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出版者:Wiley-IEEE Press

作者:Behzad Razavi

出品人:

页数:736

译者:

出版时间:2003-2-27

价格:USD 197.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780471447276

丛书系列:

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图书简介：精妙的系统集成与实时控制 聚焦于现代工程挑战与前沿解决方案 本书深入探讨了当今复杂工程系统设计中至关重要的一个核心领域：高精度、高可靠性的系统集成与实时控制机制。我们并非局限于任何特定的物理现象或电子学细节，而是着眼于支撑起几乎所有尖端技术——从自动驾驶汽车的决策引擎到先进制造流程中的精密运动控制——的底层逻辑和架构范式。 本书旨在为高级工程师、系统架构师以及致力于解决跨学科难题的研究人员提供一套普适性、可操作性的框架。它超越了单一学科的界限，将控制理论、信号处理、嵌入式系统设计、以及高性能计算的需求融汇一炉。 第一部分：复杂系统的建模与挑战 本部分为后续的解决方案奠定坚实的理论基础，重点剖析现代工程系统固有的复杂性和不确定性。 第一章：多域耦合与系统涌现行为 本章首先从宏观层面审视现代复杂系统的本质。这些系统不再是简单的线性叠加，而是由机械、电子、软件、热力学等多个域相互作用而成的强耦合实体。我们详细分析了如何通过先进的系统思维（System Thinking）来识别和量化这些域之间的反馈环路和非线性相互依赖性。讨论的重点是如何精确地建立这些多域系统的数学模型，特别是当模型需要捕获快速动态变化和环境干扰时所面临的挑战。我们将探讨状态空间表示法的局限性，并引入面向仿真的多物理场（Multi-Physics）建模方法，强调模型有效性和计算效率之间的权衡。 第二章：不确定性量化与容错设计哲学 在真实世界中，系统性能的下降往往源于不可预测的因素：传感器噪声、执行器漂移、环境温度波动，甚至供应链质量的变化。本章的核心在于将不确定性视为系统设计的一部分，而非外部干扰。我们深入探讨了概率论在工程中的应用，包括如何使用蒙特卡洛模拟、贝叶斯推断来量化系统参数的概率分布。此外，本章阐述了容错架构（Fault-Tolerant Architectures）的设计原则，包括冗余配置、故障检测与隔离（FDI）的早期预警机制，确保系统在部分组件失效后仍能维持关键功能的安全运行。 第三章：实时约束的刚性边界 高性能系统的一个决定性特征是对时间的要求——即实时性。本章详细分析了不同类型的实时约束：硬实时（Hard Real-Time）、软实时（Soft Real-Time）和有界伪实时（Firm Real-Time）。我们对现代计算平台的时间抖动（Jitter）来源进行了细致的剖析，包括操作系统调度延迟、缓存未命中、以及中断响应时间。内容涵盖了基于优先级的调度算法（如 Rate Monotonic 和 Earliest Deadline First）的严格性能分析，以及如何通过硬件加速和确定性网络协议来最小化时间不确定性。 第二部分：高级控制架构与集成策略 本部分将理论模型转化为可实施的控制与集成方案，重点关注如何协调异构资源以达成全局最优性能。 第四章：分布式感知与协同决策 在大型、分布式的系统中，信息采集和处理通常分散在多个节点上。本章专注于分布式控制网络的设计。我们探讨了如何设计高效、低延迟的通信协议栈，以确保数据在传感器层、执行器层和中央决策层之间的可靠传输。核心内容包括：一致性算法（Consensus Algorithms）在多智能体系统中的应用，以及如何处理因网络延迟导致的局部视图偏差（Partial Observability）问题，确保整体系统行为的收敛性与同步性。 第五章：自适应与在线优化控制 固定参数的控制器在面对系统特性随时间变化的工况时会表现不佳。本章深入研究了在线自适应控制（Adaptive Control）技术，这些技术允许控制器在系统运行时动态调整其内部参数。我们详细介绍了基于模型的参考自适应控制（MRAC）和基于辨识的自适应控制（Self-Tuning Control）的数学原理和实现细节。更进一步，本章引入了模型预测控制（MPC），将其作为一种强大的优化工具，用于处理多变量耦合系统，并在严格的系统约束下，通过滚动时域优化，提前预判并规避潜在的性能下降点。 第六章：嵌入式平台的高效实现与验证 即使拥有最优的控制算法，如果无法高效地部署到目标硬件上，系统性能也无法实现。本章探讨了高性能嵌入式系统的软硬件协同设计。内容包括：选择合适的异构计算资源（如FPGA、GPU、专用DSP）的评估标准；如何使用模型级代码生成（Model-Based Code Generation）工具链，确保算法的精确映射，同时优化内存访问和指令流水线。验证部分强调了形式化方法（Formal Methods）在证明控制逻辑正确性和实时性保证方面的关键作用，这对于高安全等级系统的认证至关重要。 第三部分：面向未来的系统范式 最后一部分展望了驱动下一代高性能系统的技术趋势和新兴方法论。 第七章：机器学习在系统辨识与控制中的角色 随着计算能力的爆炸性增长，机器学习（ML）已成为处理复杂系统辨识和策略生成的新工具。本章探讨了如何将数据驱动的方法与传统基于物理的建模相结合，形成混合模型（Hybrid Modeling）。我们分析了深度学习在处理高度非线性和海量传感器数据时的优势，特别是强化学习（Reinforcement Learning）在发现超越人类直觉的控制策略方面的潜力。同时，我们也严格审视了将“黑箱”ML模型集成到需要严格可解释性和安全保证的实时系统中的挑战与风险。 第八章：可解释性、可验证性与系统责任 随着系统的自主性越来越高，决策过程的透明度成为新的焦点。本章关注于如何构建不仅高性能，而且可解释（Explainable）和可追溯（Traceable）的系统。我们讨论了设计用于实时推理的XAI（Explainable AI）方法，以及如何在系统设计阶段就嵌入审计和日志记录机制，以满足日益严格的监管要求。最终，本章提出了一个关于在高度自主系统中分配责任和管理系统风险的工程伦理框架。 本书为读者提供了一个全面的视角，用以驾驭现代工程中最具挑战性的集成难题。它强调的是工程的本质：在资源限制下，对复杂性进行结构化的、可验证的管理。通过掌握这些跨学科的原则和工具，读者将能设计出更具鲁棒性、更高效率、更适应未来需求的尖端工程系统。

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我是一名在航空航天领域工作的工程师，对《Phase-Locking in High-Performance Systems》这本书的 title 产生了强烈的兴趣。在航空航天系统中，对器件的可靠性、稳定性和性能有着极为严苛的要求，而 PLL 作为许多关键系统（如导航、通信、雷达）的核心组成部分，其性能的优劣直接关系到整个任务的成功。我非常关注书中对 PLL 在极端环境下的性能表现的探讨。例如，在高低温、高辐射等恶劣环境下，PLL 的稳定性和参数变化会如何影响系统的性能？书中是否会提供关于如何设计能够承受这些极端条件的 PLL 电路，或者提供相关的测试和验证方法？我期待书中能够深入分析 PLL 在航空航天应用中的特殊需求，比如对高可靠性、宽温度范围、以及抗干扰能力的考量。在我看来，一本真正“高性能”的系统，其PLL 设计必须能够满足这些严苛的工程要求。此外，书中关于 PLL 的频率合成能力和相位噪声性能，也是我特别看重的。在通信和雷达系统中，高精度、低相位噪声的频率合成器是实现远距离、高带宽通信的关键。我希望书中能够提供关于如何设计具有极低相位噪声和宽覆盖范围的 PLL，并结合实际的航空航天应用案例进行说明。例如，在星载通信系统中，如何通过优化 PLL 设计来提高数据传输速率和降低误码率。总之，如果这本书能够为我提供在航空航天领域设计和应用高性能 PLL 的深入见解和实用指导，它将是我职业生涯中一份宝贵的财富。

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我是一位长期在射频集成电路领域工作的工程师，对《Phase-Locking in High-Performance Systems》这本书的标题就产生了浓厚的兴趣。在我多年的设计经验中，PLL是许多关键射频链路的核心，例如频率合成器、时钟发生器、以及数据恢复电路。精确的相位控制和低相位噪声是实现高性能射频系统的关键瓶颈，因此，一本专注于高性能系统中的相位锁定技术的书籍，对我而言，无疑是一本宝藏。我非常看重书中对不同PLL拓扑结构优劣势的深入分析，特别是针对不同应用场景（如低功耗、高频率、宽带宽）所推荐的设计策略。例如，在移动通信领域，低功耗是至关重要的考量因素，而我同时也需要满足极高的数据传输速率，这往往意味着需要设计出低相位噪声且具备宽捕获范围的PLL。书中是否会详细介绍如何通过优化电荷泵电流、选择合适的 VCO 核心、以及精细设计环路滤波器来达到这些目标，是我特别关注的。此外，关于抖动和相位噪声的建模与抑制技术，更是我迫切想深入了解的部分。这些指标的优化直接关系到系统的整体性能，比如误码率、信噪比等。我期待书中能够提供一些实用的分析工具和设计流程，帮助我更系统地评估和改进我的PLL设计。书中或许还会涉及一些高级话题，如分数N分频 PLL、注入锁定PLL，甚至是基于软件实现的数字PLL。对于这些前沿技术，我希望书中能够提供清晰的原理阐述，并结合实际的设计案例，让我能够理解其工作机制和适用范围。总之，这本书如果能够帮助我更深入地理解高性能PLL的设计精髓，并为我在实际工程设计中提供切实可行的指导，那么它将是我工作中最宝贵的参考资料之一。

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我对《Phase-Locking in High-Performance Systems》这本书的出现感到非常兴奋，因为我在科研领域一直致力于研究新型的微纳器件及其在高性能集成电路中的应用，而PLL作为许多现代电子系统的核心模块，其性能的提升直接关系到整个系统的效率和功能。我尤其关注书中是否会涉及到一些前沿的相位锁定技术，例如在微波和毫米波频段的PLL设计，以及如何应对这些高频段带来的特殊挑战。在高频下，寄生参数和器件的非线性效应往往会严重影响PLL的性能，我希望书中能提供深入的分析和有效的解决方案。同时，我也对书中关于如何实现超低抖动和低相位噪声的 PLL 设计技术非常感兴趣。在许多高性能的科学仪器和通信系统中，极低的抖动和相位噪声是必不可少的，这直接影响到信号的质量和系统的测量精度。我期待书中能够提供关于如何通过优化 VCO 结构、选择合适的环路滤波器以及进行精细的版图设计来达到这些极致性能的指导。此外，书中是否会探讨一些与先进制造工艺相关的 PLL 设计考量，例如在 FinFET 或 Gate-All-Around (GAA) 等新型晶体管技术下，PLL 的设计和性能表现，也是我非常期待了解的。我深信，一本能够涵盖最新理论研究和前沿工程实践的书籍，将极大地拓宽我的视野，并为我未来的科研方向提供新的思路和启发。我渴望从中学习到如何将理论研究成果有效地转化为实际的高性能系统设计，为推动科学技术的进步贡献力量。

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我一直是一名对信号处理和控制理论非常着迷的工程师，《Phase-Locking in High-Performance Systems》这本书的标题立刻吸引了我。在我看来，相位锁定技术是连接了信号处理的理论深度和系统控制的工程实践的绝佳范例。我非常期待书中能够从更宏观的视角来阐述 PLL 在高性能系统中的作用，不仅仅是作为一个独立的模块，而是作为整个系统性能提升的关键驱动力。我希望书中能够详细介绍 PLL 如何在数据通信系统中实现高效的位同步和符号同步，从而保证数据传输的可靠性和速率；以及在数字信号处理中，PLL 如何提供高精度、低抖动的参考时钟，以支撑复杂的算法和信号处理流程。在我看来，理解 PLL 的本质，需要深入掌握其背后的数学模型和控制理论。我期待书中能够清晰地推导 PLL 的系统方程，并结合根轨迹、奈奎斯特图等控制理论工具，来分析 PLL 的稳定性、响应速度和抗干扰能力。同时，书中关于环路滤波器的设计，我认为是 PLL 设计的灵魂所在。我希望能够看到关于如何根据不同的性能要求，如快速锁定、低抖动、高抑制能力等，来选择和设计最优的滤波器。此外，我也关注书中是否会涉及一些更高级的 PLL 应用，例如在软件定义无线电 (SDR) 中，PLL 的灵活性和可重构性如何得到体现；或者在精密测量仪器中，PLL 如何实现极高的频率稳定性和相位精度。这本书如果能够提供这样深入的理论分析和广阔的应用视野，将极大地深化我对 PLL 技术及其在高性能系统中作用的理解。

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我是一名在嵌入式系统领域工作的工程师，对《Phase-Locking in High-Performance Systems》这本书的内容充满了期待。在嵌入式系统中，时钟的稳定性和精度往往是影响系统整体性能的关键因素，尤其是在涉及到高速数据传输、信号采集以及多处理器协同工作的场景下。我对书中关于如何设计低功耗、高稳定性的PLL电路特别感兴趣。在我看来，嵌入式系统往往对功耗有着严格的要求，如何在满足性能指标的同时，最大程度地降低PLL的功耗，是设计中一个重要的考量。书中是否会介绍一些低功耗PLL的设计技巧，比如如何选择合适的 VCO 核心，以及如何优化环路滤波器来减少电荷泵的功耗？此外，对于一些对实时性要求极高的嵌入式应用，PLL的锁定速度和抖动性能显得尤为重要。我希望书中能够详细阐述如何设计具有快速锁定能力和低抖动的PLL，并提供相关的分析方法和设计准则。例如，关于如何选择合适的鉴相器类型，以及如何优化环路滤波器来平衡锁定速度和抖动性能。我还关注书中是否会涉及一些高级的 PLL 技术，例如数字 PLL (DPLL) 或混合信号 PLL，以及它们在嵌入式系统中的应用。DPLL 的灵活性和易于集成到数字系统中，使得它在许多现代嵌入式系统中具有越来越重要的地位。我渴望书中能够提供清晰的 DPLL 原理讲解，并结合实际的嵌入式应用案例，让我能够更好地理解和掌握这些技术。总之，如果这本书能够为我提供在嵌入式系统设计中优化 PLL 性能的实用方法和深入见解，它将是我工作中不可或缺的重要参考。

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作为一名硬件工程师，我一直对系统级性能的提升有着不懈的追求，而《Phase-Locking in High-Performance Systems》这本书的出现，正是我所期待的。在许多高速数字系统和通信系统中，精确的时钟同步是保证数据完整性和系统稳定性的基础，而相位锁定技术正是实现这一目标的核心。我非常好奇书中会如何深入探讨不同应用场景下对相位锁定性能的要求，例如在数据采集系统中，高精度和低抖动是关键；而在高速串行通信中，快速锁定和宽捕获范围是不可或缺的。我期望书中能够提供关于如何根据具体应用需求来选择合适的PLL架构和拓扑的指导。在我看来，对于一个“高性能系统”，不仅仅是理论上的优越，更重要的是在实际电路中的实现效果。因此，我对书中关于PLL的设计和实现细节特别感兴趣。例如，关于鉴相器（PD）和电荷泵（CP）的类型选择，以及它们对PLL性能的影响，是我想要深入了解的。书中是否会讨论不同PD结构（如XOR、DFF）的优缺点，以及CP的非线性效应如何影响抖动？此外，环路滤波器的设计对于PLL的动态响应和稳态性能至关重要，我希望书中能提供关于如何根据系统带宽、阻尼系数等参数来设计和优化滤波器的方法。对于高速数字系统而言，时钟抖动是一个非常棘手的挑战，我期待书中能够提供详细的抖动生成机制分析，以及抑制抖动的设计技巧，例如通过优化电源和地线布局，或者采用特殊的滤波技术。这本书若能提供实际的工程案例和仿真结果，将极大地帮助我将理论知识转化为实际的设计经验，从而在我的工作中取得更大的突破。

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作为一名软件开发工程师，我对硬件层面的技术细节通常不甚了解，但《Phase-Locking in High-Performance Systems》这本书的标题引起了我的好奇心，因为我知道许多复杂的软件系统，尤其是那些涉及实时处理、高性能计算和分布式系统的，其底层都离不开精准的时钟同步。我非常想了解 PLL 技术是如何在硬件层面为这些软件应用提供稳定的基础的。书中是否会详细介绍不同类型的 PLL 在为 CPU、GPU、DSP 等处理器提供时钟时，对性能的影响？例如，在一个需要进行大规模并行计算的系统中，高精度的时钟同步对于保证计算的一致性和效率至关重要。我希望书中能够解释，PLL 的抖动和相位误差是如何影响软件执行的，以及通过优化 PLL 设计，如何为软件提供更稳定、更可靠的时钟源。我特别关注书中是否会涉及数字 PLL (DPLL) 的内容。DPLL 的数字化特性使其与软件更容易集成，我希望书中能解释 DPLL 的工作原理，以及它如何通过算法来跟踪和锁定信号的相位。同时，我也想了解 DPLL 在功耗、成本和集成度方面的优势，以及它在现代嵌入式系统和片上系统 (SoC) 中的应用。例如，在一个复杂的 SoC 设计中，如何通过 DPLL 来管理和同步多个时钟域，以确保整个系统的正常运行。虽然我不是硬件设计专家，但我相信通过阅读这本书，能够让我对高性能系统的底层运行机制有更深刻的理解，从而在软件设计时，能更好地考虑到硬件的限制和性能特点，并设计出更高效、更稳定的软件解决方案。

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这本《Phase-Locking in High-Performance Systems》的书名本身就散发着一种技术深度和严谨性，我最初被它吸引，是因为在我的工作领域，相位锁定环（PLL）以及相关的同步技术是实现高性能系统不可或缺的一环。我从事的是通信设备的设计，特别是在高频信号处理和数据传输速率的提升方面，PLL的稳定性和精度直接决定了系统的吞吐量和误码率。我一直对如何更有效地设计和优化PLL电路，以应对日益增长的性能需求感到好奇。这本书给我的第一印象是，它可能不仅仅是理论的堆砌，更会包含大量的实践经验和工程上的考量。我非常期待看到书中如何阐述不同类型的PLL架构，比如电荷泵PLL（CP-PLL）、压控振荡器PLL（VCO-PLL）以及数字PLL（DPLL）在不同应用场景下的优势与劣势。此外，书中关于噪声抑制、抖动分析和相位噪声建模的部分，对我来说尤为重要。理解这些深层次的物理和电子原理，能够帮助我识别设计中的瓶颈，并找到创新的解决方案。我尤其关注书中是否有关于如何在高Q值谐振器和低Q值谐振器之间权衡，以及如何处理寄生参数对PLL性能影响的讨论。毕竟，在实际电路设计中，这些看似微小的因素往往是导致性能下降的罪魁祸首。同时，我也希望能从书中了解到最新的研究进展和前沿技术，比如在超低噪声PLL设计、宽带PLL设计以及与FPGA和ASIC集成相关的技术。这本书的出版时间也很关键，如果它能涵盖近几年的技术发展，那将是对我工作极大的助力。我渴望书中能提供具体的仿真案例和硬件实现建议，能够帮助我将理论知识转化为实际的设计成果，从而提升我所在团队的研发能力，并最终为公司带来更具竞争力的产品。

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当我翻开《Phase-Locking in High-Performance Systems》这本书时，我首先被其清晰的章节划分和由浅入深的讲解方式所吸引。虽然我并非PLL领域的专家，但作为一名对高性能电子系统有着浓厚兴趣的学习者，我一直想深入了解相位锁定技术的底层逻辑和实际应用。书中的开篇部分，我认为一定会对相位锁定的基本概念进行详尽的介绍，包括锁相环的组成部分（如鉴相器、环路滤波器、压控振荡器）以及它们各自的功能。我非常期待书中能够用直观易懂的语言来解释这些组件的工作原理，并配以清晰的电路图和波形图。在我看来，对于初学者而言，理解这些基础知识是至关重要的，就像搭建摩天大楼需要坚实的地基一样。我希望书中能循序渐进地引导读者，从最简单的模拟PLL讲起，逐渐过渡到更复杂的数字PLL和混合信号PLL。而且，书中在解释数学模型时，我期望能够看到对相关微分方程和拉普拉斯变换的清晰推导，并解释这些数学工具如何帮助我们分析PLL的动态性能，例如捕捉范围、跟踪范围以及瞬态响应。同时，我也关注书中是否会涉及PLL设计中的一些常见挑战，例如自激振荡、噪声耦合和稳定性问题，以及相应的解决方法。对于我这样的学习者来说，能够通过这本书掌握分析和解决这些实际工程问题的能力，将是最大的收获。我预设书中会详细阐述环路滤波器设计的重要性，以及如何根据不同的性能指标（如快速锁定、低抖动）来选择合适的滤波器类型和参数。这本书的价值在于，它不仅能教授理论知识，更能激发我独立思考和解决问题的能力，为我未来的学习和职业发展打下坚实的基础。

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我是一名资深的电子工程师，在模拟和混合信号集成电路设计领域拥有多年的经验，对《Phase-Locking in High-Performance Systems》这本书的标题就非常感兴趣。在我看来，PLL 是模拟和数字信号处理完美结合的典范，而“高性能系统”的要求更是将 PLL 的设计推向了极致。我非常看重书中对 PLL 性能极限的探索和突破。例如，关于如何实现超低相位噪声、极低抖动、以及宽捕获范围的 PLL 电路，是我一直以来追求的目标。书中是否会详细阐述不同 PLL 拓扑结构（如电荷泵 PLL、环形振荡器 PLL、数字 PLL）在实现高性能方面的优势与劣势，以及在具体设计中如何权衡和选择？我尤其关注书中关于噪声抑制和抖动建模的技术。在我看来，理解各种噪声源（如器件噪声、电源噪声、耦合噪声）如何影响 PLL 的性能，并掌握有效的抑制方法，是设计出真正高性能 PLL 的关键。我期待书中能够提供关于如何进行精确的抖动分析和建模，以及如何通过电路设计和版图布局来最小化抖动。此外，书中对于 PLL 与其他高性能系统模块（如 ADC、DAC、SerDes）的集成和协同工作，也是我非常感兴趣的部分。PLL 作为时钟源，其性能直接影响到这些模块的整体表现。我希望书中能够提供关于如何优化 PLL 与这些模块之间的接口设计，以达到最佳的系统性能。总之，如果这本书能够为我提供在高性能系统设计中，实现 PLL 性能突破的深入理论分析和切实可行的工程实践指导，那么它将是我在职业生涯中一本不可多得的参考书。

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