Operational Amplifiers and Linear Intergrated Circuits: Theory and Applications pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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isbn号码:9780070399310

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具体描述

<p>Operational amplifiers (op amps) and linear integrated circuits (ICs) are encountered in nearly all electronic systems. A staggering array of different types of general-purpose op amps and more specialized linear ICs is available today. These devices are sophisticated and flexible, and yet they are generally quite inexpensive. These factors make such devices attractive to circuit de- signers in many areas. Even systems that are primarily digital in nature, such as microcomputers and digital test equipment, often contain many linear ICs. This text is primarily intended for use in an introductory course on op amps and linear ICs in electronics and electrical engineering technology programs. In order to use this book most effectively, the reader should have had a course in basic dc and ac circuit analysis and a general understanding of semiconductor devices. Knowledge of algebra and trigonometry is also required. The book is structured in such a way that successive chapters use the information that was provided in preceding chapters. For example, circuits that rely on the operation of comparators are not introduced until compara- tors themselves have been covered. While many topics required a more structured approach, with one chapter building upon the preceding chapter, the text has a considerable amount of flexibility. For example, Chapters 4 through 7 could be covered in just about any order, without a loss in conti- nuity, because they introduce the applications of op amps and linear ICs. Each chapter concludes with a series of questions and problems. The degree of difficulty builds from problem to problem, with each chapter con- taining several problems that are rather difficult and will require a particularly good knowledge of the concepts that were presented. Worked-out examples are used extensively throughout the text.</p>

现代电子系统设计中的关键技术：电源管理与射频电路原理本书旨在为工程师、研究人员以及高级电子技术专业的学生提供一个深入而全面的视角，聚焦于现代电子设备中至关重要的两个领域：高效能电源管理系统（Power Management Systems, PMS）和高频射频（Radio Frequency, RF）电路设计。本书摒弃了对传统线性集成电路（如基础运算放大器）的冗余叙述，而是将重点放在那些驱动当前便携式、物联网（IoT）及高速通信设备创新的核心技术上。 --- 第一部分：下一代电源管理系统设计与优化随着移动设备和边缘计算的普及，对能源效率的需求达到了前所未有的高度。本部分将深入探讨如何设计和实现能够在极端功耗预算内提供稳定、高精度电源轨的复杂系统。第一章：先进的开关模式电源（SMPS）拓扑与控制本章将超越基础的降压（Buck）和升压（Boost）转换器理论，重点剖析高效率、高功率密度的应用场景。 1. 非传统拓扑结构分析：深入研究四开关降压-升压（Four-Switch Buck-Boost）拓扑在宽输入电压范围应用中的优势与挑战，并对比分析准互补降压-升压（Buck-Boost with Reconfigured Transistors）结构的瞬态响应特性。 2. 数字电源控制技术：探讨使用数字信号处理器（DSP）或高性能微控制器（MCU）实现脉冲频率调制（PFM）和脉冲宽度调制（PWM）的混合控制策略。重点分析数字环路补偿的设计，包括零点和极点的精确配置，以确保在负载瞬态变化时的最优动态性能和快速恢复时间。 3. 无损电流检测方案：详细阐述使用磁感应耦合或基于电流互感器（CT）的非侵入式电流感测技术，以消除传统低侧或高侧电流电阻带来的导通损耗，尤其适用于高精度电池管理系统（BMS）。第二章：电池管理与能源收集（Energy Harvesting）集成高效的电池管理是便携式系统的生命线。本章关注如何精确监控电池状态并最大化能量采集效率。 1. 高精度电量计（Fuel Gauging）：讲解基于库仑计的阻抗跟踪算法（Impedance Tracking），该算法能更准确地估计锂离子电池的剩余电量（SoC）和健康状态（SoH），尤其是在温度变化剧烈的环境中。 2. 电荷泵与电荷回收：分析用于驱动栅极或产生负偏置电压的电荷泵电路，并重点讨论在关断或待机模式下，如何利用低漏电流开关实现存储在电荷泵电容中的残余能量回收机制。 3. 多源能源收集接口：探讨压电、光伏和热电发电机（TEG）的接口电路设计。深入讲解最大功率点跟踪（MPPT）技术在低输入电压/小电流环境下的实现，包括扰动与观察（P&O）及其改进算法的硬件映射。第三章：低压差（LDO）稳压器的高级设计与噪声抑制尽管开关电源效率更高，但在对噪声极为敏感的模拟和射频前端，LDO 依然不可替代。本章侧重于 LDO 的性能极限突破。 1. 超低噪声与高电源抑制比（PSRR）设计：探讨采用多级误差放大器结构，结合使用米勒补偿与零值补偿（Nulling the Zero）技术，以实现在高频段（10MHz以上）依然维持极高 PSRR 的设计方法。 2. 瞬态响应的优化：分析输出电容等效串联电阻（ESR）与电路极点对瞬态电压尖峰的影响，并介绍使用高频零点注入技术来提升 LDO 应对快速负载阶跃的能力。 3. 片上无源器件的建模：讨论在先进半导体工艺中，如何精确建模片上寄生电容和电阻，以确保 LDO 稳定性，并优化对外部补偿元件的依赖。 --- 第二部分：高频射频电路的系统级集成与性能挑战本部分将重点放在处理 GHz 频率信号所需的特定电路技术，包括噪声优化、线性化技术以及系统级集成（System-on-Chip, SoC）的挑战。第四章：低噪声放大器（LNA）与功率放大器（PA）的匹配与效率射频前端的核心在于信号的接收和发射，本章关注 LNA 的噪声性能和 PA 的效率-线性度权衡。 1. 噪声优化与阻抗匹配网络：深入分析等效输入噪声系数（ENR）的计算，以及如何通过史密斯圆图和纽扣图（Butterworth-Hansen Matching）设计实现最佳的噪声匹配（$Z_{opt}$）与增益匹配之间的折衷。 2. 高效率 PA 设计（ Doherty & EER）：详细介绍 Doherty 功率放大器的结构、工作原理及其实现技巧，特别是在宽带应用中，如何处理载波注入和失配问题。同时，探讨包络跟踪（Envelope Tracking, ET）技术如何结合动态电压调节以提高平均效率。 3. 宽带匹配技术：研究使用多节传输线或无源匹配网络实现宽带低驻波比（VSWR）的设计方法，以适应跳频或多模通信系统。第五章：混频器、压控振荡器（VCO）与频率合成本章关注信号的频率搬移和本地振荡器的性能，这些是超外差（Superheterodyne）和直接变频（Direct Conversion）架构的关键。 1. 下变频混频器的非线性分析：探讨混频器中的三阶截点（IIP3）对系统整体线性的影响。重点分析双平衡混频器（Double-Balanced Mixers）的结构优势及其对寄生耦合的抑制作用。 2. 高精度、低相位噪声 VCO 设计：深入研究振荡器设计，包括使用 Colpitts 或 Clapp 结构在片上实现。侧重于分析振荡电路的非线性化对振荡频率和相位噪声谱的影响，以及如何通过缓冲级和负载设计来优化其频谱纯度。 3. 锁相环（PLL）的抖动与误差分析：详细讲解如何设计环路滤波器（Loop Filter）以优化 PLL 的锁定时间、跟踪速度和输出抖动（Jitter）。分析不同锁定模式（如分频锁定、小数分频锁定）下的杂散抑制技术。第六章：射频电路的系统级集成与电磁兼容性（EMC）在高密度集成电路中，电路性能严重受寄生耦合和封装效应的影响。 1. 片上电磁（EM）效应建模：分析互连线、通孔（Via）和封装引线带来的寄生电感和电容。介绍三维电磁仿真工具在预测高频性能中的应用。 2. 隔离与屏蔽技术：讨论在单芯片上集成高线性度射频电路和高动态范围模拟电路（如ADC/DAC）时，如何利用深 N 阱、保护环以及金属化层隔离来最小化数字开关噪声对敏感模拟节点的耦合。 3. 输入/输出（I/O）缓冲器的设计考量：专门研究为驱动高阻抗或低阻抗天线/PCB 走线而设计的射频缓冲器，重点关注其在驱动能力、线性度保持和反射系数（Return Loss）方面的优化。本书内容紧密围绕现代高性能电子系统的实际设计瓶颈，侧重于系统级集成、高阶非线性分析以及实现极限性能的工程技巧。读者将获得一套解决复杂电源和射频集成挑战的实用工具箱。