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出版者:

作者:人力资源和社会保障部教材办公室 编

出品人:

页数:223

译者:

出版时间:2010-1

价格:17.00元

装帧:

isbn号码:9787504581242

丛书系列:

图书标签:

• 电子测量
• 仪器仪表
• 教学参考书
• 电子工程
• 电路分析
• 实验教学
• 高等教育
• 理工科
• 模拟电路
• 数字电路

《现代电子系统设计与实践》：面向应用的前沿技术手册 图书定位： 本书旨在作为一本面向电子工程、通信工程、自动化以及相关专业高年级本科生、研究生以及一线电子工程师的深度技术参考与实践指导手册。它聚焦于当前电子系统设计领域最前沿、最关键的技术模块与方法论，强调理论与实践的紧密结合，提供从概念、原理到实际应用的全流程指导。 核心内容概述： 本书的结构围绕现代电子系统面临的主要挑战和技术热点展开，内容深度超越基础原理介绍，直击高性能、高可靠性、低功耗系统实现的工程细节。全书共分六大部分，涵盖了从信号采集、处理到系统集成的核心环节。 第一部分：高速信号完整性与电磁兼容（SI/EMC）工程 本部分深入探讨了在高速数字电路和射频电路设计中不可避免的信号完整性（SI）问题和电磁兼容性（EMC）挑战。 传输线理论的深化应用： 不再停留在基础的特/阻抗匹配，而是详细讲解了时域反射分析（TDR/TDT）、眼图测试的精确解读，以及如何利用诸如 IBIS/Touchstone 模型进行精确的仿真预测。重点分析了过冲、反射、串扰的物理成因及抑制技术，特别是对PCB叠层设计中介电常数（Dk/Df）对信号衰减的影响进行了量化分析。 电源完整性（PI）与去耦网络优化： 详细阐述了瞬态电流需求、PDN（Power Delivery Network）阻抗的计算与设计目标。提供了从宏观的去耦电容选型（从nF到uF的分布策略）到微观的封装引线电感（ESL/ESR）对高频去耦效果的影响分析。包含了针对FPGA和高性能CPU的平面分割、地弹（Ground Bounce）的抑制设计规范。 EMC设计实践： 聚焦于实际产品认证要求，深入讲解了传导和辐射干扰的抑制策略。内容包括屏蔽设计（笼式、槽线设计）、滤波器的选择与布局（共模扼流圈、EMI抑制元件的应用场景）、PCB的布局布线中的地平面处理规范，以及系统级的接地策略（单点接地、混合接地在不同场景下的适用性判断）。 第二部分：嵌入式系统的高效能处理器架构与外设接口 本章侧重于现代嵌入式计算平台（如SoC、FPGA、高性能MCU）的选择、驱动与优化。 现代微处理器架构解析： 涵盖ARM Cortex-M/R/A系列的核心特性，重点讲解了缓存一致性、流水线、中断管理机制对实时性的影响。针对特定应用（如物联网边缘计算、工业控制），提供处理器选型指南。 高速串行通信协议栈实践： 详述了PCIe、USB 3.x/4.0、Ethernet（1G/10G）的物理层（PHY）接口设计要求，包括差分对的绕线规则、阻抗控制、眼图裕度要求。并介绍了相关协议的软件驱动和调试技巧。 FPGA在数据采集与预处理中的应用： 探讨了FPGA作为高性能并行处理单元的优势。内容包括Verilog/VHDL的高效编码技巧，基于AXI/Avalon总线的高速数据通道构建，以及如何利用DSP模块和SerDes进行高速信号的接口转换与处理。 第三部分：精密模拟电路与数据转换技术 本部分是实现高精度测量的基石，强调低噪声设计和线性度的优化。 低噪声放大器（LNA）与跨阻抗放大器（TIA）设计： 深入分析了噪声源（热噪声、闪烁噪声），并提供了不同应用（如光电二极管、传感器接口）下TIA的反馈电阻、输入电容的优化设计流程，以实现最佳的信噪比（SNR）。 高性能ADC/DAC选择与应用： 不仅介绍SAR、Sigma-Delta、流水线型ADC的结构差异，更侧重于系统级应用中的挑战，如时钟抖动对有效位数（ENOB）的影响、共模抑制比（CMRR）的实际考量，以及多通道同步采样的时序控制。 模拟前端（AFE）的线性度与失真控制： 详细讲解了二阶失真（HD2）、三阶失真（HD3）的来源，以及如何通过器件选择和反馈网络优化来降低总谐波失真（THD），特别是在通信和医疗成像领域的需求。 第四部分：传感器接口技术与数据融合 本章关注如何可靠地从物理世界获取信息并转化为数字信号。 各类传感器接口： 覆盖电阻式、电容式、电感式传感器（如应变计、MEMS加速度计）的激励电路设计、电桥平衡技术、补偿技术，以及如何对抗环境温度漂移。 隔离与保护技术： 在工业和医疗应用中至关重要。详细介绍了磁耦合、容耦合隔离方案的选择、数据传输速率与隔离耐压之间的权衡，以及ESD、浪涌保护器件（TVS管、保险丝）的正确选型和布局。 传感器数据融合与滤波： 介绍卡尔曼滤波（Kalman Filter）和互补滤波在多传感器数据融合中的实际参数整定方法，以获得更精确、更鲁棒的状态估计。 第五部分：嵌入式系统的高效电源管理与热设计 一个可靠的电子系统离不开稳定可靠的电源和合理的散热管理。 DC-DC转换器的瞬态响应优化： 聚焦于同步降压/升压转换器的控制环路设计，如何通过调整补偿网络（Type II/III）来平衡环路增益、相位裕度和瞬态电压偏差（Overshoot/Undershoot）。 低功耗设计策略： 针对电池供电系统，详细介绍了动态电压频率调节（DVFS）、时钟门控、电源门控（Power Gating）等技术在软件和硬件层面的实现细节，以实现毫瓦级功耗管理。 热设计与散热工程： 讲解了Junction Temperature（结温）的计算模型，PCB散热（铜皮填充、过孔热传导）的设计准则，以及何时需要引入热管、均热片或主动风冷方案，确保元器件在长期高负荷下的可靠性。 第六部分：系统级测试、调试与可制造性设计（DFM） 本部分将设计成果转化为可量产、易于维护的产品。 边界扫描（JTAG/Boundary Scan）与内建自测试（BIST）： 介绍如何利用这些技术进行板级故障诊断和在线测试，特别是在SMT组装后的自动光学检测（AOI）无法发现的内部连通性问题。 PCB可制造性与可维修性（DFM/DFA）： 提供了关于最小焊盘尺寸、阻焊桥设计、元件间距、镀层选择（如沉金、喷锡）对焊接质量和返工难度的影响规范。 调试工具的高级应用： 深入讲解示波器探头（有源/无源、差分探头）的正确使用、探头对被测电路的影响（Loading Effect），以及逻辑分析仪在复杂时序调试中的高级触发模式设置。 本书的特色与目标读者： 本书摒弃了对基础元器件参数的重复罗列，转而专注于当前电子系统设计中“为什么会失败”和“如何做得更好”的工程经验。它不是一本理论入门教材，而是面向具备一定电子基础，期望将设计能力提升到工程实践前沿的专业人士，帮助他们解决诸如“为什么我的高速接口信号质量达不到要求？”、“如何设计一个能通过EMC三类测试的工业控制器？”等实际难题。书中的所有设计方法均辅以实际案例的仿真结果或测量数据验证。

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这本书的语言风格简直可以称得上是“精准的艺术”。它完全摒弃了那种为了凑字数而使用的冗长描述，而是用最凝练、最准确的术语来表达复杂的科学概念。阅读过程中，我几乎不需要频繁地查阅其他资料去确认某个术语的确切含义，因为作者在第一次出现时就已经给出了清晰、无歧义的定义。这种高度的专业性和文字的克制感，使得阅读效率大大提高。例如，在描述动态响应特性时，它不会用大段的文字去描绘“快”或“慢”，而是直接给出时间常数和上升时间的确切数值范围及其对系统稳定性的影响，干脆利落，直击核心。对于我们这些时间宝贵的专业人士来说，这种高效的沟通方式是最高效的学习途径，它尊重了读者的专业基础，也体现了作者深厚的学术功底。

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深入阅读后，我愈发感受到这本书在知识广度与深度上的平衡拿捏得恰到好处。它似乎囊括了当前领域内所有主流技术的脉络，无论是传统基于模拟信号处理的测量方法，还是近些年兴起的基于嵌入式系统和高速数字信号处理的新范式，都有所涉猎。更难得的是，作者在介绍不同技术路线时，并未采取简单的罗列，而是深入探讨了它们各自的适用场景、优缺点以及背后的物理限制。例如，在比较两种不同的A/D转换架构时，作者不仅给出了技术参数对比，还详细分析了在特定温度漂移和噪声环境下，哪种架构的鲁棒性更强。这种全景式的视野和对技术局限性的深刻洞察，让这本书超越了一般的教科书，更像是一份结合了前沿研究和工程实践经验的综合指南。

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这本书的配套资源和索引系统是其“工具书”属性的有力佐证。虽然我没有直接接触到所有配套的电子资源，但从书后的参考资料列表就可以看出作者下了大工夫去梳理和整合。索引部分做得非常详尽，关键词的覆盖面很广，而且关联性强，这意味着当你只记得某个模糊的概念时，通过索引能迅速定位到多个相关的章节进行交叉参考，极大地节省了查找时间。在我查阅一个关于校准流程的章节时，我发现其中引用的标准编号和文献都标注得非常清晰，这不仅增强了内容的权威性，也为后续深入研究提供了可靠的起点。可以说，这本书在设计之初，就不仅仅是用来“读完”，更是被设计成可以随时“取用”和“核对”的案头必备良伴，体现了一种面向实践的编写哲学。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面采用了那种沉稳的深蓝色调，配上清晰有力的白色字体，一下子就给人一种专业、严谨的感觉。我尤其喜欢它封面上那几条简洁的电路图线条，设计得非常巧妙，既点明了主题，又不会显得过于花哨。拿到手里的时候，能明显感觉到纸张的质感很不错，拿在手中很有分量，这对于一本需要经常翻阅和查阅的参考书来说，绝对是一个加分项。内页的排版也处理得非常到位，字体大小适中，行距宽松，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到特别疲劳。而且，书页的装订也很牢固，翻页时感觉很顺畅，不用担心书页会松脱。我对这种注重细节的用心之作总是抱有好感，它不仅仅是一本书，更像是一件精心打磨的工具，让人在学习和工作中都能感到愉悦。这种对细节的关注，往往预示着内容本身也经过了反复的推敲和打磨，让人对接下来的阅读充满了期待。

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我发现这本书的结构组织逻辑性极强，从基础概念的引入到复杂系统的解析，每一步的衔接都显得水到渠成。它不是那种把所有知识点堆砌在一起的“百科全书”式教材，而是更像一位经验丰富的导师，循序渐进地引导你理解深层次的原理。特别是它在处理那些抽象的物理现象时，总能找到非常形象的比喻或者贴切的工程实例来佐证，这极大地降低了初学者的理解门槛。我记得在讲解某个特定传感器的非线性误差修正部分时，作者先是用很简洁的数学模型勾勒出问题，随后立刻通过一个实际的工业控制案例展示了如何应用这些理论进行优化，这种理论与实践紧密结合的叙述方式，让知识点瞬间变得“活”了起来，不再是枯燥的公式堆砌。这种编排风格，对于希望真正掌握并应用这些技术的读者来说，是极其宝贵的财富。

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