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出版者:

作者:Rumsey, Francis/ Watkinson, John

出品人:

页数:392

译者:

出版时间:2003-9

价格:$ 83.56

装帧:

isbn号码:9780240519098

丛书系列:

图书标签:

• 数字接口
• 接口设计
• 电子工程
• 嵌入式系统
• 硬件设计
• 通信协议
• 信号完整性
• 数据传输
• 电路设计
• 技术手册

电子元器件与系统设计：从基础到实践 作者： [此处可留空或填充虚构作者名，如：张伟, 李明] 出版社： [此处可留空或填充虚构出版社名，如：先进电子技术出版社] 版次： 第一版 --- 内容简介 《电子元器件与系统设计：从基础到实践》是一本面向电子工程、通信工程、自动化以及相关技术领域本科生、研究生和工程技术人员的综合性教材与参考手册。本书旨在系统、深入地剖析现代电子系统背后的核心组件——电子元器件的工作原理、选型标准以及在实际系统集成中的应用技巧，并在此基础上，构建起扎实的系统级设计思维。 全书内容组织严谨，逻辑清晰，既涵盖了理论基础的深度探讨，又强调了工程实践中的实用性和前沿技术的引入。它不是对某一特定芯片或软件工具的简单罗列，而是着重于培养读者理解电子系统“骨架”的能力，即如何选择、组合和优化基础电子元件来构建稳定、高效的电子设备。 第一部分：半导体器件基础与建模 本部分奠定了理解所有现代电子系统的基石。首先，深入探讨了半导体物理学的基础，包括能带理论、载流子输运机制，为后续的器件分析做铺垫。 1. 晶体管的演进与工作原理： 详细阐述了双极性结型晶体管（BJT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的结构、I-V特性曲线、小信号模型及大信号模型。重点分析了MOSFET在亚阈值区、线性区和饱和区的行为，并讨论了短沟道效应（SCE）对器件特性的影响。 2. 二极管与特殊器件： 涵盖了PN结二极管、肖特基二极管、稳压二极管（Zener）以及光电器件（光敏电阻、光电二极管、LED）的工作原理。特别辟章节讨论了功率器件，如IGBT和功率MOSFET，及其在开关电源和电机驱动中的应用考量。 3. 器件参数与寄生效应： 这是一个至关重要的工程环节。本书详尽分析了影响高频和高速电路性能的寄生参数，如引线电感、封装电容和电阻。讲解了如何通过数据手册（Datasheet）准确解读关键参数，如击穿电压、导通电阻($R_{DS(on)}$)、开关时间（$t_{rise}, t_{fall}$）以及温度系数。 第二部分：模拟电路设计与信号调理 本部分聚焦于信号的采集、放大、滤波与转换，是系统感知和人机交互界面的核心。 4. 运算放大器（Op-Amp）的深度剖析： 不仅停留在理想模型，更深入探讨了双极型输入级和CMOS输入级的内部结构、失调电压、共模抑制比（CMRR）、电源抑制比（PSRR）以及带宽限制。提供了基于不同应用场景（如跨阻放大、仪表放大）的选型指南。 5. 有源与无源滤波技术： 系统介绍了巴特沃斯、切比雪夫、椭圆等滤波器原型，并详细推导了Sallen-Key、MFB等二阶有源滤波器电路的灵敏度和Q值控制。同时，讨论了数字滤波器（FIR/IIR）在硬件实现时的资源消耗与性能权衡。 6. 信号调理与数据采集前端： 涵盖了精密电压基准源、电流源的设计与稳定性分析。重点讲解了模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的架构（如SAR、Delta-Sigma、Flash），包括量化噪声、有效位数（ENOB）的计算，以及时钟抖动（Jitter）对采样精度的影响。 第三部分：数字逻辑与微控制器系统 本部分侧重于系统的“大脑”——数字处理单元的设计、实现与接口。 7. CMOS逻辑门与时序分析： 分析了基本逻辑门（NAND, NOR）的动态功耗和静态功耗。详细讲解了时序逻辑电路（触发器、锁存器）的建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time），并引入了路径延迟分析的概念，确保数字系统的同步运行。 8. 可编程逻辑器件（FPGA/CPLD）： 介绍了可重构逻辑电路的基本单元（查找表LUT、触发器、布线资源）。重点阐述了硬件描述语言（VHDL/Verilog）在描述并行逻辑中的优势，以及综合与布局布线流程对最终性能的影响。 9. 微控制器（MCU）架构与外设交互： 探讨了RISC与CISC指令集架构的对比，重点解析了现代MCU的存储器层次结构（Cache、SRAM、Flash）。系统讲解了中断处理机制、DMA控制器的工作流程，以及通用异步收发器（UART）、SPI、I2C等片上通信接口的协议细节和时序要求。 第四部分：电源管理与系统集成 本部分关注电子系统的心脏——电源的稳定供应和整体的电磁兼容性（EMC）。 10. 线性稳压器与开关模式电源（SMPS）： 对比了LDO（低压差线性稳压器）的噪声抑制优势与开关电源（Buck, Boost, Buck-Boost）的高效率特性。详细分析了SMPS的环路补偿技术（Type II/III补偿器），以保证输出电压的瞬态响应和稳定性。 11. 电磁兼容性（EMC）与信号完整性（SI）： 这是一个决定产品能否上市的关键环节。本书深入探讨了噪声的产生源（辐射发射、传导发射）和敏感度（抗扰度）。提供了PCB布局的工程准则，包括电源层和地层的分割、去耦电容的选型与放置（高频/低频）、差分信号的阻抗控制以及屏蔽技术的应用。 12. 热管理与可靠性设计： 分析了半导体器件的结温（$T_j$）模型，计算了热阻（$R_{ heta}$）。讲解了散热片设计、热管技术以及自然对流和强制风冷的适用性。最后，讨论了MTBF（平均故障间隔时间）的预测方法，确保系统的长期可靠运行。 --- 本书特色 实践导向的深度分析： 理论推导清晰，并紧密结合工业界常用的器件规格和设计流程。 跨越模拟与数字的鸿沟： 提供了连接高性能模拟前端与复杂数字处理核心的桥梁知识。 工程限制的强调： 大量篇幅用于讨论实际设计中遇到的限制因素，如噪声、功耗、散热和EMC问题，而非仅停留在理想化的电路模型。 参数的工程解读： 教导读者如何“阅读”和“质疑”元器件的数据手册，将抽象参数转化为具体的电路设计约束。 《电子元器件与系统设计：从基础到实践》旨在为读者提供一套完整、可操作的电子系统设计知识体系，帮助工程师从零开始，构建出性能卓越、稳定可靠的现代电子产品。

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从阅读体验的整体感受来看，这本书给我带来了一种难得的、沉浸式的学习体验，它真正做到了‘将知识融入体验’。我注意到作者在不同的章节之间设计了巧妙的‘回顾与展望’环节，虽然它们看起来像是简单的过渡页，但实际上却起到了串联全局的作用，确保了读者不会在深入某个细节后迷失方向，忘记了我们正在解决的宏观问题是什么。此外，这本书在引用标准和文献资料时也做到了极其严谨和全面，如果你想进行更深层次的学术研究，它提供了清晰的、可追踪的路径。我发现自己常常会在读完一个复杂的概念后，特意去翻阅脚注，核对引用的出处，这种对知识溯源的尊重，极大地提升了我对书中信息的信任度。总的来说，这本书的价值不仅仅体现在它包含了多少信息，更体现在它如何组织这些信息，以及如何引导读者建立起一个稳固的、面向未来的技术认知框架。它更像是一位沉默的、知识渊博的伙伴，陪伴你度过从‘新手’到‘专家’的每一个关键的认知飞跃期，这种陪伴感是无价的。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，那种沉稳的墨绿色封皮，搭配烫金的书名，一眼看上去就给人一种专业、可靠的感觉。我拿到手的时候，首先注意到的是它的纸张质感，厚实而细腻，翻阅时没有那种廉价的沙沙声，而是带着一种沉静的摩擦感。那种触感就像在触摸一块精雕细琢的玉石，让人忍不住想一直摩挲。书脊的工艺也很讲究，即使是经常翻阅，也不会轻易出现松动或脱胶的迹象，这对于一本工具书来说，简直是太重要了，毕竟谁都不想在关键时刻因为书本散架而中断思路。再者，内页的排版布局也极其用心，留白恰到好处，没有那种把信息硬塞进去的拥挤感，每一章节的标题和副标题都用不同的字体做了区分，层次感分明，阅读起来非常舒服，眼睛不容易疲劳。我特别喜欢它在图表和案例展示部分的处理，那些复杂的示意图不仅清晰锐利，而且配色方案也极为克制和专业，完全服务于内容的传达，没有一丝多余的装饰性元素。从收到书的那一刻起，我就觉得这不仅仅是一本知识的载体，更像是一件精心制作的艺术品，光是把它放在书架上，都能提升整个房间的格调。这种对细节的极致追求，足见出版方在制作过程中投入了多少心血和对读者的尊重。

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老实说，我接触过不少同类主题的书籍，它们大多存在一个通病：要么过于偏重理论的晦涩难懂，让人望而生畏；要么过于流于表面，只讲‘做什么’而不解释‘为什么’。然而，这本书在我阅读过程中，发现它在处理这种平衡时展现出了大师级的掌控力。它似乎有一种魔力，能够将最枯燥的数学公式和最繁琐的硬件规范，转化成一种具有美感的叙事。我尤其欣赏作者在引入新技术概念时所采取的‘渐进式揭示’手法，他不会一上来就抛出最新的标准，而是先回顾前一个版本的局限性，让读者自然而然地产生“我们需要一个更好的方法”的共鸣，然后再水到渠成地引出新的解决方案。这种叙事节奏的把握，极大地降低了读者的认知负荷。每一次我感觉自己快要跟不上时，总能在下一页发现一个精巧的小插图或者一个简短的总结性段落，帮助我稳住阵脚，重新聚焦。这种对读者心智模型的持续关注，体现出作者极强的同理心。这让我感觉，作者不是在“教导”我们，而更像是一位经验丰富的导师，耐心且精准地引导着我们探索未知领域。

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这本书的内容深度，可以说是远超出了我对一本“手册”的预期，它更像是一本系统性的、带有历史脉络的深度研究报告。我原本以为它会是那种零散的技术条目汇编，快速查找特定参数的那种类型，结果却不然。它从最基础的理论模型开始构建，层层递进，逻辑链条异常严密，仿佛作者是一位技艺高超的建筑师，先打地基，再立框架，最后才精雕细琢每一个连接点。尤其是关于那些复杂协议的解析部分，作者没有止步于API的调用说明，而是深入挖掘了其设计背后的哲学思想和权衡取舍，这一点非常震撼人心。我发现自己不再是简单地“知道”如何操作，而是真正开始“理解”为什么必须这样设计。在很多关键的转折点，作者都放置了非常精妙的类比，将抽象的电子概念具象化，这对于我们这些需要快速将理论转化为实践的工程师来说，简直是及时雨，它消弭了理论与实践之间的那道无形的鸿沟。读完其中几个核心章节后，我感觉自己的知识体系被重新梳理和强化了一遍，那些原本零散的知识点，如今都找到了自己的归属，形成了一个坚固的知识网络。这种结构化的知识输出，是任何在线教程或零散文档都无法比拟的，它提供的是一种“思考框架”，而非简单的“操作指南”。

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这本书对于实际应用层面的支持力度，简直是教科书级别的典范。我尝试用书中的某些高级诊断流程去排查一个困扰了我数周的间歇性故障，结果仅仅用了不到一个小时就锁定了问题的根源，这效率的提升是立竿见影的。让我印象深刻的是，它提供的不仅仅是标准的故障排除树，而是列举了‘非标准’或‘边缘情况’下的处理建议。比如，在讨论信号完整性问题时，它没有停留在标准的阻抗匹配计算上，而是详细分析了由于PCB板材老化或特定环境温度变化可能导致的微小参数漂移，并给出了相应的补偿策略。这种对‘现实世界的不完美性’的深刻洞察，是任何纯理论书籍无法触及的。更实用的是，随书附带的在线资源库（虽然我只看了一部分）中，包含了一些实用的代码片段和仿真模型参数集，这极大地缩短了我将书本知识转化为可执行代码的时间。对于在紧迫项目周期内工作的专业人士来说，这种知识的‘可操作性’是衡量一本技术书籍价值的黄金标准，而这本书无疑是超额达标了。

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