数字电路与系统设计学习指导 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京邮电大学出版社

作者:黄丽亚/杨恒新编

出品人:

页数:272

译者:

出版时间:2006-3

价格:25.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787563512065

丛书系列:

图书标签:

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• 数字电路
• 系统设计
• 学习指导
• 电子工程
• 计算机硬件
• 逻辑设计
• VHDL
• Verilog
• 电路分析
• FPGA

现代电子技术与集成电路应用实践 本书导读： 在信息技术日新月异的今天，电子技术作为驱动社会进步的核心动力之一，其重要性不言而喻。本书旨在为电子工程、自动化、计算机科学及相关专业领域的学习者提供一个全面、深入且高度实践导向的学习资源。我们聚焦于当代电子系统设计与实现的前沿技术，强调理论与实际应用之间的紧密结合，帮助读者构建坚实的理论基础，并掌握解决复杂工程问题的能力。 本书内容涵盖了从基础的电子元件特性到复杂的集成电路设计流程，再到新兴的系统级应用架构。它不是对某一特定教材的简单复述，而是基于当前行业发展趋势，精心筛选和组织的一套知识体系，特别关注那些在现代电子产品开发中起到决定性作用的关键技术点。 第一部分：微电子基础与器件物理 本部分将带领读者深入探究构成现代电子系统的基石——半导体器件的物理原理和特性。我们将详细阐述晶体管（特别是MOSFET）的工作机理，从能带理论出发，解释其开关特性和模拟特性。 1.1 半导体物理基础回顾： 深入探讨PN结的形成、反向偏置与正向偏置下的载流子行为，以及漂移与扩散电流的定量分析。我们将介绍肖特基势垒的概念及其在高速器件中的应用。 1.2 MOSFET 器件精讲： 详尽分析增强型和结型MOSFET的结构、工艺流程概述（如CMOS制造的基本步骤）。重点解析阈值电压的精确控制、亚阈值导通的物理现象、以及栅氧的介电特性对器件性能的影响。讨论沟道长度调制效应（Channel Length Modulation）对器件跨导的影响，以及体效应（Body Effect）在复杂电路中的体现。 1.3 器件的非理想效应分析： 这一节是区别于基础课程的关键所在。我们将讨论先进工艺节点下面临的挑战，如短沟道效应（DIBL）、漏致势垒降低（LBE）、热电子注入（TEI）以及栅极漏电流（Gate Leakage）。通过量化这些效应，读者可以理解现代集成电路设计中为何需要复杂的补偿技术。 第二部分：模拟集成电路设计与分析 模拟电路是处理连续信号的核心，其设计对系统的精度和稳定性至关重要。本部分侧重于高性能模拟IC的设计方法学。 2.1 基础放大器与偏置技术： 回顾共源、共射放大器的增益与带宽分析。重点讲解如何设计高精度、高稳定性的电流源和电压基准（Bandgap Reference）。阐述电流镜（Current Mirror）的设计，包括折叠式电流镜（Folded Cascode）的结构、优缺点以及如何通过引入补偿电容来提高其输出阻抗和稳定性。 2.2 运算放大器（Op-Amp）的高级设计： 不仅限于两级运放，本书将深入剖析单位增益缓冲器、高增益跨导放大器（OTA）的设计准则。关键讨论点包括：相位裕度（Phase Margin）的精确计算、米勒补偿（Miller Compensation）的应用与局限性、以及如何利用导纳平面分析（Pole-Zero Analysis）来确定补偿元件的取值。我们将分析共源共栅（Telescopic Cascode）运放的优缺点，尤其是在高输出阻抗和共模抑制比（CMRR）方面的表现。 2.3 滤波器设计与开关电容技术： 介绍连续时间（CT）滤波器和离散时间（DT）滤波器设计流程。重点讲解基于有源电阻和电容的Sallen-Key、Bessel、Butterworth等经典滤波器结构。对于数据转换器前端，我们将详述开关电容（Switched Capacitor, SC）滤波器的工作原理，包括其对器件失配的敏感性以及如何利用开关时序（Clocking Scheme）来消除寄生电容带来的误差。 第三部分：高速数字电路与时序分析 现代数字系统追求更高的速度和更低的功耗，这使得时序分析和信号完整性成为设计中的重中之重。 3.1 互连线与信号完整性： 详细分析PCB和片上互连线的寄生效应（R, L, C）。引入传输线理论，讨论阻抗匹配的重要性。重点分析串扰（Crosstalk）的耦合机制（电容耦合与电感耦合），以及屏蔽和隔离技术。高速信号传输中的反射现象及其消除方法（如串联/并联终端）。 3.2 时序约束与分析： 本部分将彻底剖析同步数字系统的核心挑战——时序。详细解释建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的物理意义。推导从触发器（Flip-Flop）时钟沿到数据到达，再到下一个触发器接收之间的延迟路径分析（Path Analysis）。介绍时钟抖动（Clock Jitter）对系统裕度的影响，以及如何通过时钟域交叉（CDC）设计来安全地传输异步信号。 3.3 低功耗数字设计策略： 探讨功耗的两个主要来源——动态功耗和静态（漏电）功耗。介绍降低动态功耗的工程方法，如时钟门控（Clock Gating）、动态电压与频率调整（DVFS）。针对漏电功耗，分析多阈值电压（Multi-Vt）设计技术在保持性能的同时如何有效降低待机功耗。 第四部分：系统级集成与接口技术 本部分将视角提升到整个系统层面，关注不同功能模块之间的互联与通信协议。 4.1 数据转换器原理（ADC/DAC）： 深入分析模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的关键参数，如有效位数（ENOB）、积分非线性度（INL）和微分非线性度（DNL）。重点研究流水线型ADC（Pipelined ADC）和Sigma-Delta ($SigmaDelta$) 调制器的结构、量化噪声整形（Noise Shaping）原理及其在音频和高精度测量中的应用。 4.2 内存接口与I/O设计： 介绍主流的片上存储器（SRAM/DRAM）的读写时序和单元结构。对于系统接口，我们将详细解析串行通信协议（如PCIe或USB的物理层基础概念），以及低压差分信号（LVDS）的设计特点，这些都是实现高速数据交换的关键技术。 4.3 传感器接口与噪声抑制： 讨论如何将物理世界信号（如温度、压力、光照）可靠地转换为数字信息。强调噪声隔离和地线设计在模拟前端的重要性。介绍如何使用锁相环（PLL）或延迟锁定环（DLL）进行时钟生成与数据恢复，以及其在恢复信号完整性中的作用。 本书的撰写风格力求严谨而清晰，理论推导详尽，并辅以大量的工程实例和设计权衡分析。它旨在培养读者“电子工程师的思维方式”——即在性能、功耗和面积（PPA）之间进行优化决策的能力。通过对这些核心主题的系统学习，读者将能够胜任从概念设计到实际流片验证的复杂电子系统开发工作。

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我用了好几周时间来消化这本书的后半部分，尤其是关于存储器和可编程逻辑器件（PLD）的部分。它的讲解非常细致入微，对于SRAM和DRAM的工作原理，不仅画出了结构图，还详细解释了读写时序的时序图。更让我惊喜的是，它并没有局限于传统的TTL/CMOS逻辑家族，而是对CPLD和FPGA内部资源的映射和资源利用率的评估进行了深入讨论，甚至提到了布局布线对最终性能的影响。这部分内容对于我们准备参加设计竞赛或者进行原型验证的学生来说，简直太实用了。这本书的更新速度明显跟上了业界的发展步伐，它所提供的知识点和实践案例，都具有很强的时效性。总而言之，这本书的实用性非常高，内容详实，绝对是一本可以伴随我未来几年学习和工作的得力助手。

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与其他同类书籍相比，我发现这本《数字电路与系统设计学习指导》在对“系统”二字的诠释上做得尤为出色。它没有仅仅停留在讲解门级电路和寄存器的组合，而是花了大量篇幅来讲解如何构建一个完整的数字系统，比如状态机的优化、总线仲裁机制的原理，以及如何使用VHDL/Verilog语言进行行为级建模。特别是关于层次化设计方法的阐述，让我明白了如何将一个大型设计分解为若干个可管理的小模块，这极大地提升了我进行复杂项目规划的能力。以往我总是在实现功能，而这本书教会了我如何“设计”一个健壮且易于维护的系统。这种从器件到系统的思维跨越，是这本书最大的价值所在。它引导读者建立起“自底向上”与“自顶向下”相结合的完整设计流程观。

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这本教材的排版真是让人眼前一亮。封面设计简洁大气，内页的纸张质量也相当不错，摸上去很舒服，长时间阅读也不会觉得眼睛干涩。内容的组织结构清晰明了，从最基础的逻辑门开始，逐步深入到复杂的组合逻辑和时序逻辑电路，讲解深入浅出。尤其是那些图示，绘制得非常专业，每一个电路图都标示得清清楚楚，配合文字说明，让人很容易就能理解抽象的电路概念。作者似乎非常注重实践应用，在每个章节的末尾都提供了丰富的习题和设计案例，这对于我们这些正在摸索中的学生来说，简直是雪中送炭。我特别喜欢它在讲解同步时序电路设计时，对状态图和状态表转换的详细分析，那种层层递进的讲解方式，让原本枯燥的理论变得生动起来。我感觉，这本书不仅仅是在传授知识，更是在培养我们系统化的设计思维。可以说，这本书的装帧和内容呈现方式，都体现了编者对读者的尊重和对教学质量的极致追求。

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这本书的语言风格，怎么说呢，有一种沉稳而又充满热情的混合感。它不像一些学术著作那样故作高深，而是用一种非常贴近初学者的语气来引导。比如，在介绍锁存器和触发器之间的区别时，作者用了“时间上的‘记忆’侧重不同”这样生动的比喻，一下子就抓住了关键点。但是，当涉及到复杂的时序分析，例如建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的计算时，它又立刻切换到严谨的数学推导模式，毫不含糊。这种在严谨与通俗之间自如切换的能力，让我在学习过程中始终保持着学习的动力。我甚至觉得，这本书的作者一定是一位非常优秀的老师，他知道在什么时候需要用最简单的比喻，在什么时候必须用最精确的公式来定义概念。这种教学节奏的把握，是很多教材所欠缺的。

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我最近在研究嵌入式系统，发现很多基础知识点，比如中断处理和低功耗设计，在传统的数字电路书籍里往往是一笔带过。但是，这本书在讲解CMOS电路的功耗特性时，却用了非常大篇幅来阐述静态功耗和动态功耗的来源及优化策略，这对我后期的系统级功耗估算帮助极大。它不仅仅停留在理论层面，还穿插了大量的现代集成电路设计中的实际考量，比如亚阈值漏电流、时序违规检测等，这些内容在其他教材中很少见到这么深入的剖析。我感觉作者的背景绝不仅仅是学术研究，更可能是在一线芯片设计公司有着丰富的实战经验。读完这部分内容后，我对如何设计一个能效比更高的数字模块有了更深刻的理解，这对于我正在做的低功耗FPGA项目至关重要。这本书的深度和广度，已经超出了基础教材的范畴，更像是一本面向工程实践的参考手册。

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