电工电子技术实验指导 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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isbn号码:9787504442628

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• 电工技术
• 电子技术
• 实验指导
• 电路分析
• 电子元件
• 仪器仪表
• 实践教学
• 高等教育
• 职业教育
• 技能培训

《现代集成电路设计与应用》 图书简介 本书旨在为电子工程、通信工程、自动化等相关专业的学生及工程师提供一套全面、深入的现代集成电路（IC）设计、仿真与实际应用指导。全书内容紧密围绕当前主流的CMOS技术，涵盖了从基础理论到前沿设计的完整知识体系，力求理论深度与工程实践紧密结合。 第一部分：模拟集成电路基础理论与设计 本部分聚焦于模拟IC设计的核心基石。首先，详细介绍了半导体器件的物理基础，特别是MOSFET在深亚微米甚至纳米工艺下的非理想特性，包括短沟道效应、亚阈值传导、热载流子效应等，这些是进行精确电路建模的前提。 随后，深入讲解了基础有源器件的设计与匹配。内容涵盖了各种MOS晶体管的尺寸选择原则、噪声源分析（热噪声、散粒噪声）以及失配对电路性能的影响。重点阐述了如何通过布局技巧（如共质心结构、迷宫式布局）来最小化环境和工艺带来的器件不匹配。 核心章节集中在运算放大器（Op-Amp）的设计。从最基础的两级CMOS运放开始，系统性地介绍了频率补偿技术，包括米勒补偿、多极点补偿和导纳提升（Pole-Zero Cancellation）。对增益带宽积（GBW）、相位裕度（PM）、建立时间（Settling Time）等关键指标的量化分析贯穿始终。此外，还引入了先进的运放结构，如折叠式源极跟随器运放、单位增益反馈结构以及超高速运算放大器的设计考量。 跨导放大器（OTA）的分析与设计是模拟前端不可或缺的部分。本书详细对比了不同OTA结构（如共源极、共栅、差分对）的优缺点，并重点探讨了在低压供电条件下如何维持高开环增益和足够的输出摆幅。 反馈网络与稳定性分析占据了重要篇幅。除了传统的波特图分析外，本书引入了蒙特卡洛仿真方法，用于评估工艺、电压和温度（PVT）变化对反馈回路稳定性的影响。详细讨论了导纳分析法在复杂多反馈回路设计中的应用。 第二部分：数据转换器与信号调理电路 本部分深入剖析了连接模拟世界与数字世界的桥梁——数据转换器（ADC和DAC）。 在数模转换器（DAC）方面，详细讲解了电流型和电压型DAC的结构。对于电流型DAC，重点分析了电阻或电流源的匹配误差对微分非线性（DNL）和积分非线性（INL）的影响，并介绍了单元梯形（Unit-Element Sizing）技术和随机化技术来改善静态性能。对于电压型DAC，探讨了电容阵列的开关耦合效应和电荷注入问题。 在模数转换器（ADC）方面，覆盖了从低速到高速的各类架构。对流水线ADC和Sigma-Delta ($SigmaDelta$) ADC进行了详尽的解析。对于$SigmaDelta$调制器，详细推导了噪声塑形（Noise Shaping）的原理，分析了二阶、三阶调制器的传递函数，并探讨了量化器的失真分析与重采样技术。对于高速ADC，如闪烁式和两级流水线结构，侧重于子模块的精度要求和时序校准。 信号调理电路部分，讲解了低噪声放大器（LNA）的设计，尤其是在射频（RF）前端的应用，包括阻抗匹配（史密斯圆图法）、噪声系数（NF）的最小化以及增益控制（AGC）的设计。此外，还涵盖了各种滤波器设计，包括有源RC滤波器、开关电容滤波器及其在不同频率范围的应用场景。 第三部分：数字集成电路基础与低功耗设计 虽然本书核心偏向模拟，但为了适应现代SoC的设计趋势，本部分提供了必要的数字基础。主要介绍CMOS反相器的工作原理、静态和动态特性。随后，深入探讨了标准单元库的设计哲学，如时序违例（Setup/Hold Time Violations）的分析。 重点放在低功耗设计策略上。分析了动态功耗（开关功耗）和静态功耗（漏电功耗）的来源。详细介绍了降低动态功耗的技术，如电压缩放（Voltage Scaling）、时钟频率调控。对于静态功耗，探讨了多阈值电压（Multi-Vt）技术的应用，如何权衡电路速度与漏电电流。 第四部分：集成电路版图与可靠性 本部分强调了从电路图到物理实现的关键步骤。详细阐述了IC设计流程中的物理设计阶段，包括版图（Layout）的原则。重点讲解了CMOS版图设计规则（DRC），如最小宽度、最小间距、过孔的正确使用。 特别强调了模拟电路版图的特殊要求： 1. 匹配与寄生效应控制： 阐述了如何通过对称布局、共源共栅布局、环境屏蔽环（Guard Rings）来消除环境噪声和衬底耦合。 2. 电迁移（Electromigration）与热效应： 分析了电流密度对金属导线寿命的影响，并给出了导线宽度的计算方法。 3. 闩锁效应（Latch-up）的预防： 讲解了PNP和NPN寄生晶体管的形成机制，以及通过衬底处理和保护环来抑制闩锁效应的工程实践。 第五部分：前沿技术与仿真工具应用 本书最后一部分关注现代设计流程中的仿真与验证。详细介绍了行业标准仿真工具（如Spectre/HSPICE）的使用方法，并结合具体的电路实例，演示如何进行瞬态分析、交流分析、直流扫描、噪声分析和角点分析（Corner Analysis）。 内容延伸至现代半导体技术面临的挑战，如FinFET结构对传统CMOS特性的改变，以及在先进工艺节点下，新兴的存储器技术（如SRAM、MRAM）在SoC中的集成考量。通过多个大型项目案例，引导读者将理论知识转化为可流片的实际设计能力。

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