电子技术实验与实训

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isbn号码:9787121037283
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具体描述

《集成电路设计与应用:从原理到实践》 图书简介 本书旨在为电子工程、微电子学、通信工程等相关专业的学生和工程师提供一个全面而深入的集成电路(IC)设计与应用的实战指南。全书内容紧密围绕现代集成电路的生命周期展开,从基础的半导体器件物理原理出发,逐步深入到复杂的电路设计、仿真、流片以及实际应用层面,力求打通理论学习与工程实践之间的鸿沟。 第一部分:半导体基础与器件模型 本部分首先回顾了半导体物理学的核心概念,重点阐述了MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的工作原理、其在数字和模拟电路中的核心地位。我们将详细探讨不同工艺节点下的晶体管特性,包括短沟道效应、亚阈值导通、热载流子效应等,这些是理解现代IC性能瓶颈的关键。 随后,本书将详尽介绍器件的非理想模型及其对电路性能的影响。例如,我们不仅会讲解理想的开关特性,还会深入分析寄生电阻、电容和电感(RCL)如何影响高频电路的带宽和功耗。对于模拟设计者而言,噪声模型(如热噪声、闪烁噪声)的建立与分析是至关重要的,本章将提供精确的数学描述和实际测量方法。 第二部分:CMOS数字电路设计精要 数字电路是现代信息技术的核心。本部分将聚焦于CMOS逻辑电路的设计与优化。我们从最基本的逻辑门(反相器、NAND、NOR)开始,逐步扩展到复杂的组合逻辑和时序逻辑电路。 内容涵盖了逻辑级的延迟分析、功耗管理策略(如动态功耗和静态功耗的精确计算与降低技术)、以及时序约束的建立。重点讨论了设计中常见的挑战,例如竞争、毛刺(Glitch)的产生与消除。在时序分析部分,本书提供了关于建立时间(Setup Time)和保持时间(Hold Time)的详细验证流程,这是确保数字系统可靠运行的基石。 更进一步,本书深入探讨了存储单元的设计,如静态随机存取存储器(SRAM)单元的位线耦合、读写平衡设计,以及动态随机存取存储器(DRAM)的电荷保持机制。对于低功耗设计,我们将介绍时钟门控(Clock Gating)和多电压域设计(Multi-Voltage Domain)的技术细节。 第三部分:模拟与混合信号电路设计 模拟电路是连接真实世界物理信号与数字处理系统的桥梁。本部分是全书篇幅最长、实践性最强的部分之一。 我们首先从基础的放大器结构入手,包括共源极、共源共栅(Folded Cascode)等,并详细分析了它们在增益、带宽、相位裕度和输出摆幅之间的权衡取舍。 核心内容包括运算放大器(Op-Amp)的设计:从基本的两级放大器到更先进的单位增益缓冲器,重点讲解了频率补偿技术,如密勒补偿(Miller Compensation)和导通电阻补偿(Nulling Resistor)。 此外,本书对数据转换器(Data Converters)进行了深入剖析。对于模数转换器(ADC),我们将对比介绍逐次逼近型(SAR)、流水线型(Pipeline)和Σ-Δ调制器的工作原理、关键指标(如INL/DNL)的测试方法与优化。对于数模转换器(DAC),则侧重于电流舵DAC和电压舵DAC的失配误差分析。 射频(RF)电路设计方面,本书也提供了初步而实用的指导,包括低噪声放大器(LNA)的阻抗匹配、混频器(Mixer)的噪声系数和线性度分析,以及压控振荡器(VCO)的相位噪声抑制技术。 第四部分:集成电路物理实现与流片流程 理论设计必须转化为可制造的物理版图。本部分详细介绍了从电路原理图到最终硅片的整个物理实现流程。 内容涵盖了版图设计(Layout Design)的基本规则(DRC)和设计前沿规则(LVS)。我们强调版图对电路性能的决定性影响,特别是对于模拟电路的匹配、噪声隔离和寄生耦合的控制。例如,如何通过“守护环”(Guard Ring)来抑制衬底噪声,如何通过“镜像设计”(Matching)来确保差分对的性能一致性。 本书还系统地介绍了集成电路的验证方法,包括后仿真(Post-Layout Simulation),涉及寄生参数的提取(Extraction)和对仿真结果的解读。同时,对版图的可靠性问题,如静电放电(ESD)保护电路的设计,也进行了详细的讲解。 最后,我们将概述现代IC制造工艺的流程概述,帮助读者理解设计决策如何在晶圆厂中得以实现,以及设计规则手册(DRM)的重要性。 第五部分:先进主题与系统级考量 为应对当前前沿需求,本书最后一部分探讨了当前热点技术和系统级的设计挑战。 重点介绍了低功耗与能效优化技术,包括亚阈值设计(Subthreshold Design)、动态电压与频率调节(DVFS)。 同时,本书对集成电路的安全与可靠性问题给予了足够的关注,讨论了侧信道攻击(Side-Channel Attacks)的原理,并介绍了基本的抗攻击设计策略,如随机化和平衡操作。 适用对象 本书内容深度适中,既能为初学者建立扎实的理论基础,也能为有经验的工程师提供深入的工程案例和优化思路。它非常适合作为高等院校《集成电路原理与设计》、《CMOS模拟电路设计》、《VLSI设计技术》等课程的教材或参考书,同样适用于芯片设计工程师、系统级芯片(SoC)架构师以及希望深入了解半导体物理到实际产品开发全过程的技术人员。本书强调通过理论推导与实际工程约束相结合的方式,培养读者解决复杂IC设计问题的能力。

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读后感

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用户评价

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我最近正在努力提升自己的嵌入式系统设计能力,对那些需要大量动手实践的项目尤为感兴趣。这本书给我带来的惊喜在于,它并非停留在理论的象牙塔里,而是非常接地气地结合了实际操作的细节。我尤其欣赏它对实验环境搭建的描述,从工具的选择到安全注意事项,都写得极其详尽,不像有些书只是简单带过“搭建实验台”这个步骤。比如,在讲解一个波形发生器的构建时,书中不仅给出了详细的原理图,还配有针对不同品牌示波器的操作细节说明,这对于初学者来说简直是救命稻草。我按照书中的步骤试着搭建了一个简单的滤波电路,没想到一次就成功了,那种成就感是看再多理论推导也比不上的。它更像是一个经验丰富的老工程师手把手在教你,把那些只有在车间里摸爬滚打才能学到的“窍门”都毫不保留地分享了出来,这让我对后续的学习充满了信心,感觉自己离真正的工程实践又近了一步。

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我是一个偏爱深度挖掘细节的读者,总希望知道“为什么”而不是仅仅满足于“是什么”。这本书在这方面做得非常出色,它在主流的教学内容之外,还穿插了一些非常深入的技术探讨。比如,在介绍数字逻辑门电路时,书中并没有止步于CMOS的基本结构,而是深入讨论了不同制造工艺对电路延迟和功耗的具体影响,甚至提到了亚微米级别器件的量子隧穿效应。这种对底层物理现象的关注,体现了作者深厚的学术功底和对电子工程前沿的洞察力。这使得这本书不仅仅是一本实训手册,更像是一部兼具理论深度和实践广度的参考百科。我甚至发现了一些我此前在其他专业参考书上都没有见过的优化技巧,这些“隐藏的宝石”让我这个进阶学习者也受益匪浅,它成功地在“入门友好”和“专家级深度”之间找到了一个绝佳的平衡点。

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阅读这本书的过程中,我发现它在逻辑构建上达到了一个很高的水准,尤其体现在对复杂概念的拆解和阐释上。有些电子学概念,比如时域和频域的转换,或者反馈回路的稳定性分析,即便是听过专业课的人也常常感到困惑。但这本书的作者似乎拥有“化繁为简”的魔力,他们不是简单地罗列公式,而是构建了一个层层递进的认知模型。我注意到,每当引入一个新的复杂模块时,作者总会先用一个非常直观的类比来打底,比如用水流的压力来类比电压,用管道的粗细来类比电阻,这种拟物化的解释,极大地降低了抽象概念的理解门槛。我发现自己不再需要死记硬背那些复杂的数学推导,而是能从物理意义上理解为什么电路会以某种方式运行。这种建立在深刻理解基础上的知识体系,远比表面的记忆要牢固得多,感觉像是真正掌握了一门手艺,而不是应付考试的工具。

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这本书的封面设计真是令人眼前一亮,那种深邃的蓝色调,搭配着电路图的抽象线条,一下子就抓住了我的眼球。我一个刚接触电子领域的新手,原本还担心会看到一堆枯燥的代码或者晦涩难懂的公式,但这本书的排版和配图风格却出乎意料地亲切。特别是那些关于基础元件的介绍部分,插图简直是艺术品级别的,每一个晶体管、电阻电容的剖面图都画得细致入微,让我这个光学着书本上的图形都能想象出它们在电路板上是如何工作的。我记得我花了好长时间盯着其中一个关于运放的图例看,那种立体感和层次感,完全不同于我之前看到的任何教科书。这本书给我的第一印象是:它不仅是知识的载体,更像是一本精心制作的视觉指南,让人愿意主动去翻阅和探索。我感觉作者在内容编排上花了很多心思,不仅仅是堆砌知识点,更注重引导读者的学习路径,这一点从目录的逻辑流畅性上就能看出来,完全没有那种东一块西一块的突兀感。

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这本书的整体阅读体验,从纸张的触感到文字的韵律,都透露着一种严谨而又充满人文关怀的气息。它不像某些技术手册那样冰冷刻板,而是充满了引导性的语言,字里行间都能感受到作者对读者学习过程中可能遇到的困难的预判和体贴。比如,在涉及一些容易出错的操作步骤时,作者会特地用加粗或者旁注的形式强调“注意此处,非常容易接错线”,这种细微的关怀,极大地减少了我调试电路时浪费的时间和挫败感。此外,书中的案例选择也非常贴合当前的技术热点,没有使用那些已经过时的、在现代硬件上难以复现的“古董级”实验。选择的都是一些能在当前主流开发板上轻松实现的模块,保证了我们能将学到的知识立即转化为可见的成果,这种即时反馈机制对于保持学习的积极性至关重要,让人读完后不是感到知识的沉重,而是充满了创造的冲动。

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