Cooperating Embedded Systems and Wireless Sensor Networks pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Paul & Co Pub Consortium

作者:Banatre, Michel/ Wolisz, Adam/ Ollero, Anibal

出品人:

页数:384

译者:

出版时间:

价格:150

装帧:HRD

isbn号码:9781905209989

丛书系列:

图书标签:

• 嵌入式系统
• 无线传感器网络
• 合作系统
• 分布式系统
• 物联网
• 通信协议
• 节能设计
• 实时系统
• 网络安全
• 数据融合

电子系统与智能感知：前沿技术与应用深度解析 书籍简介 本书聚焦于当代电子系统设计、集成电路制造、先进感知技术以及这些技术在复杂系统中所扮演的核心角色。本书旨在为电子工程、计算机科学、自动化控制领域的专业人士、研究人员以及高年级本科生提供一个全面且深入的视角，理解构建下一代智能系统的关键理论、硬件基础与新兴趋势。 全书结构严谨，内容涵盖从微观的半导体物理到宏观的系统架构设计，并深入探讨了当前驱动技术变革的几个核心领域：低功耗设计、高精度传感、可靠性工程以及边缘计算的实现路径。 --- 第一部分：微电子学基础与先进制造工艺 本部分奠定了理解现代电子系统的物理基础。我们首先回顾了CMOS晶体管的工作原理，重点分析了深亚微米乃至纳米级工艺下的短沟道效应、漏电流控制机制以及亚阈值摆幅优化。 集成电路设计与布局： 深入探讨了数字与模拟电路设计的规范与挑战。在数字领域，本书详细剖析了时序分析（Static Timing Analysis, STA）的关键步骤、时钟树综合（Clock Tree Synthesis, CTS）的优化策略，以及多电压域（Multi-Voltage Domain）设计中的电平转换器（Level Shifter）设计。在模拟部分，关注点集中在高精度数据转换器（ADC/DAC）的设计，如Sigma-Delta调制器的噪声整形技术、流水线（Pipeline）架构的延迟匹配以及开关电容网络的设计考量。 先进封装与异构集成： 随着摩尔定律的放缓，系统级封装（System-in-Package, SiP）和芯片堆叠技术（Chiplet/3D IC）成为提升性能和集成度的主要途径。本书详细介绍了硅通孔（Through-Silicon Via, TSV）的制造挑战、热管理策略，以及异构芯粒（Heterogeneous Chiplets）间的互联标准与接口协议，如UCIe的底层物理层特性。 低功耗设计哲学： 功耗管理贯穿于整个电子系统的生命周期。我们不仅讨论了传统的电压频率调节（DVFS），更侧重于新颖的非侵入式功耗优化技术，包括动态亚阈值控制、脉冲宽度调制（PWM）的优化，以及在物理层面上如何通过引入新型晶体管结构（如FD-SOI或GAAFETs）来最小化静态功耗。 --- 第二部分：高精度传感与信号调理 本部分聚焦于电子系统如何与物理世界交互，即传感器技术及其前端信号处理。 传感器原理与材料科学： 书籍系统地介绍了主流传感器的物理基础，包括MEMS（微机电系统）加速度计、陀螺仪的结构共振原理，压电材料在声学和压力传感中的应用，以及基于光电效应的成像传感器（CMOS Image Sensors, CIS）的噪声抑制技术。特别地，我们详细分析了新兴的量子点（Quantum Dot）传感器在光谱灵敏度方面的优势。 前端信号链设计： 传感器输出的微弱信号需要经过复杂的调理才能被数字化。本部分深入讲解了仪表放大器（Instrumentation Amplifier）的设计，重点在于如何实现高共模抑制比（CMRR）和低噪声输入级。对于交流信号采集，我们对比了开关采样（Sample-and-Hold）电路的非线性误差来源，并探讨了高阶低通滤波器的设计在抗混叠（Anti-Aliasing）中的关键作用。 数据转换器的深度优化： 针对实时数据流的需求，本书详细阐述了如何在噪声、速度和分辨率之间进行权衡。我们分析了过采样（Oversampling）技术如何利用噪声整形实现有效分辨率的提升，以及闪烁（Flash）ADC在极高速应用中的判据比较器延迟校准技术。 --- 第三部分：嵌入式计算架构与实时控制 电子系统智能化的核心在于其计算能力和对环境的快速响应。本部分探讨了从硬件到软件栈的实时嵌入式计算范式。 面向任务的处理器架构： 本书超越了通用的CPU/GPU对比，深入探讨了专用集成电路（ASIC）和领域特定架构（DSA）的设计优势。详细分析了矢量处理单元（VPU）的设计，包括流水线深度、数据重用机制和片上存储器的层次结构（如Scratchpad Memory）。对于实时系统，我们剖析了确定性（Determinism）的实现，例如通过时间触发（Time-Triggered）调度算法的应用。 存储技术与数据访问： 内存墙是现代系统性能的瓶颈之一。本书全面评估了SRAM、DRAM的性能特性，并引入了非易失性存储器（NVM）如MRAM和RRAM在持久化和加速计算中的潜力。重点分析了内存访问模式的优化，如缓存一致性协议（Cache Coherence Protocols）在多核系统中的开销与管理。 系统级可靠性与容错： 电子系统在极端环境下的可靠性至关重要。本章详细介绍了硬件层面的冗余技术，如三模冗余（Triple Modular Redundancy, TMR）的实现与资源消耗评估，以及软错误（Soft Error）的检测与校正编码（Error Correcting Codes, ECC）机制。 --- 第四部分：互联通信与系统级集成 现代电子系统是高度分布式的，有效的通信机制是系统协同工作的基础。 有线互联技术解析： 本部分详述了高性能串行接口（如PCIe, USB 4.0）的物理层设计，包括均衡技术（Equalization）在高速信号传输中的作用，以及SerDes（Serializer/Deserializer）架构中的时钟和数据恢复（CDR）链路的锁定机制。对于片上网络（Network-on-Chip, NoC），我们对比了环形、网格和树形拓扑的路由算法与拥塞控制策略。 电磁兼容性（EMC）与信号完整性（SI）： 系统的可靠性极大地依赖于其不受外部干扰的能力以及自身不产生干扰的能力。本书提供了详细的信号完整性分析方法，如反射、串扰的建模与仿真，并讲解了电源完整性（Power Integrity, PI）的去耦电容布局优化。在EMC方面，重点讨论了PCB走线的设计规则、屏蔽（Shielding）技术的选择以及接地（Grounding）方案对辐射发射的影响。 协议栈与数据流管理： 探讨了用于系统间通信的工业标准协议，如Ethernet的确定性扩展（TSN）以及针对资源受限环境的通信范式。分析了数据包的调度、优先级管理以及流控机制，以确保关键任务数据流的低延迟交付。 --- 结语 本书不仅仅是理论的汇编，更侧重于将复杂的电子原理转化为可实现、可验证的工程实践。通过深入探讨这些相互关联的技术领域，读者将能够掌握设计、调试和优化下一代高性能、高可靠性电子系统的核心能力。本书为构建更智能、更自主的电子设备提供了坚实的理论和实践蓝图。

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