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出版者:电子工业出版社

作者:陈新

出品人:

页数:353

译者:

出版时间:2007-08-13

价格:39.00元

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isbn号码:9787121046940

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现代集成电路设计与信号处理系统实践指南 书籍信息： 书名： 现代集成电路设计与信号处理系统实践指南 作者： 行业资深工程师团队 出版社： 电子工业出版社 页数： 约 850 页 定价： 188.00 元 --- 内容概述 本书旨在为电子工程、通信工程、自动化以及相关专业的学生、研究人员和一线工程师提供一个全面且深入的指南，聚焦于当代高性能、低功耗集成电路（IC）的设计方法论、先进的半导体器件物理基础，以及面向实时应用的数字信号处理（DSP）系统构建的工程实践。本书严格遵循从理论基础到实际应用的递进式结构，力求在保证理论深度与前沿性的同时，确保内容的实用性和可操作性。 全书共分为五大部分，共十八章。 --- 第一部分：先进半导体器件与集成电路基础（约 250 页） 本部分深入探讨了现代集成电路的物理基础和设计范式，为理解后续复杂的系统设计奠定坚实的理论基石。 第一章：MOSFET 器件物理与模型 详细阐述了亚微米和纳米尺度下CMOS晶体管的工作原理，包括载流子输运机制、短沟道效应的物理根源及抑制方法。重点剖析了BSIM模型族在电路仿真中的应用，并对比了FinFET、SOI等先进器件结构相对于平面CMOS的性能优势与设计权衡。讨论了工艺变异性（PVT Corner）对器件特性的影响及其在设计中的应对策略。 第二章：模拟集成电路设计核心技术 系统介绍低噪声放大器（LNA）、混频器、锁相环（PLL）等关键模拟模块的设计流程。详细分析了噪声分析（白噪声、闪烁噪声）、失真分析（三阶交点截距 IP3）和线性度指标的工程计算方法。着重讲解了高精度数据转换器（ADC/DAC）的架构选择（如Sigma-Delta、流水线架构）及其关键性能参数（ENOB、SFDR）的优化技巧。 第三章：数字集成电路的功耗与时序分析 本章聚焦于超深亚微米乃至更小节点下的数字电路设计挑战。内容涵盖静态功耗（亚阈值泄漏）和动态功耗的精确建模与降低技术（如电压降频、多阈值设计）。对时序分析（Static Timing Analysis, STA）进行了全面讲解，包括建立时间、保持时间、时钟偏移（Skew）和时钟抖动（Jitter）的计算与约束设置，确保了高速数字电路的可靠运行。 第四章：集成电路布局布线与版图设计规则 探讨了从晶体管级到系统级（SoC）的物理实现流程。详细介绍了设计规则检查（DRC）、版图验证（LVS）的原理，以及互连线寄生参数提取（Extraction）对电路性能的影响。特别关注了电磁兼容性（EMC/EMI）在芯片级版图设计中的初步考虑，包括电源网络的去耦设计和电磁辐射抑制技术。 --- 第二部分：高性能数字信号处理系统架构（约 200 页） 本部分将理论知识应用于构建高效的实时信号处理系统，重点关注架构选择和优化。 第五章：高性能计算单元设计 深入剖析了乘加运算单元（MAC）在DSP中的核心地位。讨论了各种乘法器的结构（阵列乘法器、Booth编码乘法器）及其面积、延迟和功耗的权衡。介绍了先进的并行化技术，如SIMD（单指令多数据流）架构的应用，以最大化吞吐量。 第六章：内存子系统与数据流管理 实时信号处理对数据访问带宽要求极高。本章详细分析了片上缓存（Cache）的设计原理，包括写回策略、预取机制。重点介绍了多端口寄存器堆、片上高速SRAM的设计与优化，以及 DMA（直接内存存取）控制器在减轻 CPU/DSP 负担、实现高效数据搬运中的关键作用和编程模型。 第七章：流水线与并行处理技术 讲解了如何通过指令级并行（ILP）和数据级并行（DLP）来提升处理器的执行效率。深入剖析了有限脉冲响应（FIR）和无限脉冲响应（IIR）滤波器的结构，并阐述了如何将这些算法映射到具有深度流水线的硬件加速器上，实现高效率的卷积运算。 第八章：模数与数模转换系统集成 侧重于如何将高性能ADC/DAC与后端的数字处理器进行无缝集成。讨论了数据接口标准（如 JESD204B/C），以及在系统级层面如何处理采样时钟同步、相位对齐和延迟补偿，确保数据采集和输出的精度和实时性。 --- 第三部分：实时操作系统与嵌入式软件协同设计（约 150 页） 高效的硬件需要优化的软件和操作系统来驱动。本部分关注软件栈的构建和硬件资源的有效调度。 第九章：实时嵌入式操作系统（RTOS）原理 介绍了主流 RTOS（如 FreeRTOS, VxWorks）的任务调度机制（优先级继承、时间片轮转）。重点分析了中断服务程序（ISR）的设计规范、上下文切换的开销，以及如何使用信号量、消息队列等同步机制来避免竞态条件和死锁。 第十章：硬件加速与软件接口设计 阐述了如何利用硬件加速器（如 FPGA 或 ASIC 内核）来分担 DSP 的计算负荷。详细介绍了编程接口标准（如 OpenCL, CAPI），以及驱动程序（Device Driver）的设计原则，确保软件能够高效、稳定地访问和控制底层硬件资源。 第十一章：固件开发与调试方法论 涵盖了从启动代码（Bootloader）到应用层固件的完整开发流程。提供了专业的硬件级调试技术，包括使用 JTAG/SWD 接口进行断点设置、寄存器观察和内存映像分析。强调了故障注入测试（Fault Injection Testing）在确保系统鲁棒性中的作用。 --- 第四部分：通信系统中的前沿算法与硬件实现（约 150 页） 本部分选取了当前通信和雷达领域对计算能力要求极高的关键算法，并探讨其硬件加速方案。 第十二章：正交频分复用（OFDM）系统实现 全面解析了 OFDM 系统的关键模块：循环前缀添加、快速傅里叶变换（FFT）和反快速傅里叶变换（IFFT）。详细对比了基于蝶形运算的高效 FFT 算法（Cooley-Tukey 算法）在定点和浮点实现上的差异及资源消耗。 第十三章：高级信道编码与解码 聚焦于 Turbo 码和低密度奇偶校验码（LDPC）的迭代译码算法。讲解了这些译码器所需的并行处理结构和内存访问模式，以及如何在硬件中实现低延迟的译码路径优化。 第十四章：自适应滤波与波束成形 介绍了最小均方误差（LMS）、归一化 LMS（NLMS）等自适应算法在噪声消除和回声消除中的应用。在空间处理方面，详细阐述了多天线系统（MIMO）中的波束形成算法，以及如何利用硬件并行性快速计算复杂的复数矩阵运算。 --- 第五部分：系统级验证与测试（约 100 页） 验证是现代 IC 设计中耗时最长的环节。本部分提供了系统级验证的先进方法论。 第十五章：系统级建模与仿真 介绍了使用高层语言（如 MATLAB/Simulink）进行系统级行为建模的方法。重点讲解了如何构建一个可执行的模型（Model-in-the-Loop, MIL），用于快速迭代算法和验证系统规格，并确保模型与最终硬件描述语言（HDL）代码之间的功能等效性。 第十六章：硬件描述语言（HDL）与综合流程 回顾了 VHDL/Verilog 的高级特性，强调了编写可综合代码的最佳实践。深入分析了逻辑综合工具的工作原理，包括状态机编码、资源共享优化以及如何通过约束文件（SDC）指导综合过程，以满足时序要求。 第十七章：功能验证与形式化方法 探讨了基于验证平台（如 UVM）的覆盖率驱动验证方法。介绍了随机激励生成、检查点放置和记分板设计。此外，还引入了形式化验证工具的应用场景，用于证明关键控制逻辑的正确性，无需生成大量测试用例。 第十八章：可测试性设计（DFT）与边界扫描 讲解了在芯片设计阶段集成测试结构的重要性。详细介绍了扫描链（Scan Chain）的插入、自动测试图样生成（ATPG）的原理，以及 JTAG 协议在芯片级和板级测试中的应用。 --- 目标读者 本书适合于具备基础电路理论和微处理器知识的读者。是电子信息类专业高年级本科生、硕士及博士研究生，以及从事通信、雷达、高性能计算和嵌入式系统开发工作的工程师的理想参考资料。掌握本书内容，将能够独立完成从算法选择、硬件架构设计到系统集成的复杂电子产品开发工作。

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这本书最让我感到惊喜的一点，是它对当前技术发展趋势的敏锐捕捉和前瞻性讨论。它不仅仅局限于讲解已经被广泛应用的标准算法，还花了篇幅去探讨一些新兴的技术方向和优化策略。这种内容的新鲜度，在技术书籍中是比较难得的。作者似乎非常关注如何将传统DSP理论应用于更现代化的计算环境中，并对未来可能出现的挑战有所预见。这种面向未来的视角，使得这本书的生命力得到了极大的延长，它不会因为技术快速迭代而迅速过时。阅读到这些前沿内容时，我感觉自己仿佛站在了一个更高的平台上去审视这个领域，它激发了我进一步去探索和研究的热情，而不仅仅是满足于掌握现有技术。

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从阅读体验和内容深度来看，这本书在某些章节的深入程度，已经达到了可以作为专业参考手册的级别。虽然整体基调偏向于普及和应用，但在涉及核心数学原理的推导环节，作者并没有选择“一笔带过”。比如，在讨论快速傅里叶变换（FFT）的优化和误差分析时，书中提供的细节深度，已经超出了大多数入门教材的范畴。这使得这本书的价值链被拉长了，它不仅能服务于刚接触这个领域的新手，也能为有一定基础的工程师提供一个重新审视和巩固知识的机会。我尤其欣赏它在图表和示例代码的编排上所下的功夫，图例清晰明了，代码结构合理，注释到位，这极大地降低了理解复杂流程图和算法模型的认知负荷，让读者可以专注于逻辑本身而不是被格式所困扰。

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这本书拿到手里，感觉内容组织得非常扎实，尤其是在基础理论的阐述上，作者似乎花了不少心思去构建一个清晰的知识体系。我印象最深的是它对数字信号处理基础概念的梳理，从采样定理到Z变换，每一个步骤都讲解得非常透彻，完全不像很多教科书那样只是简单堆砌公式，而是真的尝试去解释“为什么”和“怎么用”。对于初学者来说，这种循序渐进的引导方式无疑是巨大的福音，它避免了那种上来就让人迷失在复杂数学符号中的困境。而且，书中对于一些关键算法的实现细节描述得相当到位，比如滤波器的设计与稳定性分析，给出的例子既贴合实际应用背景，又足够简化以便于理解。我个人认为，如果想系统地掌握信号处理的底层逻辑，这本书无疑提供了一个极佳的入门平台，它建立的理论基础足够坚实，能让人在后续学习更高级内容时游刃有余。

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这本书的实用性方面，我得说它确实做到了理论与实践的有效结合，这一点比我预期的要好很多。很多技术书籍要么是纯理论的“高屋建瓴”，要么是纯代码的“操作手册”，而这本书巧妙地找到了一个平衡点。它没有停留在抽象的数学推导，而是紧密围绕实际的工程问题展开讨论，比如在音频处理或者通信系统中，如何根据具体需求选择合适的算法模型。书中对各种应用场景的剖析非常细致，特别是那些与具体硬件平台相关的部分，虽然没有直接深入到芯片级的汇编层面，但对于理解软件如何高效地与底层硬件交互，提供了非常清晰的思路。阅读过程中，我能明显感觉到作者是站在一个有经验的工程师的角度来撰写这些内容的，很多在实际工作中容易踩的“坑”都被提前指了出来，这对于正在项目开发中的读者来说，价值不可估量。

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这本书的结构设计展现了一种非常严谨的学术态度，章节之间的逻辑衔接几乎是无缝的，让人感觉作者对整个知识体系的把握非常全局化。它不像是一些拼凑起来的资料汇编，而是真正遵循了“由浅入深，由点到面”的规律。每一个新的概念引入，都会紧密联系前文已有的知识点，形成一个闭环。这种严谨性在处理跨学科知识融合时尤为重要，比如当信号处理理论需要结合到系统级设计时，书中展现出的那种对系统边界和接口的清晰定义，非常有助于读者建立起完整的认知模型。对于那些需要撰写技术报告或者进行系统架构设计的读者而言，书中提供的那种条理清晰、论证充分的表达方式，本身就是一种宝贵的学习资源。

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