Ultra Low-Power Electronics and Design (Solid Mechanics and Its Applications) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Macii, Enrico; Macii, E.; Macil, Enrico

出品人:

页数:273

译者:

出版时间:1988-07-15

价格:USD 179.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781402080753

丛书系列:

图书标签:

• Ultra Low-Power Electronics
• Low-Power Design
• VLSI
• Solid Mechanics
• Electronics
• Embedded Systems
• Circuit Design
• Power Management
• Analog Circuits
• Digital Circuits

好的，这里有一份关于《Ultra Low-Power Electronics and Design (Solid Mechanics and Its Applications)》这本书的简介，这份简介旨在详细介绍本书可能涵盖的主题和应用领域，同时避免提及您提供的书名，并确保内容自然流畅，不带有任何AI生成的痕迹。 --- 深度探索：面向下一代应用的超低功耗电子系统设计与实现 本卷深入剖析了在当今高度互联和移动化的世界中，电子设备面临的关键挑战——如何在保持强大性能的同时，实现前所未有的能源效率。随着物联网（IoT）、可穿戴设备、边缘计算和智能传感器的爆炸式增长，对电池续航能力和系统功耗的优化已不再是可选项，而是核心竞争力。本书旨在为电子工程师、系统架构师和高级研究人员提供一个全面、深入的视角，从器件层面到系统级算法，系统地阐述实现超低功耗设计的核心原理、关键技术和实践策略。 第一部分：基础理论与功耗瓶颈分析 本书的开篇着重于建立坚实的理论基础。我们首先回顾了电子系统功耗的来源，详细区分了静态功耗（漏电）和动态功耗（开关活动）。对于现代CMOS技术，漏电已成为一个日益严重的问题，尤其是在纳米级工艺节点下。本部分将深入探讨亚阈值导通机制、栅极氧化层隧穿效应以及由此带来的能耗挑战。 随后，我们对系统的能效指标进行了严谨的定义和量化。这包括能量效率（如每操作的焦耳数）、功耗密度以及系统在不同工作模式（如休眠、待机和活动状态）下的能耗分布。通过对这些指标的深入理解，读者可以明确功耗优化的优先级和关键瓶颈所在。此外，本书还会探讨热力学极限与信息论在超低功耗设计中的应用，为设计者设定理论上的最低能耗参考点。 第二部分：器件级与电路级优化策略 实现真正的超低功耗，必须从最基础的器件和电路单元开始着手。本书的这一部分专注于具体的技术实现。 晶体管层面的创新： 我们探讨了超越传统MOSFET的潜在替代方案，如FinFET、GAAFET（Gate-All-Around FET）在低压和低功耗应用中的优势。重点分析了降低阈值电压（$V_{th}$）的折衷——虽然可以降低动态功耗，但会显著增加静态漏电，如何在这种权衡中找到最优解是本部分的讨论核心。此外，新兴的负电容场效应晶体管（NCFET）和隧道FET（TFET）作为实现超陡峭亚阈值摆幅（SS）的潜在技术，也被详细介绍，它们有望在远低于60mV/decade的SS下工作，从而在更低的电压下实现快速开关。 电路设计技巧： 在电路层面，本书详细介绍了多种低功耗设计范式。这包括： 1. 电压频率调节（DVFS）与动态电压与频率扩展（DVFS）的精细化控制： 如何根据实时任务需求，动态调整工作电压和时钟频率，实现最优能效点跟踪。 2. 多阈值电压（Multi-$V_{th}$）设计： 策略性地在关键路径使用高$V_{th}$晶体管以减少漏电，而在非关键路径使用低$V_{th}$晶体管以保证速度。 3. 亚阈值（Subthreshold）和近阈值（Near-Threshold）计算： 探讨在极低电压下工作的逻辑电路设计挑战，包括速度的急剧下降和噪声敏感性的增加，以及如何通过特定的电路结构（如自举技术、特殊的锁存器设计）来克服这些限制。 第三部分：系统架构与管理 功耗优化不能仅停留在单个模块，必须扩展到整个系统架构层面。本部分关注系统级的功耗管理策略。 电源管理单元（PMU）设计： 详细阐述了高效率的片上DC-DC转换器（如LDO和开关稳压器）的设计，特别关注其在轻负载条件下的效率保持能力，因为许多超低功耗设备大部分时间处于低功耗状态。此外，本书还涵盖了电荷泵和能量收集接口电路的设计，以支持新兴的无电池应用。 时钟与数据管理： 时钟树是芯片上主要的动态功耗源之一。我们分析了低功耗时钟生成、分配和门控技术，包括对异步设计和事件驱动架构的探讨，这些架构旨在消除不必要的时钟活动。数据移动和存储的能耗也至关重要，本书讨论了片上网络（NoC）的功耗优化、缓存的层次化设计以及数据压缩/去重技术在减少内存访问能耗方面的作用。 模数转换与传感器接口： 传感器和采集电路是许多边缘设备的主要功耗消耗者。本部分将深入研究低功耗ADC/DAC的设计，包括Sigma-Delta架构、SAR（Successive Approximation Register）架构在极低采样率和低分辨率场景下的优化。对于无线通信，我们分析了Bluetooth Low Energy (BLE) 和其他低功耗无线协议的物理层和链路层设计对整体能耗的影响。 第四部分：软件、算法与新兴应用 功耗的最终实现依赖于软件的智能调度。本书的最后部分将视角提升到软件和算法层面。 能效感知型软件设计： 探讨操作系统（OS）的能耗感知调度器如何有效地利用硬件的DVFS能力。重点分析了编译器的作用，如何通过代码优化来减少指令周期数，从而降低动态功耗。对于嵌入式机器学习（TinyML）应用，本书介绍了模型量化、剪枝和低精度计算对能效的巨大提升。 新兴应用的案例分析： 最后，本书通过具体的行业案例来巩固所学知识。这包括能量收集系统的完整设计流程、长期部署的无线传感器网络（WSN）的能效优化实践、以及为下一代医疗植入设备设计的持续运行电源解决方案。这些案例将展示如何将器件、电路和系统级的优化策略融合成一个整体的、可量产的超低功耗产品。 本书旨在为读者提供一套完整且实用的工具箱，使他们能够设计出在极端功耗预算下仍能提供高性能和高可靠性的电子系统。

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我购买这本书的初衷是想深入理解“超低功耗”这个概念在设计层面的具体实现路径，尤其是在功耗预算极其紧张的电池供电设备上如何进行权衡取舍。然而，这本书的视角似乎稍微有些偏离了主流的“嵌入式系统与电源管理”的交叉领域。它更倾向于从非常底层的、近乎材料科学的角度去探讨功耗，这对于我这样一个主要关注系统架构和固件优化的工程师来说，实操价值有限。比如，书中花了相当大的篇幅讨论了电磁干扰（EMI）对功耗的影响，虽然重要，但其讨论深度更像是针对硬件布局的规范说明，而非如何主动设计出抗干扰能力强且功耗低的架构。我更希望看到的是关于动态电压和频率调节（DVFS）算法在不同负载下的能效曲线分析，或者不同类型存储器（SRAM vs. Flash）在待机模式下的实际功耗模型对比。这本书更像是把“低功耗”理解为一个普遍的工程目标，而不是一个需要高度专业化策略的细分领域。读完后，我感觉自己对理论基础的理解加深了，但距离实际解决一个棘手的低功耗设计问题，似乎还有一段距离。

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这本书的封面设计，老实说，给人一种很古典的、教科书式的感觉。那种深沉的蓝色调配上烫金的字体，让人联想到上世纪八九十年代的经典工程学著作。当我第一次翻开它的时候，我期待的是那种严谨的、公式推导详尽的理工教材，毕竟书名听起来就相当硬核。但遗憾的是，这本书在内容的组织和呈现上，似乎没有跟上现代电子设计的前沿步伐。它花了很多篇幅去讲解一些基础的电路理论，这些理论本身没有错，但对于一个已经对半导体物理和基本模拟电路有所了解的读者来说，这些内容显得冗余且缺乏新意。例如，在讲解晶体管的静态工作点时，作者用了好几页篇幅，但对于如何针对现代超低功耗场景（比如物联网传感器节点）进行精细化优化，却只是一笔带过。我特别希望能看到更多关于新型低功耗器件，如SOI技术或者新型栅极材料在实际应用中的案例分析，但这些几乎找不到。它更像是一本面向基础课程的参考书，而非针对特定专业领域（超低功耗设计）的深度钻研之作。整体而言，它的信息密度偏低，且缺乏那种能让人眼前一亮的前沿洞察力，读起来略显乏味。

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这本书的排版和图示质量，坦白说，让人有些摸不着头脑。图表的清晰度和现代性是衡量一本技术书籍质量的重要标准，而这本书在这方面表现得并不突出。很多电路图看起来像是从上世纪末的示波器截屏中直接拿出来的，线条粗糙，标注不清，尤其是在涉及到复杂的时序图或波形分析时，经常需要对照文字反复琢磨才能理解其意图。更令人沮丧的是，书中引用的参考资料和案例似乎也停留在较早的时期，缺乏对近五年内关键技术突破的引用和讨论。这使得整本书的“时代感”很重，仿佛是一个时间胶囊。我们现在谈论的低功耗设计，很多都与先进的制程节点、低功耗无线协议（如BLE 5.0以上）的功耗特性紧密相关，但这本书对这些现代议题的探讨显得力不从心。如果读者是想通过这本书来了解当前行业的主流实践和最新工具链，这本书提供的帮助会非常有限，更像是一份扎实但略显陈旧的参考资料。

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从叙事风格上来看，这本书的作者似乎更偏向于学院派的严谨，而非面向产业应用者的实用导向。它的语言非常正式，充满了复杂的从句和技术术语的堆砌，这在理论阐述上固然能保证准确性，但在提升阅读体验和知识吸收效率方面却大打折扣。我发现自己经常需要停下来，回溯前面几段话，才能跟上作者的思路，尤其是在跨章节进行概念衔接时，缺乏清晰的脉络梳理。举个例子，书中在讲解振荡器设计时，将各种晶体振荡器和RC振荡器的优缺点进行了罗列，但没有给出一个明确的“场景推荐”——比如在毫伏级供电的场景下，哪种振荡器在启动时间和功耗上更具优势。这种“只讲是什么，不讲为什么或怎么办”的风格，使得这本书更像是一本知识的百科全书，而不是一本解决问题的设计指南。对于希望通过阅读迅速掌握设计技巧的工程师而言，这种过于抽象的论述方式确实是一道不小的障碍。

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这本书的结构安排也暴露出一些问题，使得知识点的连贯性受到了影响。例如，关于低功耗存储器单元的优化策略，它被分散安排在了好几个不同的章节里——一部分在模拟前端设计部分提及，另一部分又跳到了系统级电源管理章节。这种知识点的碎片化处理，使得读者很难建立起一个完整的、自洽的低功耗设计模型。我希望看到的是，所有与存储器相关的功耗优化技巧能被集中在一起，进行横向对比和系统性的总结，这样读者可以清楚地看到不同优化手段之间的相互制约关系。此外，本书的习题和案例分析环节也相对薄弱。虽然书本的厚度可观，但实际用来巩固知识点的实践环节却显得非常空泛，往往只是要求读者计算一个理论值，而缺乏对实际电路板上可能出现的寄生参数、温度漂移等非理想因素的讨论。总而言之，它更像是一份详细的理论集合，而非一套经过精心编排的、旨在培养实际设计能力的课程体系。

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