的結構組織，來應對未來可能齣現的修改和擴展需求，這是一種對“工程可維護性”的深刻洞察。再者，它在處理“仿真與驗證”環節時，並沒有停留在基本的DRC層麵，而是引入瞭更復雜的信號完整性分析（SI）和電源噪聲分析（PI）的初步概念，引導讀者建立起“設計即仿真”的思維模式。這種前瞻性的引導，使得這本書的生命周期得以延長，因為它教授的不僅僅是某一個軟件版本的操作，更是一種跨越工具代際的設計思維框架。我感覺作者是在試圖塑造一代更具係統思維的電子工程師。

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這本書的封麵設計著實吸引眼球，那種深沉的藍色調配上簡潔的白色字體，透露齣一種專業且嚴謹的氣息。我首先翻開目錄，映入眼簾的章節安排，清晰地勾勒齣瞭一套完整的設計流程，從基礎的原理講解到高級的技巧應用，似乎麵麵俱到。特彆是對於初學者而言，這種循序漸進的結構無疑是巨大的福音。我留意到其中關於PCB布局布綫的一些章節標題，它們不再是泛泛而談，而是直接點明瞭諸如“高速信號完整性優化”或是“電源完整性設計考量”這類極具實操價值的主題。這讓我感到，作者顯然是深諳電子設計領域中那些“痛點”所在，並且有信心提供切實可行的解決方案。閱讀過程中，我發現書中對軟件操作的描述極為詳盡，每一個菜單項、每一個對話框的設置，都配有清晰的截圖和文字注解，仿佛有一位經驗豐富的前輩手把手在教導，那種細緻入微的講解方式，極大地降低瞭新手上手的門檻。整體而言，這本書的排版和圖文的結閤度非常高，閱讀起來毫不費力，讓人願意一口氣讀下去，探究每一個設計細節背後的“為什麼”。

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讀完前半部分，我産生瞭去嘗試用書中的方法重新設計一個小項目的衝動。這本書的引導性非常強，它似乎總是在你産生疑問的那個臨界點，恰到好處地拋齣一個新的概念或者一個實用的技巧。例如，在討論如何處理高頻信號的過孔設計時，它不僅給齣瞭標準的阻抗匹配公式，還特彆強調瞭過孔等效電容的處理方法，這在很多同類書籍中常常是被一筆帶過的細節。書中對不同設計約束條件的權衡分析也做得非常到位，它沒有宣揚任何“萬能藥”，而是教導讀者如何在成本、性能和可靠性這三者之間找到最佳的平衡點，這纔是工程決策的核心所在。這種務實且充滿智慧的指導，讓這本書超越瞭一本單純的技術手冊，更像是一位經驗豐富的導師的私房筆記，字裏行間都流淌著對設計藝術的敬畏與熱愛。

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