Modeling and Simulation for RF System Design pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Frevert, Ronny/ Haase, Joachim/ Jancke, Roland/ Knochel, Uwe/ Schwarz, Peter

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:2005-12

价格:$ 236.17

装帧:HRD

isbn号码:9780387275840

丛书系列:

图书标签:

射频系统设计
建模
仿真
无线通信
微波电路
电磁场
MATLAB
ADS
HFSS
信号处理

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具体描述

Modern telecommunication systems are highly complex from an algorithmic point of view. The complexity continues to increase due to advanced modulation schemes, multiple protocols and standards, as well as additional functionality such as personal organizers or navigation aids. To have short and reliable design cycles, efficient verification methods and tools are necessary. Modeling and simulation need to accompany the design steps from the specification to the overall system verification in order to bridge the gaps between system specification, system simulation, and circuit level simulation. Very high carrier frequencies together with long observation periods result in extremely large computation times and requires, therefore, specialized modeling methods and simulation tools on all design levels. The focus of Modeling and Simulation for RF System Design lies on RF specific modeling and simulation methods and the consideration of system and circuit level descriptions. It contains application-oriented training material for RF designers which combines the presentation of a mixed-signal design flow, an introduction into the powerful standardized hardware description languages VHDL-AMS and Verilog-A, and the application of commercially available simulators. Modeling and Simulation for RF System Design is addressed to graduate students and industrial professionals who are engaged in communication system design and want to gain insight into the system structure by own simulation experiences. The authors are experts in design, modeling and simulation of communication systems engaged at the Nokia Research Center (Bochum, Germany) and the Fraunhofer Institute for Integrated Circuits, Branch Lab Design Automation (Dresden, Germany).

电子系统建模与仿真：从基础到前沿图书名称：电子系统建模与仿真：从基础到前沿图书简介：本书旨在为工程师、研究人员和高级学生提供一个全面且深入的指南，涵盖现代电子系统设计与分析中至关重要的建模与仿真技术。我们聚焦于如何利用先进的数学工具、计算方法和仿真软件，构建复杂电子电路、器件以及系统级架构的精确模型，并进行高效的性能评估与优化。本书强调理论与实践的紧密结合，力求使读者不仅掌握“如何做”，更能理解“为什么这样做”。全书结构清晰，从基础的理论框架出发，逐步深入到当前电子工程领域最前沿的仿真技术与应用场景。第一部分：建模与仿真的理论基石本部分奠定了后续章节应用技术的基础。我们首先回顾了电路理论中的状态空间表示法，并将其扩展至非线性系统的描述。重点讨论了如何将物理定律（如麦克斯韦方程组）转化为可计算的数学模型。 1.1 连续时间与离散时间系统建模：深入探讨了拉普拉斯变换、Z变换在系统建模中的应用。分析了线性时不变（LTI）系统、线性时变（LTV）系统在不同域下的响应特性。此外，引入了网络拓扑分析在大型系统建模中的作用，包括图论在电路简化和可扩展性分析中的应用。 1.2 数值方法与离散化技术：详细介绍了求解微分代数方程组（DAEs）的核心数值算法。内容包括：欧拉法、龙格-库塔法（Runge-Kutta methods）的收敛性与稳定性分析；有限差分法（FDM）在偏微分方程（PDEs）求解中的应用；以及针对大规模稀疏矩阵问题的迭代求解器（如GMRES，BiCGSTAB）的性能考量。特别关注了多速率系统的离散化策略，以应对不同时间尺度下物理过程的仿真需求。 1.3 统计建模与不确定性量化（UQ）：现代电子设计越来越依赖对制造工艺和环境变化的鲁棒性分析。本章介绍了蒙特卡洛模拟、拉丁超立方采样（LHS）等方法。我们重点讨论了如何利用概率密度函数（PDF）描述元件参数的随机性，并通过敏感性分析识别设计中的关键风险点。第二部分：关键电子元件的物理建模本部分着重于如何将器件层面的物理现象转化为可用于系统级仿真的模型。 2.1 半导体器件的精确模型：涵盖了MOSFET、BJT等核心器件的经典模型（如Ebers-Moll, Gummel-Poon）。更深入地探讨了高级模型，如BSIM系列模型，及其在非理想效应（如沟道长度调制、DIBL、自热效应）下的参数提取与验证过程。针对新型器件（如GaN, SiC），分析了其高频特性和热力学模型的构建。 2.2 损耗与噪声的建模：详细分析了导线、封装材料以及元件内部的寄生效应（电阻、电感、电容）。介绍了集肤效应和邻近效应在高频信号传输中的建模，以及如何通过电磁场求解器（如有限元法/边界元法）提取这些寄生参数。噪声方面，重点讲解了散粒噪声、热噪声、闪烁噪声（1/f噪声）的来源及其在系统级信噪比（SNR）计算中的应用。 2.3 封装与热管理仿真：电子系统性能受热环境影响显著。本章介绍了热传导、热对流和热辐射的数学描述。通过计算流体动力学（CFD）的基本原理，展示了如何对散热器、芯片封装的热阻进行建模，预测关键节点的温度分布，并将热模型嵌入到电路仿真流程中，实现热-电联合仿真。第三部分：系统级仿真与集成方法本部分关注如何将元件模型集成到整个系统架构中，并进行高效的系统级验证。 3.1 混合信号系统仿真（Co-simulation）：在大规模系统（如通信收发机、电源管理单元）中，往往需要将不同领域（电路、电磁、控制）的模型集成。本章详细讨论了不同仿真器之间数据交换的标准（如FMI/FMU），以及如何管理不同时间步长和求解器之间的同步问题，以实现精确且可接受运行时间的混合仿真。 3.2 行为级建模与抽象：在系统设计的早期阶段，需要快速评估架构选择。本部分介绍了基于MATLAB/Simulink、SystemC等工具的行为级建模方法。重点讲解了如何从详细的器件模型中提取关键性能指标（如带宽、功耗、线性度），构建简化的数学函数或状态机来代表复杂功能模块，从而加速系统级迭代。 3.3 优化与参数扫描：仿真不仅仅是验证，更是优化的手段。本章介绍了全局优化算法（如遗传算法、粒子群优化）在电路设计空间探索中的应用。详细讲解了如何设置仿真目标函数、约束条件，并利用自动化脚本进行大规模参数扫描，以寻找满足多指标最优的电路拓扑和元件值。第四部分：前沿与特定领域应用本部分关注当前电子系统设计中快速发展的几个关键领域，及其专用的建模与仿真技术。 4.1 电磁兼容性（EMC）建模：讲解了如何使用时域有限差分法（FDTD）和矩量法（MoM）来分析PCB和电缆布线上的串扰、辐射和抗扰度问题。重点关注近场耦合、地平面设计对信号完整性的影响，以及如何通过仿真指导屏蔽和滤波器的设计。 4.2 低功耗与边缘计算建模：针对嵌入式系统，分析了能效建模的关键挑战。这包括：功耗状态转换的建模、动态电压与频率调节（DVFS）策略的仿真，以及如何评估数据流对整体能耗的影响。 4.3 模型验证与置信度评估：强大的模型必须经过严格的验证。本章讨论了“仿真到实测”的闭环验证流程。介绍了误差预算的建立、仿真结果与实际测试数据的对比分析方法（如TDR/VNA测量数据匹配），以及如何根据实际偏差反馈修正和校准仿真模型，以提高未来预测的置信度。结语：本书的最终目标是培养读者建立一套系统性的、跨尺度的建模与仿真思维框架，使其能够应对从单个晶体管到复杂异构集成系统的所有设计挑战。通过对理论深度和工程实践的平衡探讨，读者将能够有效地利用仿真工具来缩短开发周期、降低设计风险，并最终交付高性能的电子产品。