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出版者:中南大學

作者:洪誌剛 編

出品人:

頁數:264

译者:

出版時間:2007-8

價格:30.00元

裝幀:

isbn號碼:9787811055443

叢書系列:

圖書標籤:

• 傳感器
• 原理
• 應用
• 測量
• 控製
• 電子技術
• 自動化
• 儀器儀錶
• 物理學
• 工程技術

《現代集成電路設計與實踐》 內容簡介 本書深入探討瞭現代集成電路（IC）設計的前沿理論、關鍵技術與工程實踐。作為一本麵嚮電子工程、微電子學專業學生及一綫研發工程師的專業教材與參考手冊，本書旨在構建讀者對從器件物理到係統級芯片（SoC）實現的全麵認知。全書內容結構嚴謹，邏輯清晰，涵蓋瞭數字、模擬及混閤信號電路設計的核心理念和最新的EDA工具應用方法。 第一部分：半導體基礎與器件模型 本部分為理解後續復雜電路設計奠定瞭堅實的物理學基礎。 第一章：半導體材料與PN結 詳細闡述瞭矽、鍺等半導體材料的電子結構、載流子輸運機製（漂移與擴散）。深入分析瞭PN結的形成過程、能帶圖、以及在不同偏壓下的I-V特性。重點討論瞭雪崩擊穿和齊納擊穿現象，並介紹瞭肖特基二極管的結構與應用特點。 第二章：MOSFET晶體管物理 這是現代IC設計的基石。本章全麵解析瞭金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（MOSFET）的工作原理，包括其結構（PMOS與NMOS）、閾值電壓的確定、亞閾值導通機製、以及溝道長度調製效應。詳述瞭SPICE模型（如BSIM模型）的數學描述，強調瞭短溝道效應（如DIBL、熱電子效應）對器件性能的影響，並對FinFET等先進器件結構進行瞭初步介紹。 第三章：CMOS工藝與版圖基礎 從工藝流程的角度審視IC設計。本章概述瞭CMOS製造的主要步驟，如光刻、刻蝕、薄膜沉積和離子注入。著重講解瞭設計規則檢查（DRC）和版圖寄生參數（電阻、電容、電感）的提取方法。強調瞭版圖對稱性、緩衝區的設置對提高電路抗串擾和噪聲性能的重要性。 第二部分：模擬電路設計核心 本部分專注於對信號進行精確、連續處理的模擬電路模塊的設計與優化。 第四章：基礎有源器件與偏置電路 詳細分析瞭電阻、電容在IC環境下的非理想特性。重點介紹瞭使用MOSFET實現精確偏置電流源和電壓源的技術，包括電流鏡（Current Mirror）的改進型設計（如鏡像負載、Wilson電流鏡）及其失配問題。探討瞭使用MOS管作為有源負載的優勢與局限。 第五章：單級與多級放大器設計 係統性地介紹瞭各種基礎放大器結構：共源極（Common Source）、共源共漏極（Cascode）和共基極（Common Base）放大器的增益、帶寬和相位裕度分析。深入講解瞭使用反饋理論（如米勒補償）穩定高增益多級放大器的方法，並對輸入級和輸齣級的設計權衡進行瞭深入探討。 第六章：運算放大器（OTA）的高級設計 本書將運算放大器（Operational Transconductance Amplifier, OTA）作為模擬設計流程的核心。詳細講解瞭主流的OTA結構，如摺疊式輸入級（Folded Cascode）、共源共柵（Telescopic Cascode）的優缺點。深入分析瞭噪聲源（熱噪聲、閃爍噪聲）的建模與抑製，以及實現高精度失調電壓（Offset Voltage）的校準技術。 第七章：反饋與穩定性分析 本章從控製理論角度審視模擬電路的穩定性。引入瞭迴路增益（Loop Gain）、相位裕度（Phase Margin, PM）和增益裕度（Gain Margin, GM）的概念。闡述瞭頻率補償技術，包括導入零點、極點補償網絡的設計，確保負反饋係統在特定工作條件下的穩定工作。 第八章：數據轉換器原理與設計 數據轉換器是模擬與數字世界的橋梁。本章詳細介紹瞭模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）的基本原理。重點分析瞭SAR ADC（逐次逼近型）、Sigma-Delta（$Sigma-Delta$）ADC的架構、過采樣技術和噪聲整形。DAC部分則深入討論瞭單位增益緩衝、電阻配權（R-2R梯形網絡）及其失配誤差的校正。 第三部分：數字電路與係統級設計 本部分聚焦於構建高效能、低功耗的數字邏輯電路。 第九章：標準單元與時序分析 本章基於CMOS反相器，推導齣基本的邏輯門（NAND, NOR）的延遲模型。引入瞭標準單元庫的概念。重點剖析瞭靜態時序分析（Static Timing Analysis, STA）：建立時間（Setup Time）、保持時間（Hold Time）的要求，以及對亞穩態（Metastability）和時鍾偏移（Clock Skew）的處理方法。 第十章：功耗管理與低功耗設計 在現代移動設備中，功耗是關鍵指標。本章區分瞭動態功耗（開關功耗）和靜態功耗（漏電流）。詳細介紹瞭降低功耗的技術，包括電壓調節（Voltage Scaling）、時鍾門控（Clock Gating）、電源門控（Power Gating）以及多閾值電壓（Multi-Vt）的設計策略。 第十一章：存儲器單元設計 介紹瞭SRAM（靜態隨機存取存儲器）和DRAM（動態隨機存取存儲器）的基本單元結構。SRAM單元包括6T和8T單元的讀寫電路分析，重點解決存儲單元的噪聲容限和讀取穩定性問題。DRAM則側重於電容存儲機製和刷新電路設計。 第四部分：高級主題與驗證方法 本部分拓展到IC設計的實際操作和新興領域。 第十二章：射頻（RF）IC基礎 初步介紹無綫通信對IC設計的特殊要求。討論瞭噪聲係數（Noise Figure, NF）的計算與優化。重點講解瞭低噪聲放大器（LNA）和壓控振蕩器（VCO）的基本結構、匹配網絡的設計（史密斯圓圖應用）以及相位噪聲的控製。 第十三章：IC設計流程與EDA工具 本章概述瞭從前端（RTL設計）到後端（物理實現）的完整IC設計流程（Frontend to Backend）。詳細介紹瞭使用硬件描述語言（HDL，如Verilog/VHDL）進行設計，並通過綜閤、布局布綫（Place & Route）工具實現物理版圖的過程。強調瞭寄生參數提取與後仿真（Post-Layout Simulation）在驗證設計性能中的不可替代性。 第十四章：可靠性與設計可測性 探討瞭IC在長期運行中可能遇到的挑戰，如電遷移（Electromigration, EM）、熱效應和靜電放電（ESD）防護。同時，詳細介紹瞭DFT（Design for Testability）技術，如掃描鏈（Scan Chain）的插入和BIST（Built-In Self-Test）的實現，以確保大規模芯片的製造質量。 本書配備瞭大量實際案例分析和工程實例，並附帶瞭相關的SPICE仿真指導，旨在幫助讀者將理論知識轉化為解決實際工程問題的能力。

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我是一位資深的工業自動化項目經理，我的核心需求是可靠性、標準化和成本控製。對於《傳感器原理及應用》這本書，我最看重的是其行業規範性和兼容性。我需要瞭解工業級傳感器，如4-20mA電流環標準、HART協議以及現場總綫（如Profibus、Modbus）在傳感器數據傳輸中的具體應用和調試要點。書中的案例分析最好能貼閤流程工業或離散製造業的實際需求，比如爆炸危險區域的本質安全設計、高壓高溫環境下的傳感器選型原則。我期望它能幫助我的團隊建立一套標準的傳感器選型和故障排查流程，確保項目部署的穩定性和後期的維護效率，而不是停留在實驗室環境的理想化模型。

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作為一名正在從事智能傢居係統開發的工程師，我關注的重點在於無綫傳感網絡和低功耗設計。這本書的描述中提到瞭“物聯網環境下的應用挑戰”，這讓我産生瞭濃厚的興趣。我希望書中能對當前主流的無綫傳輸技術，如LoRa、ZigBee或藍牙Mesh在傳感器數據傳輸中的優缺點進行比較分析，尤其是功耗和抗乾擾能力方麵。如果能提供一些關於如何設計能量采集模塊（Energy Harvesting）的章節，比如太陽能、振動能的轉化與存儲策略，那就真是送到瞭我的心坎裏。畢竟，部署在戶外的傳感器節點，電池壽命是決定項目成敗的關鍵瓶頸。我期待它不僅僅是停留在基礎理論層麵，而是能深入到係統級的架構設計，指導我們如何構建一個穩定、長效且數據可靠的分布式傳感係統。

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這本《傳感器原理及應用》的介紹，著實讓我這個電子工程係的大三學生眼前一亮。從目錄上看，它似乎並不隻是簡單地羅列各種傳感器的工作原理，而是更側重於將理論與實際應用緊密結閤起來。我尤其期待看到關於微機電係統（MEMS）傳感器的章節，畢竟現在智能設備裏哪能少得瞭這些微小的“五官”。希望書裏能深入剖析噪聲抑製、數據采集和初步的信號處理方法，畢竟傳感器采集到的原始信號往往需要復雜的預處理纔能轉化為有用的信息。如果能像描述中說的那樣，提供一些基於特定工業場景的案例分析，比如在自動化生産綫上的溫度、壓力或流量監測，那就太棒瞭。我希望能從中學習到如何根據不同的應用需求，選擇最閤適的傳感器類型、接口協議以及後端的驅動電路設計。畢竟，搞定瞭原理，更重要的是能把它“用起來”，這是衡量一本技術書籍價值的關鍵標準。

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我是一位電子信息科學的研究生，我更關心的是先進傳感技術的前沿探索。這本書的標題雖然偏嚮“應用”，但我更希望看到它能對量子傳感器、生物傳感器或化學傳感器等新興領域有所涉獵。例如，在光縴傳感領域，它能否解釋布拉格光柵（FBG）傳感器在應力、形變監測中的機理，以及如何通過光譜分析實現高精度測量？再者，如果能涵蓋一些前沿的信號處理算法，比如如何利用卡爾曼濾波或神經網絡對傳感器漂移、非綫性誤差進行實時補償，那就更具研究價值瞭。我閱讀技術書籍，最怕的就是內容停留在十年前的水平，我需要的是能指導我未來幾年研究方嚮的深度和廣度。

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說實話，我對技術細節的容忍度沒有你們這些專業背景的人高，我隻是一個愛好電子製作的創客。我希望這本書的語言風格能更“親民”一些，彆全是晦澀難懂的公式和圖錶。我更喜歡那種通過實際電路圖和搭建步驟來解釋問題的書。比如，如果講解霍爾傳感器時，能附帶一個用Arduino或樹莓派驅動並讀取數據的完整小實驗，那簡直太友好瞭。我關注的重點是“如何動手”，而不是“為什麼這樣設計”。我希望這本書能給我提供一套清晰的模塊化學習路徑，讓我能快速理解基礎傳感器（如電阻式、電容式）的選型和連接方法，並能順利地將這些“感覺”轉化為數字信號，最終在屏幕上看到我想要的結果。

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