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出版者:航空工业

作者:霍曼

出品人:

页数:306

译者:

出版时间:2007-9

价格:50.00元

装帧:

isbn号码:9787801839855

丛书系列:世纪航空科技从书

图书标签:

• 航空电子
• 航空电子学
• 航空航天
• 电子工程
• 嵌入式系统
• 飞行控制
• 雷达系统
• 导航系统
• 通信系统
• 传感器技术
• 现代技术

电子工程领域新视野：高精度传感与嵌入式系统实践 本书聚焦于当前电子工程领域最前沿的两个核心支柱：高精度传感器技术与高性能嵌入式系统设计。我们旨在为读者提供一套全面且深入的理论指导与实践案例，帮助工程师和研究人员驾驭日益复杂和集成化的电子系统开发挑战。 --- 第一部分：新一代传感器的原理、选型与集成 传感器是现代电子系统的“感官”，其性能直接决定了整个系统的精度和响应速度。本部分将彻底剖析支撑工业 4.0、物联网（IoT）以及生物医学工程等尖端应用所需的关键传感器技术。 第一章：微纳机电系统（MEMS）传感器深度解析 MEMS技术已成为高精度测量的基石。本章将从物理学基础出发，详细讲解基于硅材料的加速度计、陀螺仪、压力传感器和流量传感器的结构设计、工作机理及制造工艺。 1.1 压电与压阻效应的深入研究： 区分压电效应在振动测量和能量收集中的应用差异，探讨压阻效应在应变片设计中的非线性补偿技术。 1.2 惯性测量单元（IMU）误差模型与校准： 重点分析双积分漂移、科里奥利效应和温度漂移对高精度导航系统的影响。介绍卡尔曼滤波（Kalman Filtering）及其扩展形式（EKF/UKF）在IMU数据融合中的应用，包括七自由度（7-DoF）和九自由度（9-DoF）系统的具体实现流程。 1.3 光学传感器的革新： 不仅仅停留在传统的光纤传感器，本章将深入探讨基于激光雷达（LiDAR）的飞行时间（ToF）技术、干涉测量法（如Fizeau干涉仪在形貌测量中的应用），以及光谱传感技术在化学成分快速识别中的潜力。 第二章：先进信号调理与数据采集（DAQ） 原始传感器信号通常微弱且噪声大，有效的信号调理是保证最终数据质量的关键瓶颈。 2.1 低噪声放大器（LNA）设计精要： 探讨跨阻放大器（TIA）在光电二极管信号采集中的应用，重点分析如何通过拓扑选择和器件选型将输入参考噪声密度控制在皮伏级别。详细介绍斩波稳定技术和自举技术在直流（DC）信号高精度测量中的作用。 2.2 抗混叠滤波器与过采样技术： 深入理解奈奎斯特采样定理的局限性，对比模拟滤波器（Chebyshev, Bessel）与数字滤波器的设计权衡。阐述Σ-Δ调制器的工作原理，及其在提高有效位数（ENOB）和抑制量化噪声方面的优势。 2.3 高速模数转换器（ADC）接口设计： 分析SAR、流水线（Pipelined）和逐次逼近式ADC的内部结构和适用场景。重点讲解如何设计匹配的驱动电路以优化建立时间（Settling Time）和时钟抖动（Clock Jitter）对系统精度的影响。 --- 第二部分：高性能嵌入式系统的硬件架构与实时控制 现代电子系统的智能性依赖于强大的计算核心与高效的软件协同。本部分聚焦于嵌入式处理器的选型、系统级优化以及面向特定任务的实时操作系统（RTOS）实践。 第三章：多核异构计算平台的构建与优化 随着摩尔定律的演进，通用处理器（CPU）的性能提升趋缓，异构计算成为提高系统能效比的关键。 3.1 DSP、FPGA与GPU的协同设计： 详细对比数字信号处理器（DSP）在定点运算中的高能效性，以及现场可编程门阵列（FPGA）在硬件并行加速和超低延迟I/O控制上的无可替代性。介绍如何利用OpenCL或特定厂商的工具链实现任务在CPU、GPU和FPGA之间的有效调度。 3.2 内存层次结构与缓存一致性： 分析现代片上系统（SoC）中的多级缓存（L1/L2/L3）对程序执行效率的影响。探讨在多核环境下，如何通过内存屏障（Memory Barrier）和缓存一致性协议（如MESI）来保证数据在不同核心间同步的正确性。 3.3 低功耗设计与电源管理单元（PMU）： 针对便携式和边缘计算设备，介绍动态电压与频率调节（DVFS）策略。分析先进的睡眠模式（如深度休眠、待机）的唤醒延迟特性，并提供基于负载预测的功耗优化算法。 第四章：实时操作系统（RTOS）的深度应用 对于需要严格时间约束的控制系统，RTOS是保障系统可靠性的软件基石。 4.1 任务调度算法的性能分析： 详细对比固定优先级抢占式调度（Rate Monotonic Scheduling, RMS）与动态优先级调度（Earliest Deadline First, EDF）。提供在实际工程中，如何通过优先级继承（Priority Inheritance）或优先级天花板（Priority Ceiling）协议解决优先级反转问题的实战案例。 4.2 中断服务程序（ISR）与上下文切换的延迟分析： 阐明快速ISR设计原则，避免在ISR中进行耗时的计算或I/O操作。精确测量和最小化上下文切换的开销，这是实现微秒级响应控制循环的基础。 4.3 互斥访问与同步机制的正确使用： 深入探讨信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）和事件标志（Event Flag）的使用场景。特别指出在分布式系统中，如何利用分布式锁机制（如基于Paxos或Raft协议的实现）保证全局状态的一致性。 --- 第三部分：系统级可靠性与电磁兼容性（EMC） 高性能电子系统的设计必须与极高的可靠性和抗干扰能力并重。 第五章：高密度电路板（PCB）的信号完整性（SI）与电源完整性（PI） 5.1 传输线理论的PCB实现： 详细讲解特征阻抗匹配、过冲/下冲控制。重点分析高速信号（如DDR接口、PCIe）的串扰（Crosstalk）源和耦合路径，介绍差分对的蛇形走线技术及其长度补偿方法。 5.2 电源网络的设计与去耦策略： 将电源视为一个复杂的网络而非简单的供电路径。分析去耦电容的ESR/ESL对高频噪声抑制的影响，介绍电源平面与地平面的分割技术（Pour Planning），以及如何利用电磁仿真工具（如HFSS/CST）验证PI效果。 第六章：电磁兼容性（EMC）设计与测试标准 6.1 辐射发射（RE）与传导发射（CE）的机理： 将EMC问题从“合规性检查”提升到“设计环节”。分析环路面积、缝隙辐射和共模/差模噪声的产生机理。 6.2 屏蔽、滤波与接地技术： 讲解法拉第笼的有效实现，PCB上的地线设计（单点接地、混合接地）。系统介绍共模扼流圈和TVS二极管在抑制瞬态干扰中的应用，并结合IEC/CISPR标准解读实际测试报告。 --- 本书适合对象： 电子系统工程师、嵌入式软件开发人员、高级电子设计专业学生，以及对高精度测量和实时控制技术有深入兴趣的专业人士。通过本书的学习，读者将能够独立设计和调试具有行业领先性能的复杂电子系统。

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这本书的叙事风格简直是令人精神焕发，它完全没有传统技术书籍那种刻板、教条的写作腔调。作者的文笔中透露出一种近乎诗意的浪漫，尤其是在描述那些复杂的算法逻辑和系统架构时，他总能找到一些非常新颖且贴切的比喻。举个例子，当他解释冗余系统如何实现故障自愈时，他没有堆砌冗余度、投票机制这类术语，而是将其比喻成一支经验丰富、相互信任的登山小队，即使领队失足，其他队员也能立刻接替，确保任务不中断，这种画面感极强，瞬间就将抽象的技术概念具象化了。阅读过程中，我甚至能体会到作者对这个领域深沉的热爱和那种探索未知的兴奋感。他似乎不是在“告知”知识，而是在“分享”他自己沉浸其中的奇妙世界，那种行云流水般的叙述，让人读起来心悦诚服，仿佛身临其境地参与了这些尖端系统的设计与调试过程，非常引人入胜。

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坦白说，这本书的内容组织结构给我造成了不小的困扰。它给我的感觉更像是一部精彩的、但时间线混乱的纪录片合集，而不是一部线性发展的教科书。章节之间的逻辑跳跃性非常大，一个章节还在深入探讨飞行控制器的硬件选型和供应链管理问题，而紧接着的下一章，却陡然转入了对未来量子计算在导航定位系统中应用的理论畅想。这种跨度极大、缺乏过渡的章节安排，使得我很难建立起一个连贯的知识体系框架。我常常需要频繁地翻回前面的章节，试图找出“为什么”会跳到这里，或者“如何”从前一个技术点发展到当前讨论的这个前沿课题。这种“碎片化”的呈现方式，虽然在某些时刻能带来知识上的“惊喜”和启发，但在需要进行系统复习或进行交叉验证时，就显得力不从心了，知识点散落各处，不易于整合和吸收。

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这本书的装帧设计得非常有质感，那种略带磨砂的封面触感，加上封面上那几条流线型的银色线条，一下子就抓住了我的眼球。我一直对实体书的触感很挑剔，但这本书的纸张厚度适中，油墨的印制清晰锐利，即便是那些复杂的电路图和内部结构剖面图，也能看得一清二楚，没有丝毫的模糊感。打开扉页，设计师巧妙地运用了一种深蓝色的背景色调，仿佛置身于万米高空的星空之下，这立刻为阅读设定了一种专业而又充满未来感的基调。内页的排版更是体现了出版方对细节的极致追求，字体大小的间距拿捏得恰到好处，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。我特别注意到书脊的装订非常牢固，即便是频繁翻阅查找特定章节，也丝毫没有松动的迹象，这对于经常需要参考的工具书来说，简直是太重要了。整体来看，这不仅仅是一本书，更像是一件精心制作的工艺品，光是把玩欣赏，就已经是一种享受了。它传递出一种信息：这本书的内容绝对是经过了深思熟虑和精心打磨的，让人在接触的第一秒就充满了阅读的期待感。

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我必须承认，书中对于某一特定领域的深度挖掘，达到了令人瞠目结舌的程度，这绝对是这本书最闪光也最“可怕”的地方。当涉及到特定的新型总线协议和数据链路的安全加密算法部分时，作者展现出了令人难以置信的专业广度和细节掌控力。他不仅罗列了协议的各个帧结构和时序图，还深入分析了不同设计哲学下的性能权衡，甚至引用了多家国际标准组织的内部会议纪要来佐证某一关键参数的确定过程。这哪里是普通的工程书籍，简直就是一份为资深专家准备的“内参”或“白皮书”。对于那些想在某一细分领域成为顶尖专家的读者来说，这里面蕴含的价值是无可估量的，任何一篇顶级会议的论文可能都无法提供如此详尽和具有实操性的深度剖析。然而，对于我这样的普通学习者而言，这部分的篇幅实在过于庞大和深入，读起来更像是在啃一块难以消化的“硬骨头”，很多专业术语和细微差别的解释，我只能囫囵吞枣，深知其重要性，却苦于无法完全消化吸收其中的精髓。

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我带着一种近乎朝圣般的心情翻开了第一章，然而，映入眼帘的内容，却让我感到了一丝丝的迷茫，甚至可以说是“云里雾里”。作者似乎预设了读者已经拥有了非常扎实的电子工程学背景，开篇就直接抛出了一堆高阶的数学模型和晦涩的信号处理理论，仿佛我们都是刚从顶尖实验室里走出来的博士生。比如，在介绍基本传感器原理的时候，他并没有用类比或图示来逐步引导，而是直接引用了某个晦涩的拉丁文文献中的公式推导，那个推导过程之复杂，让我不得不停下来，拿出我尘封已久的高等数学课本，试图去重温那些偏微分方程的解法。这对于我这种希望通过阅读来系统性学习的业余爱好者来说，门槛未免设置得太高了，读起来更像是听一场顶尖教授之间的学术辩论，而非一本面向市场的科普或专业入门书籍。我感觉自己像是一个拿着放大镜试图看清太阳的普通人，光芒太盛，反而被刺痛了眼睛，需要极大的耐心和专业知识储备才能勉强跟上作者的思维跳跃速度。

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