传感器与信号处理电路 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:177

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出版时间:2008-3

价格:22.00元

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isbn号码:9787508453200

丛书系列:

图书标签:

• 传感器
• 信号处理
• 模拟电路
• 电路设计
• 电子工程
• 传感器技术
• 信号分析
• 滤波电路
• 放大器电路
• 噪声分析

现代电子系统设计与应用：从理论基石到前沿实践 书籍核心主题： 本书旨在为读者构建一个系统、深入且实用的现代电子系统设计与实现框架。它超越了单一组件的介绍，专注于如何将电子理论知识融会贯通，应用于复杂、高性能的实际工程挑战中。全书内容涵盖了从基础的模拟与数字电路原理，到高级的嵌入式系统架构、高性能计算、以及面向特定领域的应用系统开发。 第一部分：电子系统设计基石与基础理论 本部分奠定了理解复杂电子系统的理论基础。 第一章：高级电路分析与模型建立 本章聚焦于超越标准教科书范畴的电路分析方法。深入探讨非线性电路的工作原理，特别是半导体器件在非理想条件下的行为建模，如热效应、噪声源的精确量化。内容包括S参数在射频电路分析中的应用，以及如何利用SPICE仿真工具进行高级瞬态分析和蒙特卡洛参数敏感性测试。重点解析了系统级寄生效应（如串扰、地弹）对数字和模拟性能的影响，并介绍了如何通过拓扑优化来抑制这些效应。 第二章：高性能电源管理与能量效率 现代电子设备对电源的稳定性、效率和功率密度提出了苛刻的要求。本章详细阐述了开关模式电源（SMPS）的拓扑结构选择，包括Buck、Boost、SEPIC和Flyback转换器的动态环路设计。内容深入到磁性元件（电感器和变压器）的绕线技术、磁芯材料选择及其对效率和EMI的影响。此外，还涵盖了电池管理系统（BMS）的核心技术，如精确的电量计量（Coulomb Counting）、热管理策略以及故障诊断算法。特别强调了低功耗设计（Ultra-Low-Power Design）的技术，包括时钟门控、动态电压与频率调整（DVFS）在嵌入式平台上的实现。 第三章：噪声、信号完整性与电磁兼容（EMC） 本章是确保电子系统可靠运行的关键。从物理层面上分析了信号传输线理论，包括传输线阻抗匹配、反射抑制技术。信号完整性（SI）部分深入讲解了时域反射（TDR）和眼图分析在高速串行通信接口（如PCIe、USB 3.0）验证中的作用。在电磁兼容性（EMC）方面，详细剖析了噪声的产生源（辐射、传导）、传播路径以及抑制技术，包括PCB布局的屏蔽层设计、去耦电容的网络化策略，以及屏蔽罩的优化设计。 第二部分：嵌入式系统架构与固件开发 本部分将理论知识转化为可执行的硬件与软件集成系统。 第四章：微控制器与异构计算平台 本章对比分析了主流的嵌入式处理器架构，如ARM Cortex-M/R/A系列、RISC-V的核心指令集及流水线设计。重点讲解了内存架构的优化，包括缓存一致性、局部性原理在嵌入式实时系统中的应用。此外，深入探讨了异构计算平台的集成，特别是CPU、GPU、FPGA（或CPLD）之间的数据交换机制、中断处理流程和内存映射访问（MMIO）。 第五章：实时操作系统（RTOS）与任务调度 本章聚焦于保证系统确定性和响应速度的软件技术。详细介绍了主流RTOS（如FreeRTOS, VxWorks, QNX）的核心机制：任务管理、信号量与互斥锁的应用、消息队列与事件组的同步机制。着重分析了中断服务程序（ISR）的设计原则、上下文切换的开销，以及如何通过优先级继承或互斥访问策略来避免优先级反转问题。内容还涉及时间触发（TT）与事件触发（ET）调度策略在不同应用场景下的权衡。 第六章：传感器接口与数据采集系统 本部分专门探讨如何将物理世界的数据可靠、精确地转换为数字信号。内容涵盖了各类接口电路的设计：高速ADC/DAC的选择标准（ENOB、SFDR、SNR）、流水线与Sigma-Delta架构的特性对比。重点讲解了高精度模拟前端（AFE）的设计，包括低噪声放大器（LNA）的选择、输入缓冲电路的设计，以及如何利用数字滤波技术（如FIR、IIR）实现抗混叠和信号增强。此外，还涉及工业标准的现场总线协议（如CAN FD, EtherCAT）的硬件接口和协议栈实现。 第三部分：面向应用的系统实现与前沿技术 本部分关注于将前述技术应用于解决特定的工程问题。 第七章：高速数据通信接口与协议栈 本章深入研究了现代电子系统间通信的关键技术。涵盖了串行通信（如UART, SPI, I2C）的高级应用，重点在于高速差分信号的布线规则和终端设计。对于更高速率的接口，如SerDes、PCIe Gen4/5，详细分析了等时恢复（CDR）、时钟域跨越（CDC）的同步技术和数据编码（如8b/10b, 128b/130b）的必要性。 第八章：FPGA与硬件加速器的设计与验证 本章是系统逻辑实现的关键。讲解了硬件描述语言（VHDL/Verilog）的高级结构，特别是如何将算法结构映射为高效的硬件逻辑。内容包括状态机设计、流水线化技术以提高吞吐量、以及资源约束下的资源共享优化。详细介绍了时序约束的设定、静态时序分析（STA）的结果解读，以及如何利用FPGA进行定制化的硬件加速，例如在图像处理或信号滤波中的并行计算加速。 第九章：嵌入式网络与物联网（IoT）安全 本章面向连接性与安全性。系统地介绍了TCP/IP协议栈在资源受限设备上的实现，包括轻量级协议如MQTT、CoAP的应用场景。在安全方面，深入探讨了硬件信任根（Root of Trust, RoT）、安全启动（Secure Boot）的流程，以及在嵌入式环境中实现非对称加密（如TLS/DTLS握手过程）的性能优化和资源管理。内容还涵盖了物理安全措施，如篡改检测机制的设计。 第十章：系统级可靠性、测试与可维护性（DFT） 本章关注产品的生命周期管理。探讨了电子系统的故障模式分析（FMEA）和应力筛选（Burn-in Test）的设计。详细介绍了设计可测试性（DFT）的实践，包括边界扫描（JTAG）在板级测试中的应用，以及如何在固件中植入诊断程序，以实现远程故障预测和状态监控。本章强调通过前瞻性的设计来降低生命周期内的维护成本。 总结与展望： 本书的结构设计旨在引导读者完成一个完整的工程思维链条：从理解物理世界的信号特性，到选择和设计最合适的电子元件，再到高效的软件架构与硬件加速集成，最终实现一个稳定、可靠、具有前瞻性的现代电子系统。本书强调理论指导下的实践操作，旨在培养具备全面系统视野的电子工程师。

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