数字电子技术基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:黄洁 编

出品人:

页数:209

译者:

出版时间:2004-6

价格:18.80元

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isbn号码:9787560931586

丛书系列:

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• 数字电路
• 电子技术
• 基础
• 数字电子
• 电路分析
• 模拟电路
• 半导体
• 电子工程
• 大学教材
• 高等教育

深入探索：现代电子工程的核心脉络 一、面向未来的集成电路设计与应用 本书将带领读者穿越传统模拟电路的藩篱，直抵现代电子系统的核心——数字集成电路的设计、实现与优化。我们聚焦于当前业界主流的CMOS（互补金属氧化物半导体）技术，深入剖析其物理基础、电路特性以及在超大规模集成（VLSI）中的应用挑战。 1. 半导体器件基础与模型精炼： 我们首先构建坚实的半导体物理学基础，从PN结的形成到MOSFET的工作机制进行详尽的阐述。重点在于理解沟道电荷的输运现象、亚阈值导通效应以及短沟道效应的非理想性。本书采用先进的紧凑型模型（如BSIM模型族）来描述晶体管在不同工作区间的精确行为，为后续的电路仿真和优化提供准确的数学工具。讨论将延伸至新兴的FinFET结构，探究其在提升短沟道控制力和降低短路功耗方面的优势。 2. 逻辑门电路的演进与功耗优化： 从最基本的反相器出发，系统梳理CMOS逻辑家族的结构——包括标量逻辑、复合逻辑以及串联电阻开关逻辑（RTL）。我们不仅关注静态噪声容限（Noise Margin）和传播延迟（Propagation Delay）等静态性能指标，更将大量篇幅投入到动态功耗和静态功耗的精确建模与降低策略。探讨门控技术、时钟树综合（Clock Tree Synthesis）中的去耦技术，以及利用低功耗设计（如多阈值电压设计、亚阈值设计）来应对移动和物联网设备对能效的严苛要求。 3. 组合逻辑与时序电路的高效实现： 本章详细解析组合逻辑电路的综合流程，从布尔代数抽象到门级网表生成，并介绍各种优化算法，如逻辑综合中的真值表最小化、多值逻辑的引入与权衡。在同步时序电路设计方面，我们将深入探讨触发器（Flip-Flop）的不同类型（如D型、JK型、锁存器Latch）及其建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的约束。重点阐述时序分析方法（Static Timing Analysis, STA），包括最坏情况分析、时钟偏移（Clock Skew）和时钟抖动（Clock Jitter）对系统稳定性的影响，并提供时序违例（Timing Violation）的调试与修复实例。 二、存储器系统与数据处理架构 现代计算系统的性能在很大程度上取决于数据的存取速度和容量。本书对各类存储器的原理及其在系统中的集成进行了深入的探讨。 1. 易失性存储器（SRAM与DRAM）的底层原理： 对静态随机存取存储器（SRAM）的六晶体管单元结构、读写时序及其抗噪声能力进行详细分析。对于动态随机存取存储器（DRAM），我们将深入探究其电容存储原理、刷新周期（Refresh Cycle）的必要性、电荷泵的设计以及多Bank架构下的访问冲突解决机制。 2. 非易失性存储器（NVM）的革新： 侧重于闪存技术（Flash Memory），区分NOR型和NAND型结构的特点、编程/擦除机制、以及P/E循环限制带来的可靠性挑战。更前沿的章节将引入MRAM（磁阻随机存取存储器）、ReRAM（电阻式随机存取存储器）等新兴非易失性存储技术，分析其在存内计算（In-Memory Computing）领域的应用潜力。 3. 数据转换与信号调理： 系统介绍模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的工作原理。对于ADC，重点剖析逐次逼近型（SAR）、流水线型（Pipeline）和Sigma-Delta（$Sigma-Delta$）架构的精度、速度与功耗的权衡。同时，讨论采样定理在数字系统接口设计中的关键作用。 三、系统级可靠性、测试与设计自动化 数字系统的复杂性要求设计流程必须高度自动化，并且必须保证产品在实际工作环境下的可靠性。 1. 可靠性与电磁兼容性（EMC）： 探讨集成电路层面的瞬态故障（如闩锁效应Latch-up）与长期退化机制（如电迁移Electromigration、热载流子注入HCI）。介绍如何在设计初期嵌入冗余和纠错码（ECC）以提高系统可靠性。此外，对芯片封装的热管理（Thermal Management）和电磁兼容性设计规范进行阐述，确保系统辐射和抗扰性达标。 2. 验证、测试与可测性设计（DFT）： 本章聚焦于如何确保大规模数字电路的制造质量。详细介绍边界扫描（Boundary Scan/JTAG）、扫描链（Scan Chain）的插入与测试向量的生成。对于组合电路和时序电路，讲解自动测试模式生成（ATPG）算法的原理与局限性。重点讨论内建自测试（B-IST）技术，如基于线性反馈移位寄存器（LFSR）的伪随机测试。 3. 硬件描述语言与设计流程： 本书将系统地介绍硬件描述语言（如VHDL或Verilog）的结构化描述能力，重点在于区分行为级、寄存器传输级（RTL）和门级建模的差异与适用场景。辅以现代EDA（电子设计自动化）工具链的工作流程概述，从前端的RTL编写、逻辑综合、布局布线到后端的物理验证（DRC/LVS），为读者提供一个完整的数字IC设计实践路线图。 四、高级主题：并行处理与专用加速器 最后，本书将触及现代高性能计算对专用硬件的需求，探索如何设计高效的并行数据处理单元。 1. 流水线与并行处理架构： 深入解析指令级并行（ILP）和数据级并行（DLP）的实现技术。重点剖析深层流水线（Deep Pipelining）的设计挑战，如分支预测（Branch Prediction）的复杂性及其对性能的影响。讨论SIMD（单指令多数据）单元在加速矩阵运算中的作用。 2. 专用计算单元（Accelerator）的设计哲学： 以硬件加速器为例，探讨如何将算法映射到定制的硬件结构上以实现极致的能效比。内容将涉及有限状态机（FSM）的优化设计、数据通路（Datapath）的流水化重构，以及如何通过定制化指令集架构（ISA）来提升特定任务的吞吐量。 通过对以上十大核心领域的系统性、深度挖掘，本书旨在培养读者不仅能理解数字电路的“是什么”，更能掌握现代电子系统“如何设计、为何如此设计”的工程思维，为从事前沿集成电路开发、系统级验证和高性能计算硬件设计打下坚实的基础。

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如果说技术书籍的灵魂在于其例题和习题的质量，那么这本书无疑是大师级的典范。它的习题设置绝非简单的重复性练习，而是充满了设计性的挑战。我特别欣赏那些“思考题”，它们往往要求读者跳出书本给定的框架，去自主设计一个具有特定功能的电路模块。例如，其中一道关于异步复位的同步计数器设计题，它不仅考察了对D触发器和锁存器的掌握，更深层次地考验了对竞争冒险和毛刺消除的处理能力。而且，本书后面附带的参考答案和详细解析，其详尽程度令人赞叹。它不仅仅给出了最终结果，还详细剖析了设计过程中的关键决策点和可能存在的陷阱，这种高质量的反馈机制，比自己闷头琢磨半天要高效得多，真正做到了“授人以渔”。

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这本书的叙事节奏掌控得非常老道，简直像一位经验丰富的导师在循循善诱。它不像某些教科书那样上来就抛出大量的公式和定义，而是采取了一种渐进式的讲解方式。第一章的铺垫非常柔和，重点在于建立对数字世界的整体认知，让读者首先建立起“二进制思维”这个核心框架。随后，章节间的逻辑衔接如同精心编排的乐章，从基础的布尔代数过渡到组合逻辑电路，再到时序电路，每一步的提升都显得水到渠成，几乎没有出现“卡壳”的感觉。特别是对状态机设计的讲解部分，作者采用了多种不同的描述方法（如真值表、卡诺图、波形图），确保即便是对抽象概念理解较慢的读者也能找到最适合自己的理解路径。这种细致入微的引导，极大地降低了数字电子学这门学科的学习门槛，让原本望而生畏的知识点变得亲切而易于掌握。

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我最近涉猎了许多关于信号处理和系统架构的书籍，但坦白说，很多都过于侧重理论推导的深度，导致实践应用的部分显得单薄。然而，这本让我眼前一亮，它巧妙地平衡了理论基础与工程实践之间的关系。在讲解每一个基本逻辑门的工作原理时，作者总是能迅速将其与实际应用场景联系起来，比如在介绍CMOS反相器时，它不仅给出了详细的电压阈值分析，还紧接着探讨了在高速电路设计中如何优化其驱动能力和功耗。最让我惊喜的是，书中涉及到了许多最新的集成电路设计趋势的影子，虽然没有深入探讨那些尖端领域，但它构建了一个坚实的地基，让读者能够举一反三地去理解更复杂的现代电子系统。我甚至尝试对照书中的案例去搭建一些简单的仿真模型，发现书中的每一个步骤和参数设置都具有极高的可复现性和指导性，这种“学以致用”的感觉，是其他许多理论教材无法给予的。

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这本书的封面设计简直是艺术品，那种深邃的蓝色调配上简约的白色字体，透露出一种严谨而又不失现代感的专业气息。我拿到手的时候，首先就被它的装帧质量所吸引，纸张的触感非常细腻，即便是反复翻阅也不会轻易出现折痕，看得出在印刷和装订上是下了不少功夫的。内页的排版也极为考究，图文布局疏密得当，复杂的电路图和逻辑表达式都清晰锐利，即便是初学者也能迅速抓住重点。阅读过程中，我发现作者在细节处理上极其用心，比如对专业术语的解释都非常到位，往往在第一次出现时就能用通俗易懂的语言加以阐述，这对于我们这些非科班出身却对技术有浓厚兴趣的读者来说，简直是福音。而且，这本书的侧边留白恰到好处，方便我们随时写下自己的心得体会和疑问标注，体现了一种非常人性化的设计理念。我甚至花了不少时间去欣赏那些精美的插图和表格，它们不仅仅是内容的辅助，本身也构成了一种视觉上的享受，让人在学习的枯燥中感受到一丝愉悦。

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我很少用“百科全书式”来形容一本技术书籍，但对于这本书的知识覆盖面，我必须使用这个词。它似乎囊括了数字电路设计中所有关键的基石知识点，从最基本的逻辑运算单元，到复杂的中规模集成电路（如译码器、多路复用器），乃至对存储器结构（如SRAM、DRAM的简化原理）都有所涉猎。更难得的是，它在讲解这些内容时，始终保持了一种对“为什么”的追问，而不是仅仅停留在“是什么”的层面。例如，在讨论总线结构时，它不仅描述了数据传输的过程，还深入浅出地解释了不同仲裁策略的优缺点及其对系统性能的影响。这种广度与深度的完美结合，使得这本书不仅是学习入门的优秀教材，即便对于已经工作多年的工程师而言，它依然是一本可以随时查阅、查漏补缺的“镇宅之宝”，能够帮助我们快速回顾和巩固那些在日常工作中可能不常用但至关重要的基础概念。

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