具体描述
本书是根据教育部高等理工科院校本、专科电子技术基础实验课程基本要求编写的。全书以模拟电路、数字电路为主，但也涉及部分高频、光电子方面的知识。
实验内容按“基本验证性实验”、“设计性实验”和“模、数综合设计性实验”三个不同层次给出。可供教师、学生针对不同实际情况灵活选用。
本书也可供其他从事电子技术工作的人员参考。
模拟电子系统设计与应用 作者： 张明 教授，李华 博士 出版社： 科技教育出版社 出版日期： 2023年10月 ISBN： 978-7-5675-1234-5 图书定价： 98.00 元 页数： 580 页 --- 内容简介 本书聚焦于现代模拟电子系统的深度设计、实用构建与前沿应用，旨在为电子工程、通信工程、自动化及相关专业的学生和工程师提供一套系统、深入且高度实践性的学习资源。本书摒弃了对基础元器件（如电阻、电容、晶体管基本原理）的冗长讲解，而是直接切入至复杂系统级的设计方法论和关键模块的优化技术。全书内容紧密围绕当前工业界和科研领域对高性能、低功耗、高精度模拟电路的迫切需求展开。 全书共分为七个部分，涵盖了从器件级模型精选到系统级架构选择的完整流程。 第一部分：高级运算放大器（Op-Amp）的精细化设计与建模 本部分不再满足于讲解理想运放的特性，而是深入探讨实际集成电路（IC）工艺下的非理想因素对系统性能的影响。 零点漂移与噪声分析： 详细介绍了输入失调电压（Input Offset Voltage）的产生机理，并重点讲解了如何通过斩波（Chopper Stabilization）和自举（Auto-Zeroing）技术来显著降低低频噪声和漂移。书中提供了多款主流CMOS和BJT工艺下运放的SPICE模型参数解读，指导读者如何根据设计指标（如增益带宽积GBW、相位裕度PM）反向推导晶体管的尺寸和偏置电流。 高精度斩波电路设计实例： 提供了一个完整的低噪声医疗级仪表放大器的设计案例，涵盖了开关时序设计、时钟馈通（Clock Feedthrough）的抑制策略，以及高阶滤波器对斩波纹波的影响分析与补偿。 功耗与线性度的权衡： 深入分析了折叠共源共栅（Folded Cascode）和折叠式电流镜（Current Mirror）拓扑在不同负载条件下的线性度表现（HD2, HD3指标），并给出了指导性的设计图表。 第二部分：高性能数据转换器（ADC/DAC）的架构选择与优化 本部分是本书的核心内容之一，侧重于高分辨、高速数据转换器的系统级架构选择与关键非理想性的校准。 Sigma-Delta (ΣΔ) 调制器的进阶分析： 详细剖析了二阶、三阶和四阶ΣΔ调制的噪声塑形（Noise Shaping）原理，重点对比了多位量化器（Multi-bit Quantizer）与一阶量化器的优劣。书中包含了数字下采样滤波器（Decimation Filter）的FIR/IIR结构选择和优化，以及高频输入信号的抗混叠设计。 逐次逼近寄存器型（SAR）ADC的设计挑战： 重点讲解了基于电荷再分配（Charge Redistribution）的DAC阵列设计，以及高速采样保持（Sample-and-Hold, S/H）电路对量化误差的影响。提供了输入参考开关泄漏电流和电容失配对有效位数（ENOB）的量化分析模型。 动态性能指标的实际测量与校准： 讲解了如何使用FFT分析软件精确测量ADC的信噪比（SNR）、有效位数（ENOB）、无杂散动态范围（SFDR）和总谐波失真（THD），并提供了基于数字域的校准算法（如线性化技术）。 第三部分：射频前端（RF Front-End）的低噪声与高线性度设计 针对无线通信系统的需求，本部分深入研究了低噪声放大器（LNA）和混频器（Mixer）的阻抗匹配与噪声系数优化。 LNA的噪声匹配与增益控制： 详细推导了使用HBT和FET器件实现最佳噪声匹配（Γopt）的Smith圆图方法，并引入了“噪声系数预算”的概念。重点讲解了宽带LNA的设计，特别是反馈拓扑（如共源共栅带反馈）的应用。 无源与有源混频器： 对比了双平衡混频器（Double-Balanced Mixer）与单端混频器的优缺点，并重点分析了下变频过程中本振（LO）信号的泄露问题及抑制方法。书中包含了混频器频率响应的建立和线性度指标（如输入三阶交点IP3）的计算流程。 压控振荡器（VCO）的设计与相位噪声抑制： 讲解了Clapp和Colpitts振荡器的原理，并详细分析了LC谐振回路质量因数（Q值）对相位噪声的决定性影响。提供了使用电感建模软件（如Keysight ADS Momentum）进行电感电容精确提取和验证的实践指导。 第四部分：电源管理与低功耗模拟电路 本部分关注现代便携式设备和物联网（IoT）应用中的高效能电源管理和模拟信号处理的功耗优化。 开关型电源（SMPS）的环路补偿： 深入讲解了Buck/Boost变换器的电压模式和电流模式控制，重点分析了使用Type II/Type III补偿器进行环路稳定性的设计，确保在不同负载条件下输出电压的瞬态响应速度。 低压差线性稳压器（LDO）的设计： 详细探讨了LDO的寄生极点控制和输出电容的选择，以保证系统稳定。着重介绍了如何设计一个高电源抑制比（PSRR）的LDO，以隔离数字开关噪声对敏感模拟电路的影响。 亚阈值（Subthreshold）电路设计入门： 介绍了在极低电压下实现基本逻辑和放大电路的限制与技巧，为超低功耗场景下的模拟/混合信号设计提供思路。 第五部分：先进传感器接口电路设计 本部分专注于从物理信号到数字信息的转换链条，涵盖了高精度桥式传感器、电容式传感器和光电二极管的调理电路。 精密信号调理： 详细介绍了使用高精度仪表放大器（INA）进行桥式传感器（如应变片）的差分放大、激励电流源的设计与温度补偿。 电荷/电流积分技术： 针对低频、高灵敏度的电容式传感器（如MEMS加速度计），讲解了跨阻放大器（TIA）的设计，以及如何利用积分电路实现高灵敏度的信号获取，并有效处理直流偏置和噪声。 噪声与滤波技术在传感器中的应用： 讨论了如何根据传感器自身的噪声特性来定制匹配的滤波带宽，避免过度滤波损失信号动态范围，并有效抑制环境干扰。 第六部分：电路仿真与版图布局实践 强调仿真验证和物理实现之间的桥梁作用。 高级SPICE模型与参数提取： 教授如何使用商业EDA工具（如Cadence Spectre/HSPICE）进行瞬态、直流扫描、噪声分析和蒙特卡洛仿真。重点讲解了工艺角（Corner）分析在确保产品可靠性中的关键作用。 模拟版图设计规范： 详细阐述了模拟电路布局的关键原则，包括匹配技术（共质心、共栅）、噪声隔离（地弹、衬底耦合）、以及如何处理热效应（Thermal Gridding）对精密电路性能的影响。 第七部分：现代设计方法论与未来趋势 展望模拟IC设计领域的发展方向。 自动化模拟设计（Automated Analog Design）： 探讨了使用优化算法（如遗传算法、强化学习）辅助模拟电路参数优化的方法，以应对日益复杂的系统需求。 可重构模拟电路： 介绍了基于数字控制的模拟模块（如可编程增益放大器PGA、可调滤波器）的设计思路，以增强系统的灵活性和自适应能力。 --- 读者对象： 电子工程、微电子学、通信工程、自动化专业本科高年级学生及研究生。 从事集成电路设计、系统集成、嵌入式系统开发的工程师。 对高精度、高性能模拟系统设计有浓厚兴趣的专业人士。 本书特色： 1. 强调系统思维： 不局限于单元电路分析，贯穿始终的是如何将各个模块有机结合以满足最终系统指标。 2. 深度与广度兼顾： 既涵盖了基础理论推导，又提供了前沿技术的实用案例和仿真指导。 3. 工业实践导向： 所有设计方法均基于成熟的IC工艺和现代EDA工具链。 4. 丰富的图表与案例： 包含大量实测波形、设计曲线和关键参数对比，便于读者理解复杂的物理过程。 通过阅读本书，读者将能够掌握从概念构思到实际流片（或PCB实现）过程中，高性能模拟电子系统所面临的核心技术挑战，并具备独立解决复杂模拟设计问题的能力。
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