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深入探索现代通信与显示技术：从基础理论到前沿应用 书籍名称： 现代电子系统集成与信号处理 图书简介： 本书旨在为电子工程、通信工程、信息技术等领域的专业人士、高等院校师生以及对前沿电子技术有浓厚兴趣的读者，提供一套系统、深入且具有前瞻性的知识体系。内容聚焦于现代电子系统中的核心技术——系统集成、高速信号处理以及先进的显示与成像技术，这些领域是支撑当前信息社会高效运转的基石。本书严格避免对特定消费电子产品的详细维修手册式描述，而是侧重于揭示背后的通用原理、数学模型、设计方法论和工程实践。 --- 第一部分：高速电子系统设计与电磁兼容性（EMC） 本部分深入剖析了现代电子设备，特别是涉及高速数据传输和复杂电路集成时的关键挑战。我们不讨论特定电视机的内部电路故障排除，而是着眼于信号完整性（Signal Integrity, SI）和电源完整性（Power Integrity, PI）的工程基础。 1.1 高速电路与传输线理论的再审视： 讨论超越传统集总电路模型的限制，引入分布式参数系统理论。重点解析特高频（RF）和微波频率下，PCB走线、连接器和封装的传输线特性，包括特征阻抗的精确控制、反射系数的计算与最小化。详细阐述史密斯圆图在阻抗匹配中的应用，以及如何利用S参数（Scattering Parameters）对多端口网络进行精确的频率域分析。 1.2 信号完整性：时域与频域的耦合分析： 信号质量不再是简单的上升时间问题。本章深入研究串扰（Crosstalk）的机理，区分近端串扰（NEXT）和远端串扰（FEXT），并介绍基于电磁场仿真（如有限元法或矩量法）的串扰分析流程。探讨时域反射（TDR）和时域透射（TDT）在诊断PCB布局缺陷中的核心作用。特别关注高速串行接口（如PCIe、USB 3.x/4.0）中的均衡技术（如CTLE, DFE）的数学原理和实现架构。 1.3 电磁兼容性（EMC）的系统级工程： EMC不再是事后补救，而是贯穿设计初期的系统要求。本书系统阐述了辐射发射（RE）和传导发射（CE）的产生机理，以及抗扰度（EMS）的设计原则。讨论屏蔽技术的物理学基础，包括法拉第笼效应、接地回路的优化（单点接地与多点接地在不同场景下的适用性分析）以及滤波器的设计选型（LC滤波器、共模扼流圈的设计与优化）。重点剖析PCB的平面层设计如何有效地作为返回路径，以最小化环路面积，控制辐射。 --- 第二部分：先进信号处理与数字化 本部分将读者从模拟基础提升至现代数字信号处理的核心领域，这是所有现代信息设备处理复杂信息的关键。 2.1 离散时间信号处理基础与Z变换： 巩固和深化对离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT）的理解。详细介绍Z变换在分析和设计离散时间系统的稳定性、频率响应中的不可替代性。剖析IIR和FIR滤波器的结构差异、设计约束（如群延迟）以及在有限精度环境下量化误差的影响。 2.2 数字化与模数/数模转换技术： 深入研究模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的架构（如流水线型、Σ-Δ型、闪烁型）。分析关键性能指标如有效位数（ENOB）、信噪比（SNR）、无杂散动态范围（SFDR）的物理限制和设计权衡。讨论采样定理在实际非理想系统中的应用，以及欠采样技术在高频信号捕获中的工程实现。 2.3 现代通信调制与编码理论： 本书涵盖了现代数字通信系统的基础框架，包括信道编码（如卷积码、Turbo码、LDPC码）以对抗噪声，以及调制技术（如QAM、OFDM）如何高效地利用频谱资源。重点分析正交频分复用（OFDM）技术在多径信道下的鲁棒性，以及其在无线和有线高速数据传输中的应用原理，不涉及特定接收机的调谐与检波细节。 --- 第三部分：下一代显示与图像传感器技术 本部分超越传统CRT或简单的平板显示结构，专注于当前及未来显示和视觉信息获取技术背后的物理学和工程挑战。 3.1 液晶与有机发光二极管（OLED）的物理基础： 详细解析液晶显示（LCD）中液晶分子的电光效应、驱动机制（如TFT背板的作用）以及偏振光的作用。对于OLED技术，深入探讨有机材料的发光机理（电致发光）、效率瓶颈（如三重态激子淬灭）以及寿命影响因素（如电子/空穴注入平衡）。讨论如何通过像素结构设计（如RGB子像素布局）和驱动电路优化来提高色彩饱和度和亮度均匀性。 3.2 图像传感器技术：从CMOS到全局快门： 分析光电转换的基本原理，重点对比电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器的工作方式。详细解释全局快门（Global Shutter）与卷帘快门（Rolling Shutter）在高速运动场景下成像差异的物理成因。探讨片上像素级信号处理（如降噪、坏点校正）对最终图像质量的影响。 3.3 颜色科学与显示色彩管理： 本书深入探讨了人眼视觉的生理学基础，以及色彩空间的数学描述（如CIE XYZ、sRGB、Rec. 2020）。阐述如何通过精确的矩阵变换和查找表（LUT）实现不同设备间的色彩管理和校准，确保图像在不同显示设备上保持视觉一致性。 --- 总结： 《现代电子系统集成与信号处理》是一本面向系统层面的工程参考书。它专注于信号如何被精确地传输、处理和最终以最优化的方式呈现的底层科学和工程实现。全书贯穿严谨的数学推导和前沿的技术分析，旨在培养读者解决复杂电子系统集成问题的能力，为未来创新打下坚实的理论基础。本书内容聚焦于基础科学原理、系统设计方法论和前沿器件物理，而非特定消费产品的故障定位与更换流程。
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