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出版者:Wiley

作者:David Johns

出品人:

页数:720

译者:

出版时间:1996-11-15

价格:$ 54.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780471144489

丛书系列:

图书标签:

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深入探索数字逻辑与系统架构：现代电子设计的新视野 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探讨现代电子系统设计中至关重要的数字逻辑、微处理器架构、以及高速数据处理系统的构建方法。本书聚焦于如何将复杂的算法转化为高效的硬件实现，特别关注在可编程逻辑器件（FPGA/CPLD）和专用集成电路（ASIC）平台上的实践技巧。 --- 第一部分：数字系统基础与硬件描述语言的精炼运用 本部分将数字设计的理论基石重新审视，并侧重于如何使用现代化的硬件描述语言（HDL）——如VHDL和SystemVerilog——来实现高性能、低功耗的数字电路。 第1章：二进制世界的重构与优化 本章从信息论和布尔代数的基本原理出发，快速回顾二进制、格雷码、BCD等编码方式。重点在于深入分析组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计约束与权衡。我们将详细探讨锁存器、触发器（D, JK, T型）在构建状态机中的关键作用，并引入先进的同步时钟域设计技术，例如脉冲同步器（Metastability Resolution）和时钟域交叉（CDC）的鲁棒解决方案。同时，本章会引入设计约束（Timing Constraints）的概念，并展示如何在设计初期就嵌入时序分析的思维。 第2章：SystemVerilog：现代数字设计的语言范式 抛弃传统的HDL实现方式，本章专注于SystemVerilog（SV）在高级抽象建模中的应用。我们将深入讲解SV中的面向对象编程（OOP）特性，如类、继承、约束随机化（Constrained Random Verification, CRV）在验证环境构建中的不可替代性。重点内容包括：如何使用`interface`简化模块间连接，如何运用`program`块进行复杂的测试激励生成，以及如何利用SV的高级数据类型（如动态数组、关联数组）来构建更灵活、更具可读性的模型。对于综合性设计，本章将严格区分可综合子集与验证特定特性的使用边界。 第3章：组合逻辑的深度优化：流水线、查找表与并行化 本章专注于如何将数学函数或复杂逻辑转换为高效的硬件结构。我们将详细分析如何使用并行加法器（如Carry Lookahead, Carry Select）和乘法器（如Booth编码、Wallace Tree）的结构，以及它们在不同面积/速度权衡下的选择。对于非线性函数，如三角函数或指数函数，本章将重点讲解CORDIC（Coordinate Rotation Digital Computer）算法的硬件实现细节和优化策略，并讨论如何使用高效的查找表（LUT）结构来加速数据处理。 --- 第二部分：处理器架构与指令集工程 本部分将视角提升到系统级别，探讨现代处理器流水线的设计哲学、内存层次结构的优化，以及特定领域加速器的实现。 第4章：精简指令集计算机（RISC）的迭代设计 本章选取一个经典的RISC架构（例如一个简化的MIPS或RISC-V子集）作为模型，从头开始设计一个多级流水线处理器。我们将深入剖析流水线冒险（数据冒险、控制冒险）的检测与解决机制，包括停顿插入（Stall）、转发（Forwarding/Bypassing）单元的设计。重点分析如何设计高效的分支预测单元（Branch Prediction Unit, BPU），例如使用一步（1-bit）饱和计数器和两步（2-bit）状态机，并比较其在不同程序类型下的性能差异。 第5章：内存层次结构与缓存一致性 理解数据在处理器和存储器之间流动是提升系统性能的关键。本章详细介绍多级缓存（L1, L2, L3）的设计原理，包括：缓存行大小的选择、替换策略（LRU, Pseudo-LRU, Random）的硬件实现。我们将深入探讨缓存一致性协议，特别是基于监听（Snooping）的MESI协议的硬件状态机设计。此外，本章还将讨论TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作机制及其在虚拟地址到物理地址转换过程中的性能影响。 第6章：并行处理单元：SIMD与向量化加速 现代计算越来越依赖于数据并行性。本章专门讨论单指令多数据（SIMD）架构的设计。我们将探讨向量寄存器文件、元素级并行操作的执行单元设计。重点分析如何构建一个高效的向量乘法累加（MAC）单元，并将其应用于数字信号处理（DSP）任务中。本章还将引入如何设计软件/硬件协同的接口，使得编译器能够有效地将高层语言中的向量化指令映射到自定义硬件并行单元上。 --- 第三部分：面向应用的定制化硬件设计 本部分将理论知识应用于实际的工程挑战，涵盖数据流管理、接口协议的实现以及系统级的验证方法。 第7章：高速接口与片上传输协议 高效的系统离不开快速可靠的I/O通信。本章着重分析两种关键的片上通信协议：AXI（Advanced eXtensible Interface）系列协议（AXI4-Lite, AXI4-Stream, AXI4-Memory Mapped）的结构、握手机制和突发传输模式。我们将详细展示如何设计一个符合AXI规范的主机（Master）和从机（Slave）模块，特别关注数据对齐和地址解码的逻辑。此外，本章也会简要介绍PCI Express（PCIe）的物理层和事务层接口在FPGA加速卡设计中的集成方法。 第8章：有限状态机（FSM）的高级设计与验证 FSM是数字逻辑的核心。本章不仅复习经典的Mealy和Moore模型，更侧重于同步式FSM的最佳实践，即如何将状态编码（如独热编码One-Hot Encoding）应用于速度敏感的设计中。我们将探讨如何使用流程图（Flowchart）和状态转移图（State Transition Diagram）作为设计输入，并展示如何利用Formal Verification（形式验证）技术来证明复杂FSM的正确性，避免常见的编码错误和死锁状态。 第9章：系统级验证与硬件/软件协同仿真 最终的系统可靠性依赖于严谨的验证。本章介绍覆盖率驱动的验证（Coverage-Driven Verification）方法论。重点讲解如何构建一个基于UVM（Universal Verification Methodology）的验证平台，用于对复杂的处理器或加速器模块进行功能和性能验证。我们将详细介绍如何将C/C++编写的参考模型（Reference Model）与HDL设计进行软硬件协同仿真（Co-simulation），以确保算法级行为的正确性，并演示如何使用硬件调试工具对流水线内部信号进行实时跟踪和分析。 --- 本书适合对象： 电子工程、计算机工程及相关专业的高年级本科生、研究生，以及从事ASIC/FPGA设计、嵌入式系统开发和高性能计算加速器研发的专业工程师。阅读本书需要具备基础的数字电路知识和基本的VHDL/Verilog知识。

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在我眼中，《Analog Integrated Circuit Design》这本书的价值，绝不体现在其“涵盖范围”的广度，而在于其“分析深度”的厚度。当我阅读到关于“低功耗设计”的章节时，我被深深地吸引住了。作者并没有简单地列举一些降低功耗的常用技巧，而是从能量转换和信息传递的基本原理出发，深入分析了在模拟电路中功耗产生的根源。他详细阐述了如何通过优化电路拓扑、选择合适的偏置策略、以及利用亚阈值区的器件特性等方法来大幅降低功耗。我印象最深刻的是，书中对于“休眠模式”和“快速唤醒”设计的讲解。它详细介绍了如何设计能够快速进入和退出低功耗状态的电路，以实现高效的能量管理。这种设计不仅需要对模拟电路的深入理解，还需要对数字控制逻辑的巧妙结合。此外，书中还探讨了如何在高压和低压工艺下实现低功耗设计，以及如何在高噪声环境下维持低功耗运行。我特别欣赏书中对“动态电压和频率调节 (DVFS)”在模拟电路中的应用讲解，它揭示了如何在不同工作负载下动态调整电路的工作电压和频率，以实现最佳的功耗-性能比。这本书让我认识到，低功耗设计并非简单的“减法”，而是一种精密的“优化”艺术，需要深刻理解能量的流动和信息的传递。

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当我第一次读到《Analog Integrated Circuit Design》这本书中关于“传感器接口设计”的部分时，我深感其内容的精妙之处。它并非简单地罗列几种传感器的原理，而是深入剖析了传感器信号的特点，以及如何设计出能够精确、稳定地读取和处理这些信号的电路。它详细阐述了不同类型传感器的输出特性（如电压输出、电流输出、电阻输出、电容输出等），以及如何根据这些特性选择合适的信号调理电路。我特别欣赏书中对“低噪声放大器 (LNA)”设计的讲解，它深入分析了LNA在传感器信号链中的关键作用，以及如何在保证高增益的同时，将噪声降至最低。此外，书中还探讨了如何设计高精度的模数转换器 (ADC) 来数字化传感器信号，以及如何利用数字信号处理技术来进一步提高测量精度和抗干扰能力。我印象深刻的是，书中对“桥式传感器信号调理”的讲解，它详细介绍了如何利用差分放大器和仪表放大器来处理来自桥式传感器的微弱信号，并且强调了共模抑制比 (CMRR) 的重要性。这本书让我深刻理解到，传感器接口设计不仅仅是电路的连接，更是一种对信号的深刻理解和精细的电路设计，而这本书为我提供了解决这些问题的理论基础和实践指导。

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我认为《Analog Integrated Circuit Design》这本书并非一本“百科全书”式的著作，而是更像一本“工具箱”，但这个工具箱里的工具，都是经过精心打磨、堪称艺术品的。在关于“噪声和干扰抑制”的部分，作者并没有停留在简单的噪声分类和公式推导，而是深入探讨了在实际集成电路中，各种噪声源（热噪声、散粒噪声、闪烁噪声、爆裂噪声等）是如何相互作用，以及它们是如何在不同的电路拓扑中累积和传播的。我特别喜欢它对“屏蔽和接地技术”的讲解，它详细阐述了在PCB布局和芯片设计中，如何通过合理的屏蔽和接地来抑制外部电磁干扰 (EMI) 和内部信号串扰。书中通过大量的实例，展示了不同接地方式的优缺点，以及如何选择最佳的接地策略。此外，书中还深入探讨了如何在模拟电路设计中实现差分信号传输，以及如何利用共模抑制比 (CMRR) 来提高抗干扰能力。我印象深刻的是，书中对“电源去耦”的讲解，它不仅介绍了各种去耦电容的选型和布局，还深入分析了电源线阻抗和寄生电感对电路性能的影响。这本书让我深刻理解到，在集成电路设计中，噪声和干扰的抑制，往往是决定电路性能成败的关键因素，而这本书为我提供了解决这些问题的宝贵经验和实用技巧。

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在我看来，《Analog Integrated Circuit Design》这本书不仅仅是一本技术书籍，它更像是一份“宝贵的经验集锦”，其中凝聚了作者多年的实践智慧。在关于“片上系统 (SoC) 中的模拟电路设计”的章节，它并没有止步于讲解单个模拟模块的设计，而是深入探讨了模拟电路如何在复杂的SoC环境中工作，以及如何解决由此带来的挑战。它详细阐述了地线噪声、电源噪声、串扰以及热效应等问题，以及如何在SoC设计中有效地管理和抑制这些影响。我特别喜欢它对“模拟IP核的集成和验证”的讲解，它详细介绍了如何设计可复用的模拟IP核，以及如何进行严格的集成和验证，以确保其在SoC中的可靠性。此外，书中还探讨了如何在SoC设计中实现低功耗和高密度，以及如何通过软件和硬件协同设计来优化整体性能。我印象深刻的是，书中对“模拟和数字接口的协同设计”的讲解，它强调了在SoC设计中，模拟和数字部分之间的接口是至关重要的，而这本书为我提供了解决这些问题的理论基础和实践指导。这本书让我深刻理解到，在SoC设计中，模拟电路的设计不再是孤立的，而是需要与整个系统协同工作，而这本书为我提供了应对这种挑战的宝贵经验。

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当我翻阅《Analog Integrated Circuit Design》这本书时，我感受到了一种“思想的传递”，而非仅仅是“知识的堆砌”。在关于“混合信号电路设计”的章节，作者并没有将ADC/DAC等模块孤立看待，而是深入探讨了模拟和数字部分之间的接口问题，以及如何优化整个混合信号系统的性能。他详细阐述了数字馈通（digital feedthrough）现象，以及如何通过数字校准和模拟电路设计来减小其影响。我特别欣赏书中对“时钟抖动”的讲解，它深入分析了时钟抖动对ADC/DAC性能的影响，以及如何通过设计低抖动的时钟发生器和时钟分配网络来提高精度。此外，书中还探讨了如何在混合信号电路中实现低功耗和高集成度，以及如何通过合理的模块划分和接口设计来简化验证过程。我印象深刻的是，书中对“数模协同设计”的讲解，它强调了在混合信号电路设计中，模拟和数字工程师之间紧密合作的重要性，以及如何通过有效的沟通和协同来加速设计进程。这本书让我认识到，现代集成电路设计越来越趋向于复杂性和集成度，而混合信号电路设计正是这种趋势的重要体现，而这本书为我提供了应对这种挑战的理论基础和实践指导。

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在我看来，《Analog Integrated Circuit Design》这本书最与众不同之处在于，它并非以一种“知识的堆砌”的方式呈现，而是以一种“解决问题的哲学”来引导读者。在讨论“滤波器设计”时，它没有直接跳到各种高阶滤波器的设计细节，而是首先从“为什么需要滤波器”以及“滤波器的基本要求”入手，深入分析了滤波器在信号处理链中的关键作用。然后，它循序渐进地介绍了巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔等几种经典滤波器的设计原理和特性，并且详细阐述了它们在通带、阻带、过渡带以及瞬态响应方面的权衡。让我印象深刻的是，书中在讲解高阶滤波器时，并没有仅仅给出繁琐的数学推导，而是通过生动的电路图和表格，清晰地展示了各种滤波器结构的实现方式，以及各种参数（如Q值、阻尼因子）对滤波特性的影响。而且，它还特别强调了在实际集成电路设计中，如何选择合适的滤波器类型，以及如何利用电路拓扑来减小器件的敏感性。我记得书中关于“跨导-电容 (Gm-C) 滤波器”的讲解，它详细介绍了如何利用有源器件（如运算放大器或跨导）和无源器件（如电容）来实现滤波功能，并且分析了这种结构的优缺点，以及在不同频率范围下的应用。这种将理论与实际工程紧密结合的讲解方式，使得这本书不仅具有学术价值，更具有极强的实用性。它让我在设计模拟信号处理电路时，能够更加胸有成竹。

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我一直认为，一本优秀的电路设计书籍，其价值不仅仅在于其内容的深度，更在于其能否激发读者的思考，以及能否提供一种解决问题的独特视角。《Analog Integrated Circuit Design》这本书在这方面做得尤为出色。我尤其对其中关于“电流镜”的讲解印象深刻。它并没有仅仅满足于介绍几种常见的电流镜拓扑（如二极管连接、威尔逊电流镜、镜像电流镜等），而是深入探讨了这些电流镜的非理想效应，例如输出电阻、失配效应、寄生电容的影响等等。作者通过对这些效应的细致分析，揭示了为什么在某些应用场景下，简单的电流镜不足以满足性能要求，以及如何通过改进拓扑结构来提高精度和输出电阻。我记得书中对“高级电流镜”部分的讲解，特别是关于如何设计高精度、低失配的电流镜，这对于低功耗、高精度的模拟电路设计至关重要。他通过引入额外的补偿技术和更精巧的偏置电路，使得电流镜的输出电阻得到了显著的提升，同时减小了器件失配带来的误差。这本书的讲解方式，更像是在“授人以渔”，它引导我主动去思考，去分析，去寻找最优的解决方案，而不是仅仅被动地接受既定的知识。它让我明白，即使是最基本的电路模块，也蕴含着丰富的工程智慧和设计技巧。通过对这些基本模块的深入理解，我才能在更复杂的电路设计中游刃有余。

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当我第一次翻开《Analog Integrated Circuit Design》这本书时，我并没有抱有太高的期望，因为市面上关于模拟设计的书籍实在是太多了，很多都只是对已知知识的简单罗列，缺乏新意和深度。然而，这本书很快就颠覆了我的看法。它在处理反馈网络的章节时，给我留下了极其深刻的印象。作者并没有简单地介绍几种反馈组态，而是深入分析了反馈在稳定性和瞬态响应方面所扮演的角色。他详细讲解了如何利用伯德图来分析反馈网络的稳定裕度，以及如何通过零极点的配置来优化瞬态响应。更让我惊喜的是，书中还引入了多种补偿技术，例如极点补偿、零点补偿以及更复杂的混合补偿，并且通过具体的电路实例，展示了这些技术是如何在实际运算放大器设计中应用的。我特别记得书中关于“稳定性与速度的权衡”这一部分的讲解，它非常清晰地阐述了在提高放大器带宽时，如何避免引入不稳定性，以及如何通过精巧的补偿网络来达到最佳的性能。这部分内容，对于我之后在设计高速数据转换器模拟前端时，解决稳定性问题提供了宝贵的思路。而且，书中在讲解每一部分内容时，都紧密结合了实际的集成电路设计约束，例如跨导、噪声、功耗、面积等，这使得读者在学习理论知识的同时，也能时刻意识到这些知识在实际工程应用中的重要性。这种将理论与实践紧密结合的方式，使得这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师，在引导我一步步掌握模拟集成电路设计的艺术。

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在我漫长的电子工程学习生涯中，我翻阅过不少关于模拟集成电路设计的书籍，有些是教科书，有些是参考手册，还有些是更偏向理论研究的著作。而《Analog Integrated Circuit Design》这本书，在我看来，就像是为我精心准备的一场盛宴，它并非以一种“什么都有”的包罗万象的方式呈现，而是以一种极具洞察力和深度的方式，带领我深入理解模拟设计的核心精髓。我最欣赏它的一点在于，它并没有试图将所有你能想到的模拟电路模块一股脑地塞给你，而是选取了那些最基础、最重要、也是最能体现设计智慧的单元进行深入剖析。例如，在讲解运算放大器时，它并没有止步于简单的增益和带宽分析，而是花了大篇幅去探讨各种非理想效应，比如输入失调电压、输入偏置电流、共模抑制比、电源抑制比等等，并且详细阐述了这些效应是如何产生的，以及在实际设计中如何通过电路拓扑的优化、器件参数的选择、偏置方式的调整等方法来减小它们的影响。这种对细节的关注，以及对“为什么”和“怎么做”的清晰解释，让我受益匪浅。此外，书中对于噪声分析的讲解也远超我的预期，它不仅仅是列出各种噪声源及其公式，而是通过生动的例子，解释了噪声在不同电路拓扑中的累积方式，以及如何在设计中权衡噪声与功耗、带宽等性能指标。这对于设计低噪声、高性能的模拟前端尤为重要。这本书就像一位经验丰富的老工程师，在手把手地教你如何思考，如何权衡，如何解决实际问题，而不是简单地给你一套公式和现成的设计。它所传达的，是一种深刻的、源于实践的智慧，这正是许多理论书籍所缺乏的。

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我对《Analog Integrated Circuit Design》这本书的评价，绝不会是“内容丰富”这样简单的概括。它所蕴含的，是一种超越表面知识的深刻洞察力。在关于“ADC/DAC”章节的讨论中，作者并没有将重点放在列举各种ADC/DAC架构（如逐次逼近型、Σ-Δ型、流水线型等）的优缺点，而是深入剖析了实现高精度模数/数模转换的关键挑战，例如量化噪声、失配、非线性、采样时钟抖动等等。他详细解释了这些误差的来源，以及如何在电路设计和数字后处理中加以抑制。我尤其记得书中对“量化噪声”的深入分析，它通过对量化过程的统计学描述，以及对不同量化策略的比较，让我对噪声的本质有了更深的理解。此外，书中还探讨了如何设计低功耗、高速度的ADC/DAC，以及如何在高精度要求下权衡功耗和速度。我特别欣赏它对于“线性度”的讲解，它不仅介绍了差分非线性 (DNL) 和积分非线性 (INL) 的概念，还详细阐述了如何通过数字校准技术来提高ADC/DAC的线性度。这种将模拟电路设计与数字信号处理技术相结合的思路，在我看来是现代集成电路设计的重要趋势。这本书为我打开了一个全新的视角，让我明白，要设计出高性能的ADC/DAC，需要的是对模拟和数字领域的双重深刻理解。

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不适合初学者。

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474 教材。

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IC Design的参考书2，没很认真读过