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出版者:人民邮电出版社

作者:刘明亮

出品人:

页数:250

译者:尹华杰

出版时间:2008-7

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787115180476

丛书系列:图灵电子与电气工程丛书

图书标签:

• 集成电路
• 设计
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电子设备与系统设计：从基础理论到前沿应用 本书聚焦于现代电子系统设计中的核心理念、关键技术与实践操作，旨在为电子工程师、科研人员及相关专业学生提供一套全面而深入的学习资源。全书内容覆盖了从基础电路理论的深化理解，到复杂系统的集成与优化，尤其侧重于信号完整性、电源管理、嵌入式系统以及射频前端设计等当前电子行业的热点与难点。 --- 第一部分：模拟电路的精深解析与优化策略 本部分深入探讨了模拟电子学中的核心概念，并着重于如何将理论知识转化为高性能的实际电路设计。 第一章：高级运算放大器理论与应用拓展 本章不仅复习了理想运放的特性，更深入剖析了双极型和场效应晶体管搭建的实际运放的非理想效应，如输入偏置电流、失调电压、共模抑制比（CMRR）和电源抑制比（PSRR）的定量分析。重点介绍了如何使用反馈网络来校正这些非理想因素，并详细阐述了跨导放大器（OTA）在集成电路中的设计考量。内容涵盖了精密仪器仪表中常用的斩波稳定运放和自举电路的应用实例，以及如何利用Spice仿真工具进行噪声分析和瞬态响应优化。 第二章：滤波器设计：从巴特沃斯到任意波形合成 本章系统地介绍了各类模拟滤波器的设计方法，包括低通、高通、带通和带阻滤波器。我们详细对比了巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）、椭圆（Elliptic）和贝塞尔（Bessel）等经典逼近法的特性差异及其适用场景。更进一步，本章阐述了Sallen-Key拓扑、MFB拓扑的应用，并引入了现代的设计工具，如使用MATLAB/Simulink进行原型设计和参数提取。在高级部分，探讨了有源RC滤波器和开关电容滤波器在集成度要求高时的优势与局限性，以及如何设计用于消除特定频率干扰的陷波滤波器。 第三章：线性与开关电源管理基础 本部分将电源设计视为系统性能的基石。我们首先分析了线性稳压器（LDO）的性能指标，如瞬态响应和线规/负载调整率，并探讨了如何通过优化内部误差放大器和输出缓冲级来提升LDO的动态特性。随后，章节转向开关电源拓扑。详细分析了Buck（降压）、Boost（升压）和Buck-Boost转换器的基本工作原理、占空比控制方法（如PWM与PFM），并着重探讨了环路补偿设计，包括Type I、II和III补偿器的设计，确保开关电源在不同负载条件下具有良好的稳定性和快速瞬态响应能力。此外，还涉及了电源噪声的建模与抑制技术。 --- 第二部分：数字系统与嵌入式控制 本部分侧重于现代电子设备中嵌入式处理核心的构建、接口设计以及软件与硬件的协同工作。 第四章：微控制器架构与外设交互 本章以主流的ARM Cortex-M系列微控制器为例，深入剖析了其流水线结构、存储器管理单元（MMU/MPU）和中断处理机制。重点讲解了微控制器核心外设的深度应用，包括：通用定时器的高精度脉冲宽度调制（PWM）生成、模数转换器（ADC）的多通道同步采样与过采样技术，以及中断服务程序（ISR）的优化编写，以最小化延迟和抖动。此外，探讨了实时操作系统（RTOS）在任务调度、资源共享（如信号量与互斥锁）中的实际应用。 第五章：高速串行通信协议与接口设计 本章聚焦于现代电子系统间高速数据交换的关键技术。详细讲解了UART、SPI、I²C等经典接口的底层协议帧结构和时序要求。随后，深入探讨了更高速的接口，如USB 2.0/3.0的物理层要求、Ethernet MAC层的工作原理，以及PCI Express（PCIe）的通道化与层级结构。设计重点放在了信号完整性对高速接口的影响上，包括传输线效应、串扰分析和端接策略的选择，确保数据在PCB上传输的可靠性。 第六章：FPGA与可编程逻辑在算法加速中的应用 本章介绍了现场可编程门阵列（FPGA）的开发流程，从硬件描述语言（VHDL/Verilog）的编写、综合、布局布线到比特流生成。核心内容在于如何利用FPGA的并行计算能力实现算法加速。详细分析了有限脉冲响应（FIR）滤波器、快速傅里叶变换（FFT）的流水线化设计，以及如何通过定制的数据路径结构来超越传统CPU的性能限制。讨论了FPGA与SoC（System-on-Chip）的接口集成，例如通过AXI总线实现片内外设的高效通信。 --- 第三部分：系统集成与电磁兼容性（EMC） 本部分关注系统层面的设计挑战，特别是确保复杂系统在物理实现上的鲁棒性和合规性。 第七章：印刷电路板（PCB）的电磁兼容性设计 本章是系统可靠性的关键。我们首先梳理了EMI（电磁干扰）的产生机制，包括辐射发射和传导发射的来源。深入分析了地平面分割、电源层去耦电容的优化选型与布局策略，以及高频信号的回流路径控制。详细讲解了差分信号的设计原则、叠层设计对阻抗控制的影响，并介绍了屏蔽技术（如法拉第笼的设计）和敏感电路的隔离方法，以满足EMC标准（如FCC、CE）的要求。 第八章：传感器接口与信号调理电路 本章关注如何从物理世界获取精确、可靠的数据。重点分析了各类传感器的特性，包括电阻式、容性、压电式传感器的工作原理。在信号调理方面，详细阐述了如何使用仪表放大器进行高共模抑制比的差分信号放大，如何设计有效的抗混叠滤波器，以及如何处理传感器输出的小信号漂移和噪声。本章特别强调了噪声敏感型应用（如医疗和工业控制）中的低噪声设计实践。 第九章：固件可靠性与调试技巧 本章从软件角度保障系统稳定运行。内容涵盖了代码健壮性设计，如看门狗定时器的正确配置、故障注入测试（FIT）方法，以及异常处理机制的层级设计。在调试方面，详细介绍了使用逻辑分析仪捕获复杂时序事件、利用示波器进行电源纹波和信号完整性诊断的实际操作流程，以及如何使用JTAG/SWD接口进行硬件级调试和固件版本控制。 --- 本书的特点在于理论的严谨性与实践的指导性相结合，通过大量的案例分析和设计流程图示，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“如何做”，从而快速应对现代电子产品开发中的各项工程挑战。

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这本书为我打开了一扇了解“隐藏在幕后”的技术的大门。我们日常生活中使用的许多电器，看似普通，但背后都可能运用了开关电容的巧妙设计。例如，手机充电器、LED驱动器、甚至是一些消费电子产品的电源管理模块，都可能依赖开关电容技术来实现高效的能量转换和精密的电压控制。书中通过大量的实例，揭示了开关电容在这些领域的具体应用，让我对身边的科技有了更深的敬意。我尤其欣赏书中对“效率”和“功耗”的关注，这在当今节能环保的大趋势下尤为重要。开关电容技术如何能够在保证性能的同时，最大限度地降低能量损耗，是书中着重探讨的一个方向。我尝试着去分析我正在使用的某些电子产品，并结合书中的知识，推测其内部可能采用了何种开关电容的设计方案。这种“反向工程”式的学习，极大地提升了我对电子产品设计的理解能力。

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这本书最让我感到惊喜的是它所呈现的“未来感”。它不仅仅是一本介绍现有技术的书籍，更像是为我描绘了一幅开关电容技术在未来发展的蓝图。书中关于“高频开关电容”、“多相开关电容”以及“集成开关电容”等概念的探讨，让我看到了这个领域无限的创新可能性。我尤其对书中提及的“开关电容传感器”以及它们在生物医学、环境监测等领域的潜在应用感到兴奋。想象一下，一种体积小巧、功耗极低的传感器，能够实现高灵敏度和高精度的测量，这无疑将极大地推动相关领域的发展。书中还对开关电容技术与新兴材料（如压电材料、铁电材料）的结合进行了展望，这让我看到了跨学科融合带来的巨大潜力。这本书让我深刻地认识到，开关电容技术远非成熟，它仍然是一个充满活力和创新机会的研究领域，而这本书，无疑是我通往这个领域的绝佳起点。

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当我拿到这本书的时候，首先吸引我的是它厚实的纸张和精美的排版，这让我立刻感受到了一种专业和严谨的学术气息。我特别喜欢书中对复杂概念的阐释方式，用浅显易懂的比喻和生动的图示，将抽象的电路原理变得具象化，仿佛我正亲手操作着那些元器件，感受着电荷的流动和能量的传递。其中关于电荷泵的设计部分，让我对如何利用开关电容实现电压的升压或降压有了全新的认识。以往我可能认为这需要复杂的集成电路或者高效率的DC-DC转换器，但这本书却展示了开关电容的另一种优雅解决方案。我特别留意到书中对不同开关电容拓扑结构（如电荷泵、开关电容滤波器等）的详细介绍，以及它们各自的优缺点和适用场景。这对我来说非常宝贵，因为在实际的电子产品设计中，选择合适的拓扑结构直接关系到产品的性能、成本和功耗。我尝试着去理解书中给出的数学模型和分析方法，虽然有些部分对我来说有一定的挑战，但我相信通过反复研读，一定能够掌握。书中对一些经典开关电容电路的案例分析也让我印象深刻，例如在低功耗微控制器中的电压提升，或者在传感器接口中的信号调理。这些实例让我看到了开关电容技术在现实世界中的广泛应用，也激发了我对未来可能出现的更多创新应用的遐想。

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这本书简直是一本“工具书”的典范，它为我解决实际工程问题提供了源源不断的灵感和方法。我一直在从事低功耗传感器网络的研发工作，而电池续航能力一直是制约其发展的瓶颈。在阅读这本书的过程中，我惊喜地发现，开关电容技术可以有效地解决这一难题。书中关于低功耗开关电容稳压器和电荷泵的设计方法，让我看到了大幅度降低系统功耗的可能性。我特别关注书中关于“失配损耗”和“电荷共享”等概念的讨论，这些都是在低功耗应用中必须仔细考虑的因素。通过理解这些原理，我能够更好地优化我的电路设计，从而最大限度地延长设备的电池寿命。此外，书中对开关电容在数据采集系统中的应用也进行了详细的阐述，例如如何利用开关电容放大器实现高输入阻抗和低噪声的信号放大，这对于采集微弱的传感器信号至关重要。我尝试着将书中的一些设计思路应用到我目前的项目中，并取得了显著的效果。这本书不仅仅提供了理论知识，更重要的是提供了实用的设计指南和调试技巧，让我能够少走弯路，更快地实现目标。

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这本书以一种非常直观和实用的方式，将开关电容技术从一个相对抽象的概念，转变为我手中可用的设计工具。我一直认为，真正的技术书籍应该能够“落地”，而这本书恰恰做到了这一点。书中关于“汲取能量”、“输送电荷”等概念的生动比喻，让我能够轻松地理解开关电容的工作机制。我特别欣赏书中对不同参数（如开关频率、电容大小、电源电压）对开关电容性能影响的详细分析，这些参数的微小变化都可能对电路的整体表现产生显著影响。书中提供的仿真电路和实际测试数据，让我能够直观地验证理论知识，并对比不同设计方案的优劣。我尝试着按照书中的步骤，搭建了一个简单的开关电容升压电路，并成功地将低电压提升到了我需要的水平。这个实践过程让我对开关电容技术有了更深刻的体会，也增强了我解决实际问题的信心。书中还为我提供了关于如何进行PCB布局和器件选型的建议，这些细节对于实际产品开发至关重要。

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这本书的封面设计非常吸引我，简约的线条勾勒出一个充满科技感的图形，配合沉稳的色彩搭配，瞬间就燃起了我对其中内容的期待。我一直对电子元器件有着浓厚的兴趣，尤其是那些能够实现能量存储和转换的神奇装置。虽然我对“开关电容”这个词汇并不陌生，但一直以来，它在我脑海中更多的是一种抽象的概念，缺乏深入的理解。我总觉得，它一定蕴含着某种巧妙的物理原理，能够以一种看似简单的方式实现复杂的电气功能。这本书的名字，恰好点燃了我内心深处那份求知的渴望。我期待它能像一位经验丰富的向导，带领我穿梭于开关电容的奇妙世界，揭开它神秘的面纱。我希望书中不仅会介绍开关电容的基本结构和工作原理，更会深入探讨其在各种实际电器中的应用。例如，它能否在电源管理系统中扮演关键角色？它在信号处理方面又有哪些独特的优势？又或者，它是否能够为未来的绿色能源技术带来革新？这些问题在我脑海中萦绕，让我迫切地想从这本书中找到答案。这本书不仅仅是一本技术书籍，在我看来，它更像是一扇通往无限可能的科技之门，等待着我去推开。我预感，这本书将彻底改变我对电力电子学的一些固有认知，让我看到更多设计的可能性和创新的火花。

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这本书的内容深度和广度都远远超出了我的预期。我原本以为它可能只是一本介绍开关电容基础知识的书籍，但深入阅读后，我发现它触及了开关电容在各个领域最前沿的应用。例如，关于开关电容滤波器在模拟信号处理中的应用，书中详细阐述了它如何能够替代传统的RC滤波器，尤其是在集成电路设计中，它能够减小占位面积并提高精度，这对我进行高精度信号处理电路的设计具有极大的指导意义。此外，书中对开关电容在电源管理IC中的作用进行了深入剖析，包括如何利用它实现高效率的低压差稳压器（LDO）以及如何构建多相开关电容转换器来提升功率密度和效率。这些内容让我对现代电子设备中精巧的电源设计有了更深刻的理解。我特别欣赏书中对一些复杂理论的循序渐进的讲解，并没有一上来就给出公式和推导，而是先建立直观的物理模型，然后再逐步引入数学工具进行精确描述。这种教学方式对于我这样的学习者来说非常友好。书中还提到了开关电容在MEMS（微机电系统）中的应用，例如驱动微电机或者采集微小位移信号。这让我看到了开关电容技术跨越了传统电子领域的界限，并在新的交叉学科领域发挥着重要作用。

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这本书的结构安排非常合理，循序渐进，适合不同水平的读者。它从开关电容最基本的原理讲起，然后逐步深入到各种复杂的应用电路。我特别喜欢书中对“稳态分析”和“动态分析”的区分，这有助于我理解开关电容电路在不同工作模式下的行为。书中对“电荷注入”、“电荷泄漏”等潜在问题的讨论，也让我能够提前预见到可能出现的故障，并采取相应的预防措施。我尤其关注书中关于“开关电容DAC（数模转换器）”和“开关电容ADC（模数转换器）”的章节，这些章节详细阐述了如何利用开关电容的精确电荷传输特性来实现高精度的信号转换。这对我从事信号处理和数据采集工作的人员来说，具有非常重要的参考价值。书中还提到了如何通过优化开关时序来提高开关电容电路的效率和线性度，这方面的深入探讨，让我对开关电容的设计有了更精细化的认识。

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我被这本书中展示的开关电容技术的创造力和前瞻性所深深吸引。它不仅仅是关于现有技术的介绍，更是在展望未来的发展方向。书中对“无源滤波器”、“低通滤波器”等概念的拓展性讲解，让我看到了开关电容在数字信号处理和通信领域的巨大潜力。我尤其对书中提及的“带隙基准电压源”的开关电容实现方式感到新奇，这是一种我之前从未想过的思路。通过开关电容的周期性充放电，可以有效地补偿温度漂移，从而获得更加稳定的基准电压。这对于很多对电压稳定性要求极高的应用来说，无疑是一个巨大的进步。书中还探讨了开关电容技术与新兴技术（如物联网、人工智能）的结合，例如如何利用开关电容构建低功耗的传感器节点，或者如何利用其实现高效的数据转换，从而为这些新兴应用提供强大的底层支撑。这些内容让我对开关电容技术的未来充满了乐观的期待，也激发了我进一步探索其在这些前沿领域应用的兴趣。

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我必须承认，这本书的难度系数对我来说不小，但我依然沉浸其中，并从中获益匪浅。它迫使我跳出舒适区，去学习和理解那些更深奥的物理原理和数学模型。书中关于“电容分压”、“电容串并联”等基本概念的深入探讨，以及它们如何与开关操作相结合，让我对电路的理解达到了一个新的高度。我特别对书中提及的“电荷平衡方程”和“状态空间平均法”等分析工具感到着迷。虽然理解这些方法需要花费一些时间和精力，但它们为我提供了分析复杂开关电容电路的强大武器。书中还详细介绍了如何对开关电容电路进行建模和仿真，这对于我在实际设计中验证我的想法和优化参数至关重要。我通过书中提供的例子，学习如何使用特定的仿真软件来模拟开关电容电路的动态行为，并对比仿真结果与理论预测的差异。这种理论与实践相结合的学习方式，让我对开关电容技术的掌握更加扎实。

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