Demystifying Switched Capacitor Circuits pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Liu, Mingliang

出品人:

页数:332

译者:

出版时间:2006-5

价格:$ 85.82

装帧:Pap

isbn号码:9780750679077

丛书系列:

图书标签:

• 英文原版
• 专业书
• IC
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• Switched-Capacitor
• Circuits
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探秘现代电子设计：集成电路的基石与前沿 本书深入剖析了集成电路（IC）设计与制造领域的核心概念、关键技术以及面向未来的发展趋势。全书结构严谨，内容翔实，旨在为电子工程专业的学生、初级和中级电路设计工程师以及对微电子技术感兴趣的专业人士提供一套全面而深入的知识体系。我们聚焦于半导体器件物理、模拟与混合信号电路设计、数字电路架构以及新兴制造工艺，力求在理论深度与工程实践之间架起坚实的桥梁。 第一部分：半导体物理与器件基础 本部分奠定了理解现代集成电路的物理学基础。我们从半导体材料的晶体结构和能带理论入手，详尽阐述了本征半导体、N型和P型掺杂的概念及其对材料电学特性的影响。 晶体管的起源与演变： 重点深入探讨了MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的工作原理，这是当前所有主流数字和大部分模拟电路的基石。内容覆盖了MOSFET的结构（平地型与沟道型）、直流特性分析（亚阈值导通、饱和区与线性区）、跨导的精确计算，以及短沟道效应带来的挑战（如DIBL、阈值电压滚降）。此外，我们还涵盖了BJT（双极性结型晶体管）在特定高频或低噪声应用中的地位，并对比了MOS与BJT在密度、功耗和速度上的权衡。 制造工艺的挑战： 详细介绍了CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺的流程，从硅片准备到离子注入、薄膜沉积（氧化、氮化、多晶硅）和光刻技术。特别关注了先进节点（如28nm及以下）中遇到的关键制造难题，包括应力硅（Strained Silicon）技术的使用，以及如何通过先进封装技术（如2.5D/3D集成）来缓解摩尔定律增长放缓带来的挑战。 第二部分：模拟电路设计核心原理 模拟电路是实现与物理世界交互的桥梁。本部分集中于设计高性能、高精度的模拟模块。 基础有源与无源元件： 重新审视了电阻、电容在IC环境下的寄生效应，以及电流源和电流镜的设计。重点分析了电流镜的失配、输出阻抗对性能的影响，并介绍了高精度匹配技术，如使用共源共栅结构来提高输出阻抗。 线性放大器设计： 详细讲解了单级和多级放大器的设计流程。涵盖了共源、共基、共源共栅（Cascode）结构的增益、带宽、相位裕度和功耗的优化。对于高增益需求，我们深入探讨了尾电流源的失配对共模抑制比（CMRR）的影响，以及如何使用反馈拓扑来稳定增益和线性度。 运算放大器（Op-Amp）的精细调校： 这是模拟设计的重中之重。本书不仅介绍了经典的折叠式、共源共栅式运算放大器结构，更着重于性能指标的量化分析： 频率响应与补偿： 零点、极点的计算，Miller补偿、米勒效应的应用，以及实现单位增益带宽（GBW）和相位裕度的精确控制。 噪声分析： 系统的白噪声、1/f粉红噪声的建模与计算，并展示了如何通过器件尺寸和拓扑选择来最小化噪声对信噪比（SNR）的损害。 失真与线性度： 讲解了二阶谐波失真（HD2）和三阶谐波失真（HD3）的来源，以及高线性度设计所需的特定偏置技巧和负载选择。 第三部分：数据转换器与信号处理 数据转换器是连接数字世界与模拟世界的关键接口。本部分专注于ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）的设计哲学。 DAC的设计艺术： 探讨了不同DAC架构的优劣，包括R-2R梯形网络、电阻串（String DAC）和电容分阵（Capacitor Array DAC）。重点剖析了电流输出DAC的非理想性（如非线性、积分非线性INL和微分非线性DNL）的产生机理和校准技术。 ADC的体系结构： 全面覆盖了主要的ADC类型： 并行（Flash）ADC： 速度极快但功耗和面积受限。 流水线（Pipelined）ADC： 当前高速数据采集的主流选择，解析了残余电荷转移、开关注入误差及其校准方法。 Σ-Δ（Sigma-Delta）ADC： 适用于高分辨率、低速应用，深入讲解了过采样、噪声整形和量化器的设计。 锁相环（PLL）与时钟生成： PLL是现代高性能系统（如处理器、收发器）中不可或缺的部分。本书详细阐述了压控振荡器（VCO）、鉴相器（PD）、电荷泵（CP）和环路滤波器（LF）的设计。我们通过环路传递函数的分析，指导读者如何实现低抖动、宽带锁定和高抑制比的频率合成器。 第四部分：数字集成电路与低功耗设计 数字电路是集成电路面积和功耗的主导部分。本部分侧重于高性能和能效优化。 CMOS数字逻辑基础： 重新审视了基本逻辑门（NAND/NOR）的反相器模型，分析了其动态功耗和静态功耗的来源。讨论了扇入、扇出对延迟时间的影响，以及时序违例（Setup/Hold Time Violations）的分析与避免。 时序分析与设计： 介绍了静态时序分析（STA）的原理，如何使用SPICE模型和设计约束来确保系统在工作频率下的可靠性。对于亚纳米工艺，系统性地探讨了时钟树综合（CTS）在减少时钟偏斜（Skew）和功耗中的关键作用。 低功耗技术： 现代IC设计的核心挑战在于能效。本书分类介绍了降低功耗的技术： 动态功耗管理： 降低电压技术（Voltage Scaling）、时钟门控（Clock Gating）和电源门控（Power Gating）的实现细节与开销分析。 静态功耗控制： 阈值电压的优化（多Vth设计），亚阈值泄漏电流的建模，以及先进的睡眠模式（Sleep Mode）管理策略。 第五部分：系统级考量与新兴技术 最后一部分将视角提升至系统层面，并展望了集成电路领域的未来方向。 系统集成与互连： 讨论了片上噪声耦合、串扰（Crosstalk）以及电源完整性（Power Integrity）在高速系统中带来的挑战。内容涉及信号完整性（SI）的基本概念、传输线效应以及金属层间的电磁耦合分析。 新兴存储器技术： 随着SRAM和DRAM面临物理极限，我们对下一代存储技术进行了介绍，包括MRAM（磁阻随机存取存储器）、ReRAM（阻变存储器）和FeRAM（铁电随机存取存储器）的基本原理、读写机制及其在特定应用（如非易失性逻辑）中的潜力。 先进封装与异构集成： 探讨了摩尔定律的延续不再完全依赖于单一芯片密度的提升，而是转向系统级集成。详细介绍了3D IC、TSV（硅通孔）技术如何实现不同功能模块（如逻辑、存储、射频）的垂直堆叠，从而显著缩短互连延迟并提高系统性能。 全书以大量的工程实例和设计流程图支撑理论阐述，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“如何做”。通过对这些关键技术的全面覆盖，读者将能自信地应对现代电子系统设计中的复杂挑战。

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对于那些对低功耗设计和高精度模拟信号处理感兴趣的读者，《Demystifying Switched Capacitor Circuits》无疑是一本宝贵的参考书。书中关于如何设计低功耗的开关电容电路，以及如何提高其精度和线性度，提供了许多创新的思路和实用的技巧。我尤其对书中关于“自校准（Self-Calibration）”和“动态范围（Dynamic Range）”的章节印象深刻。作者详细介绍了各种用于提高开关电容电路精度和稳定性的自校准技术，例如零漂移（Zero-Drift）技术，以及如何通过优化电路结构和时钟信号来扩展电路的动态范围，以适应不同幅度的输入信号。这些内容对于设计低功耗、高性能的模拟前端至关重要。

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从一个完全初学者的角度来看，《Demystifying Switched Capacitor Circuits》的“Demystifying”这个副标题可以说是名副其实。它成功地将一个原本被认为是复杂且难以理解的领域，变得清晰而易于掌握。书中大量的图示和示意图，使得抽象的概念可视化，极大地降低了学习门槛。作者的语言风格也十分平实易懂，避免了不必要的学术术语堆砌，让人感觉是在和一位经验丰富的工程师交流。即使你没有深厚的数学背景，也能通过这本书逐渐理解开关电容电路的精髓。它不仅仅是知识的传授，更是一种思维方式的引导，让我学会如何从根本上理解和分析这类电路。

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在学习开关电容电路的过程中，往往会遇到一些“非典型”的应用场景，这些场景的分析和设计需要更深入的理解。《Demystifying Switched Capacitor Circuits》在这一点上做得非常到位。它不仅覆盖了基本的开关电容滤波器和电荷泵，还深入探讨了许多更高级的主题，比如开关电容DAC（Digital-to-Analog Converter）和ADC（Analog-to-Digital Converter）的实现原理，以及它们在数据采集和信号合成中的应用。我最喜欢的部分是关于开关电容DAC的讲解，书中详细分析了不同类型的开关电容DAC（如电阻开关电容DAC、电容阵列DAC）的结构和工作原理，以及如何通过优化电路设计来提高其分辨率和线性度。这些内容为我理解现代数据转换器的核心技术提供了坚实的基础。

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这本书最让我感到惊喜的是，它并没有停留在理论层面，而是非常注重实际工程应用和设计细节。《Demystifying Switched Capacitor Circuits》中包含了大量的实际电路设计案例，从简单的采样保持电路到复杂的模数转换器，作者都给出了详细的设计步骤和考量因素。我尤其喜欢书中关于“版图设计（Layout Design）”的建议，对于模拟IC设计来说，合理的版图布局对电路的性能至关重要，而本书在这方面也给出了宝贵的指导。它强调了如何考虑寄生效应（Parasitic Effects）、器件匹配（Device Matching）以及时钟信号的布线（Clock Routing）等问题，这对于我这样的后端设计者来说，非常有启发性。

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我一直以为开关电容电路是一个非常“玄学”的领域，充满了各种“陷阱”和“技巧”，直到我读了《Demystifying Switched Capacitor Circuits》。这本书最让我印象深刻的是它对电荷泵（Charge Pump）的讲解。我之前对电荷泵的理解仅停留在“升压”或“降压”的层面，但这本书却详细剖析了不同拓扑结构（如倍压器、反压器、分压器）的原理，以及它们在实际应用中可能遇到的问题，比如输出纹波、效率、以及负载效应。作者通过一步步的推导和仿真分析，展示了如何选择合适的拓扑结构来满足特定的设计需求，并且详细阐述了驱动开关（通常是MOSFET）的栅极驱动信号设计的重要性，以及如何优化驱动信号以减少开关损耗和提高效率。这本书不仅仅是讲解了“是什么”，更深入地解释了“为什么”和“怎么做”，这对于我这样的实践者来说，价值连城。

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这本书给我的感觉就像是一个经验丰富的导师，在你学习某个新知识点时，会提前预见到你可能遇到的困惑，并提供最恰当的解释和指导。《Demystifying Switched Capacitor Circuits》在讲解开关电容滤波器（Switched Capacitor Filters）的性能指标时，比如通带纹波、阻带衰减、以及滤波器带宽的稳定性和精度时，提供了非常实用的分析工具和设计流程。我特别喜欢书中关于“等效连续时间滤波器”的讨论，作者通过详细的推导，阐述了如何将离散时间的开关电容滤波器映射到其连续时间的等效原型，这对于理解滤波器的频率响应特性非常有帮助。此外，书中还深入探讨了采样频率、时钟抖动（Clock Jitter）等因素对滤波器性能的影响，并提供了相应的补偿策略。

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作为一个对模拟设计颇有研究但对数字控制下的模拟电路仍有待深入理解的工程师，我在阅读《Demystifying Switched Capacitor Circuits》时，发现它在将数字时钟信号与模拟电路的交互方面，提供了非常系统和深入的讲解。书中关于时钟信号产生（Clock Generation）、时钟分配（Clock Distribution）以及时钟去毛刺（Clock De-glitching）等方面的讨论，对于确保开关电容电路的稳定可靠运行至关重要。我之前在实际工作中，常常因为时钟信号的不理想而导致电路性能下降，甚至出现意想不到的故障，而这本书则为我提供了解决这些问题的理论基础和工程实践指导。它详细讲解了不同类型的时钟发生器（如PLL、DLL）如何与开关电容电路协同工作，以及如何通过优化时钟信号来最大化电路的信噪比和动态范围。

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在学习开关电容电路的过程中，最大的挑战之一就是理解和分析它们的非线性特性以及由此带来的谐波失真。而《Demystifying Switched Capacitor Circuits》在这方面做得尤为出色。它并没有回避这个复杂的议题，而是循序渐进地引导读者理解电荷注入（Charge Injection）、漏电（Clock Feedthrough）等现象的根源。我尤其欣赏作者在介绍这些效应时，结合了时域和频域的分析方法，让原本抽象的概念变得触手可及。书中还提供了大量的示例，展示了如何在实际电路设计中最小化这些非线性效应，例如通过使用开关电容差动对（Switched Capacitor Differential Pairs）、电荷泵采样保持电路（Charge Pump Sample-and-Hold Circuits）等技术。这本书让我意识到，理解并控制这些非线性效应，才是设计高性能开关电容电路的关键。

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总而言之，《Demystifying Switched Capacitor Circuits》是一本集理论深度、工程实践和教学引导于一体的优秀著作。它填补了我之前在开关电容电路学习上的诸多空白，并且为我提供了解决实际工程问题的思路和方法。我强烈推荐这本书给所有对模拟集成电路感兴趣的工程师、研究人员和学生。无论是初学者还是有一定经验的从业者，都能从中获益匪浅。这本书不仅能帮助你理解开关电容电路的原理，更能让你掌握设计和分析这些电路的实用技能，从而在你的职业生涯中更上一层楼。它绝对是我书架上最值得珍藏的专业书籍之一。

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这本《Demystifying Switched Capacitor Circuits》简直是为我量身打造的！作为一个在模拟集成电路领域摸爬滚打了几年，却始终对开关电容电路的“神秘面纱”感到一丝困惑的工程师，我一直渴望能有一本真正深入浅出、逻辑清晰的书籍来系统地梳理这个重要的主题。很多现有的资料要么过于理论化，充斥着晦涩的数学推导，要么过于浅尝辄止，无法触及核心的工程实现细节。当我翻开这本书的第一页，就被它直观的讲解方式所吸引。作者并没有一开始就抛出复杂的模型，而是从开关电容滤波器的基本原理讲起，用类比和生动的图示，将电荷在电容器之间的传递过程描绘得栩栩如生，仿佛亲眼看到电荷在“跳跃”。尤其是关于“等效电阻”的概念，这本书给出了非常清晰的解释，以及它在实际电路设计中的意义，这让我彻底打通了之前一直卡住我的一个思维盲点。

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some practical topics

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