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出版者:Gregg Division McGraw-Hill

作者:Albert Paul; Leach, Donald P. Malvino

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1981

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780070994751

丛书系列:

图书标签:

• 数字逻辑
• 数字系统
• 计算机组成原理
• 数字电路
• 逻辑设计
• 电子工程
• 嵌入式系统
• 微电子学
• 计算机科学
• 应用电子学

电子设备与系统设计：从理论基石到前沿应用 图书名称：电子设备与系统设计：从理论基石到前沿应用 图书简介： 本书旨在为读者提供一个全面、深入且实践导向的电子设备与系统设计知识体系。它超越了单一的理论叙述，而是将基础的电子学原理与现代工程实践紧密结合，覆盖了从半导体器件物理到复杂集成电路设计、再到嵌入式系统构建的全过程。本书特别注重培养读者的系统思维能力，使他们不仅理解“是什么”，更能掌握“如何设计”和“为何如此设计”。 第一部分：电子学与器件物理的深度剖析 本部分是理解现代电子系统的基石。我们将从半导体材料的本质特性入手，详尽阐述PN结、肖特基势垒的形成与工作机制。核心内容聚焦于晶体管的演进，首先对双极性晶体管（BJT）的电流控制特性和工作区域进行细致分析，随后深入到场效应晶体管（FET）——特别是MOSFET的结构、导电机制以及其在亚微米乃至纳米尺度下的量子效应。我们将详细讨论短沟道效应、阈值电压滚降、热载流子注入等关键物理现象，这些是决定现代集成电路性能和可靠性的根本因素。 此外，本部分还将涵盖光电子器件的基础，包括LED、激光二极管和光电探测器的工作原理，为读者理解光通信和光电子集成系统打下坚实基础。对于功率电子领域，我们引入了功率MOSFET和IGBT（绝缘栅双极晶体管）的特性曲线、开关损耗分析以及热管理策略。 第二部分：模拟电路设计与信号完整性 模拟电路是信号处理和接口设计的灵魂。本部分从基础的放大器设计入手，系统讲解了BJT和MOSFET搭建的共源、共集、共基放大电路的增益、带宽和输入/输出阻抗的精确计算。重点内容包括使用反馈理论（如负反馈的稳定性分析）来优化放大器的性能，以及对运算放大器（Op-Amp）的内部结构、失调电压、共模抑制比（CMRR）等关键参数进行深入剖析。 在高级模拟设计方面，本书详细阐述了电流镜、高精度采样保持电路、锁相环（PLL）的结构与设计，以及数据转换器（ADC和DAC）的架构选择（如流水线、Sigma-Delta调制器）和性能指标（如有效位数ENOB、积分非线性INL）。 信号完整性（SI）是高速电路设计的核心挑战。本章将运用传输线理论（史密斯圆图、S参数）分析信号在PCB走线上的行为，讨论反射、串扰和电磁干扰（EMI）的产生机理。针对高速PCB设计，本书提供了诸如阻抗匹配、端接技术、地线规划和电源完整性（PI）的实用准则和仿真验证方法。 第三部分：数字电路、逻辑设计与时序分析 数字系统是现代计算和控制的基础。本部分从布尔代数和逻辑门级电路的物理实现开始，过渡到组合逻辑和时序逻辑电路的设计。我们不仅仅关注功能正确性，更深入探讨了CMOS反相器和逻辑门的静态和动态功耗模型，以及噪声容限的考量。 时序分析是数字设计的重中之重。本书详尽解释了建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）、时钟偏移（Skew）和时钟抖动（Jitter）的概念。读者将学习如何使用静态时序分析（STA）工具来验证设计的时序裕度，并掌握在异步输入和亚稳态处理中的设计技巧。 在系统级层面，本书覆盖了有限状态机（FSM）的设计方法论，包括Mealy和Moore状态机的实现，以及如何利用同步逻辑构建高效的算术逻辑单元（ALU）、加法器和乘法器。 第四部分：微处理器、内存与总线结构 本部分将理论知识提升到系统架构层面。我们探讨了指令集架构（ISA）对硬件实现的影响，重点分析了RISC（精简指令集计算机）和CISC（复杂指令集计算机）的设计哲学及其在现代处理器中的融合。 内存系统是系统性能的关键瓶颈。本书细致地描述了SRAM和DRAM的工作原理、刷新机制以及各种缓存（Cache）的工作模式（直写、回写），并探讨了多级缓存层次结构如何通过空间局部性和时间局部性原理来提升平均访问速度。 总线结构与互连技术方面，本书分析了同步和异步总线的仲裁机制、握手协议。我们还将讨论现代片上通信协议，如SPI、I2C、UART等外设接口，以及更高速的并行和串行接口标准（如PCIe的基础概念）。 第五部分：嵌入式系统与固件接口 现代电子设计越来越依赖于软硬件协同。本部分聚焦于嵌入式系统的构建，涵盖了微控制器（MCU）和微处理器（MPU）的架构差异、中断处理机制和实时操作系统的基本概念。 在I/O交互方面，本书详细讲解了模数转换（ADC）、脉冲宽度调制（PWM）、通用定时器等核心外设的配置和应用。我们深入探讨了如何通过直接存储器访问（DMA）来高效地在内存和外设之间传输数据，从而释放CPU资源。 对于系统软件层面，本书引入了驱动程序的基础概念，解释了如何编写可靠的底层代码来管理硬件资源，并讨论了调试和故障排除的有效策略，包括使用逻辑分析仪和示波器进行硬件层面的诊断。 第六部分：系统级设计方法与验证 成功的电子系统设计离不开严谨的方法论和充分的验证。本部分介绍了硬件描述语言（HDL，如VHDL或Verilog）在系统级建模中的作用，并强调了行为级抽象与RTL（寄存器传输级）实现之间的映射关系。 设计流程的验证环节至关重要。我们将讨论仿真、形式验证以及硬件在环（HIL）测试的基本概念。对于大型项目，我们引入了模块化设计和接口定义的原则，以确保不同团队间的集成顺利进行。 目标读者： 本书面向电子工程、计算机工程、通信工程等专业的高年级本科生、研究生，以及希望系统性地更新知识体系并掌握前沿设计技能的专业工程师。它既可作为高级课程的教材，也可作为自学深入理解现代电子系统设计的权威参考资料。本书的价值在于其无缝衔接了基础物理、模拟/数字电路理论，并最终落脚于现代复杂系统的实现与验证。

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