Digital Circuit Analysis and Design With Simulink Modeling pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Orchard Pubns

作者:Karris, Steven T.

出品人:

页数:548

译者:

出版时间:

价格:579.00 元

装帧:Pap

isbn号码:9781934404058

丛书系列:

图书标签:

• 数字电路
• 电路分析
• Simulink
• 建模
• 数字设计
• 电子工程
• 仿真
• Verilog
• VHDL
• 逻辑电路

电路分析与设计：理论、实践与现代工具的融合 本书旨在为读者提供一个全面而深入的电路分析与设计知识体系，强调理论基础与实际应用相结合，并融入现代仿真工具，以应对日益复杂的电子系统设计挑战。本书的适用对象广泛，包括电子工程、通信工程、计算机科学等专业的本科生、研究生，以及致力于提升电路设计技能的工程师和技术人员。 第一部分：基础理论与经典电路分析 本部分将从最基本的电学概念出发，循序渐进地构建读者的理论框架。 电路基础： 详细阐述电荷、电流、电压、电阻、电容、电感等基本概念，介绍欧姆定律、基尔霍夫电压定律（KVL）和基尔霍夫电流定律（KCL），并提供丰富的示例说明如何应用这些定律分析简单电路。 元件模型： 深入剖析线性元件（电阻、电容、电感）的伏安特性，以及它们的串并联组合等效计算。同时，介绍理想和实际的二极管、晶体管（BJT、MOSFET）等有源元件模型，为后续分析奠定基础。 节点电压法与网孔电流法： 系统介绍这两种强大的电路分析方法，并辅以大量实例，展示如何系统地建立方程并求解复杂电路中的电压和电流。 叠加定理与等效变换： 讲解叠加定理在多源电路分析中的应用，以及戴维宁定理和诺顿定理如何简化复杂电路，降低分析难度。 暂态分析： 重点分析包含电容和电感的RL、RC、RLC电路的暂态响应，理解电容和电感在瞬时激励下的充放电过程，以及零输入响应和零状态响应的概念。 正弦稳态分析： 介绍相量法，用于分析交流电路的稳态响应。详细讲解阻抗、导纳的概念，并应用KVL、KCL、叠加定理、等效变换等方法分析复杂的正弦稳态电路，包括功率计算（瞬时功率、平均功率、视在功率、无功功率）和功率因数。 第二部分：高级电路分析与设计技术 本部分将进一步拓展电路分析的范围，并引入更高级的设计思想。 二阶电路与高阶电路： 探讨二阶（RLC）电路的响应特性，包括过阻尼、临界阻尼和欠阻尼情况。并简要介绍高阶电路的分析方法。 耦合电感与变压器： 深入理解耦合电感的原理，包括互感、耦合系数等概念，以及变压器的作用和工作原理，如电压变换、阻抗匹配等。 非线性电路分析： 介绍非线性元件（如二极管、晶体管）的特性曲线，以及简单的图解法和迭代法分析非线性电路。 傅立叶级数与拉普拉斯变换： 讲解傅立叶级数分析周期性信号在电路中的响应，以及拉普拉斯变换如何将时域微分方程转化为频域代数方程，极大地方便了电路分析，特别是暂态分析。 滤波器的设计与分析： 介绍各种滤波器（低通、高通、带通、带阻）的基本原理，包括通带、阻带、截止频率、中心频率等概念，并讲解巴特沃斯、切比雪夫等原型滤波器的设计思想。 反馈电路与稳定性： 深入研究负反馈和正反馈在电路中的作用，包括对增益、带宽、失真和稳定性的影响。重点分析反馈放大器的稳定性问题，引入波德图和Nyquist判据等工具。 振荡器电路： 阐述振荡器的工作原理，介绍不同类型的振荡器，如RC振荡器、LC振荡器（哈特莱、科尔皮兹）、晶体振荡器等，并讨论其频率稳定性和输出波形。 第三部分：现代设计工具的应用与实践 本部分强调实际工程中的设计流程，并引入仿真工具作为核心支撑。 半导体器件基础： 详细介绍PN结、二极管、双极结型晶体管（BJT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的工作原理、静态和动态特性，以及它们在放大、开关等基本电路中的应用。 运算放大器（Op-Amp）电路： 深入讲解运算放大器的理想模型和实际特性，并重点介绍各种经典的运算放大器应用电路，如同相放大器、反相放大器、加法器、减法器、积分器、微分器、比较器、稳压电源等。 数字电路基础： 介绍数字电路的基本概念，包括逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）、布尔代数及其化简方法（卡诺图）。 组合逻辑电路设计： 讲解编码器、译码器、多路选择器、数据分配器等组合逻辑电路的设计原理和应用。 时序逻辑电路设计： 介绍触发器（SR, JK, D, T）的工作原理，以及寄存器、计数器、移位寄存器等时序逻辑电路的设计与应用。 A/D与D/A转换器： 讲解模数转换（A/D）和数模转换（D/A）的基本原理和不同类型转换器（如逐次逼近型、并行型A/D转换器；R-2R DAC、权电流DAC）的工作方式。 信号处理基础： 介绍信号的分类（模拟与数字、周期与非周期）、傅立叶变换在信号分析中的作用，以及采样定理、量化噪声等数字信号处理的基本概念。 仿真工具的应用： 贯穿全书，但在此部分将进行集中和深入的讲解。本书将详细介绍如何使用强大的电路仿真软件（如 [此处可提及具体的仿真软件名称，但根据要求不写出该书内容，因此略去]）进行电路的搭建、参数设置、激励施加、仿真运行和结果分析。重点讲解如何利用仿真工具进行： 直流工作点分析（Operating Point Analysis）： 确定电路的直流工作状态。 瞬态分析（Transient Analysis）： 观察电路信号随时间的变化，分析暂态响应。 交流小信号分析（AC Small-Signal Analysis）： 分析电路在交流信号下的频率响应，如增益、相位裕度等。 傅立叶分析（Fourier Analysis）： 分析电路对不同频率分量的响应，进行频谱分析。 噪声分析（Noise Analysis）： 评估电路中的噪声水平。 参数扫描与优化： 通过改变电路参数，观察其对性能的影响，实现电路的优化设计。 模型库的使用： 介绍如何利用现有的元器件模型库构建复杂电路，以及如何自定义模型。 实践导向与综合应用 本书不仅强调理论的严谨性，更注重实际操作能力的培养。每个章节都配有精心设计的例题和习题，涵盖理论计算、电路分析和仿真验证等多个层面。通过这些练习，读者能够将所学知识融会贯通，熟练掌握利用现代仿真工具解决实际电路设计问题的能力。本书鼓励读者积极动手实践，通过仿真探索不同设计方案的优劣，最终实现高效、可靠的电路设计。 本书致力于为读者打造一个坚实的电路科学基础，培养其分析复杂系统、设计创新电路以及熟练运用先进工具的能力，为他们在电子工程领域的学习和职业生涯打下坚实基础。

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这本书的叙事风格非常严谨，带着一种老派工程手册的沉稳气质。它很少使用花哨的语言，而是将重点放在逻辑推导的严密性和图表的直观性上。当我翻阅关于有限状态机（FSM）设计的章节时，那种对状态编码冗余和转移路径最优化的细致考量，让我感觉像是在阅读一份经过数次同行评审的顶级会议论文集。它似乎预设了读者已经具备一定的电子工程背景，因此在基础概念上没有进行过多的“哄劝式”解释，而是直接跳入到复杂场景的分析。比如，在探讨流水线冒险和分支预测的硬件实现时，它没有回避复杂的冒险消除逻辑的细节，而是用清晰的状态图和时序波形图来一一解构。这种毫不妥协的深度，使得这本书成为了一个出色的技术参考书，而不是一本入门读物。任何试图在其中寻找“快速入门秘籍”的读者可能会感到吃力，但对于那些渴望真正掌握底层原理的进阶读者来说，这种“硬核”的表达方式反而是最大的优点。

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这本专注于数字电路分析与仿真的著作，无疑为工程师和学生提供了一个深入理解复杂数字系统的平台。首先，我必须强调它在理论基础构建上的扎实程度。作者并没有仅仅停留在布尔代数和逻辑门的基础介绍上，而是迅速切入到同步与异步电路的性能瓶颈分析，这一点对于寻求超越教科书基础知识的实践者来说至关重要。书中对于时序约束的探讨，尤其是在高速设计中的亚稳态处理，给出了相当详尽的数学模型和实际案例。我特别欣赏它对特定工艺节点下器件特性的考虑，这使得书中的分析不仅仅是理论推导，更贴近硅片级的真实世界。例如，在讨论CMOS反相器延迟时，不仅给出了基于RC延迟的简化模型，还深入剖析了米勒效应和栅极电容对上升沿和下降沿不对称性的影响，这对于进行精确的功耗和时序预算的人来说，是无价之宝。它的深度足以支撑研究生级别的课程，同时其清晰的章节逻辑也让有经验的工程师能够快速定位并复习特定高级概念。

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如果要我用一个词来形容这本书的整体感觉，那就是“全面且具有前瞻性”。它成功地在高度抽象的系统建模和微观的晶体管级行为之间架起了一座坚实的桥梁。我尤其欣赏作者对于设计验证方法论的介绍，这不仅关乎功能正确性，更关乎可制造性和鲁棒性。书中对形式化验证方法在数字电路设计流程中的作用的讨论，虽然没有深入到具体的SMT求解器细节，但其对覆盖率指标和关键路径分析的强调，为读者指明了验证的正确方向。这种将设计、建模、验证整合在一起的整体观，是现代复杂数字芯片设计不可或缺的一部分。这本书不仅仅是关于“如何设计”电路，更是关于“如何以一种可信赖、可预测的方式”交付一个高性能的数字解决方案。它要求读者投入时间去消化，但所获得的回报是扎实的工程能力和对数字系统复杂性的深刻洞察。

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从一个实际应用者的角度来看，这本书的真正价值在于其对Simulink建模的集成。老实说，许多数字电路的书籍在仿真部分往往只是蜻蜓点水，用简单的逻辑门级仿真应付了事。但此书显然投入了巨大的精力来展示如何使用Simulink的高级模块集来构建系统级模型。我发现这种自上而下的设计方法极具启发性。我们不再需要等到布局布线完成后才进行性能验证，而是可以在算法设计阶段就通过Simulink模型模拟出整个数据通路在给定采样率和位数限制下的表现。书中对FPGA/ASIC原型的快速迭代机制的阐述，通过连接Simulink输出到硬件描述语言（HDL）的接口仿真，展示了一种非常现代化的工作流程。这种跨越抽象层次的无缝衔接，极大地缩短了从概念验证到产品实现的时间周期。对于处理如DSP算法、通信编码器/解码器这类需要紧密耦合算法与硬件实现的领域，这种仿真能力是革命性的。

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关于这本书的实用工具集和案例分析部分，我感觉其广度令人印象深刻。它不仅涵盖了数字系统设计的核心内容，还拓展到了存储器层次结构和I/O接口的基础设计考量。特别是关于内存访问冲突和缓存一致性问题在数字系统性能中的隐性影响分析，这一点常常在专注于纯逻辑设计的教材中被忽略。作者通过构建一个简化的多核访问模型，展示了即使是简单的内存读写顺序，也可能导致整个系统吞吐量的大幅下降。这种跨学科的视角，将体系结构层面的问题与具体的门级延迟结合起来，使得分析更加全面。此外，书中关于功耗优化的讨论并非停留在简单的时钟门控层面，而是深入到动态电压与频率调节（DVFS）在不同负载下的适用性分析，这对于当前移动和嵌入式设备设计至关重要。总而言之，它提供了一个非常贴近业界前沿的设计视野。

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