集成电路原理及应用(第3版) 9787121138126 电子工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121138126

商品编码：29420717728

基本信息

书名：集成电路原理及应用(第3版)

定价：35.00元

作者：

出版社：电子工业出版社

出版日期：

ISBN：9787121138126

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版次：1

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编辑推荐

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内容提要

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目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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电子世界基石：微观芯片的宏大叙事 在我们日常生活中，从智能手机的流畅运行到家用电器的便捷操作，再到汽车的精准导航，无不依赖于一种看不见摸不着却又至关重要的核心技术——集成电路。它们是现代电子设备的大脑和神经系统，是信息时代最基本的构建模块。本书将带领读者深入探索这些微观奇迹的奥秘，揭示它们是如何被设计、制造以及如何在我们生活的方方面面发挥作用的。 一、 探寻芯片的诞生之路：从硅晶圆到功能器件 集成电路，顾名思义，是将大量晶体管、电阻、电容等电子元件集成在一块小小的半导体芯片上。而这一切的起点，是纯净的硅。我们将追溯硅晶圆的精炼过程，了解如何从砂石中提炼出高纯度的多晶硅，再将其生长成巨大的单晶硅棒，最后切割成薄如蝉翼的晶圆。 接着，我们将进入半导体制造的核心环节——光刻。这是一个极其精密的工艺，如同用微观尺度的“橡皮图章”在硅片上“印刷”出复杂的电路图。我们会详细介绍光刻的原理，包括掩模版的设计、光刻胶的应用、曝光以及显影等步骤。你将了解到，每一个微小的晶体管、每一条细如发丝的连线，都是通过层层叠叠的光刻工艺精确绘制而成。 除了光刻，离子注入、薄膜沉积、刻蚀等工艺也是构建集成电路不可或缺的环节。我们将逐一解析这些工艺的原理和作用，例如离子注入是如何改变半导体材料的导电特性，薄膜沉积又是如何形成绝缘层和导电层的，以及刻蚀如何精确地去除不需要的材料，勾勒出电路的轮廓。 制造完成的晶圆上布满了成千上万个芯片，它们需要经过测试，剔除不合格品。然后，这些芯片会被切割下来，进行封装。封装不仅仅是为了保护芯片，更是为了将芯片与外部电路连接，实现信号的传输。我们将介绍不同类型的封装技术，以及封装材料的选择如何影响芯片的性能和可靠性。 二、 揭秘芯片的“语言”：半导体器件的电气特性 集成电路之所以能够实现如此复杂的功能，离不开其内部基本单元——半导体器件。本书将重点介绍几种最核心的半导体器件，并深入剖析它们的电气特性。 1. 二极管：电子世界的“单向阀” 我们将从最基础的二极管讲起。通过分析PN结的形成及其在正向偏置和反向偏置下的行为，我们能理解二极管为何能够允许电流单向通过。我们将探讨二极管在整流、稳压等方面的应用，理解它们是如何在电源电路中发挥关键作用的。 2. 三极管：电流的“指挥官” 三极管，尤其是BJT（双极结型晶体管）和MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管），是集成电路的核心开关和放大元件。我们将详细讲解BJT的NPN和PNP结构，分析其电流放大原理，以及如何通过控制基极电流来控制集电极电流。 随后，我们将重点介绍MOSFET，这是现代数字集成电路中最主要的构成单元。我们将深入剖析MOSFET的结构，包括栅极、源极、漏极和衬底，理解其工作原理——通过栅极电压控制沟道中的载流子浓度，从而控制漏极电流的通断。我们会区分NMOS和PMOS管，并探讨它们在CMOS技术中的互补应用，以及CMOS电路为何能实现低功耗和高集成度。 3. 运算放大器：模拟信号处理的“多面手” 运算放大器（Op-amp）是模拟集成电路中应用最广泛的器件之一。我们将介绍运算放大器的基本结构和理想特性，如极高的开环增益、极低的输入失调电压和极高的输入阻抗。在此基础上，我们将探讨运算放大器在各种经典电路中的应用，例如反相比例器、同相比例器、加法器、减法器、积分器、微分器等，理解它们如何实现对模拟信号的精确放大、衰减、滤波和运算。 4. 其他重要器件： 除了上述核心器件，我们还会简要介绍其他在集成电路中扮演重要角色的器件，如电阻、电容、场效应晶体管（FET）家族中的JFET（结型场效应晶体管）等，以及它们在电路设计中的作用。 三、 走向智能化：集成电路的设计与应用 了解了芯片的制造过程和基本器件后，我们将进一步探讨集成电路的设计理念和广泛应用。 1. 数字集成电路设计：逻辑的艺术 数字集成电路处理的是离散的0和1信号，其核心在于逻辑门电路。我们将从最基本的“与”、“或”、“非”门开始，介绍它们如何通过晶体管实现。随后，我们将讲解组合逻辑和时序逻辑电路的设计，包括译码器、编码器、多路选择器、触发器、寄存器、计数器等。你将了解到，复杂的计算和控制功能，最终都可以通过这些基本逻辑单元的组合来实现。 我们将触及硬件描述语言（HDL），如Verilog和VHDL，这些语言是现代数字集成电路设计的基石，允许工程师以抽象的方式描述电路功能，并由EDA（电子设计自动化）工具自动进行综合、布局布线，最终生成可制造的芯片版图。 2. 模拟集成电路设计：信号的雕塑家 模拟集成电路处理的是连续变化的信号，其设计更侧重于对信号的精确控制和处理。除了运算放大器，我们还将介绍滤波器（低通、高通、带通、带阻）、振荡器、模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）等关键模拟电路模块。我们将理解这些电路如何实现对音频、视频、传感器信号等模拟信息的精确加工和转换。 3. 混合信号集成电路：数字与模拟的完美结合 现代集成电路往往集成了数字和模拟处理能力，形成了混合信号集成电路。我们将探讨数字信号处理器（DSP）、片上系统（SoC）等概念，理解它们如何将微处理器、存储器、通信接口以及各种模拟和数字外设集成到同一颗芯片上，实现高度的功能集成和性能优化。 4. 集成电路的广泛应用：赋能现代生活 最后，我们将目光投向集成电路在各个领域的广泛应用。从我们每天不离手的智能手机、个人电脑，到家庭中的电视、冰箱、空调，再到汽车的发动机控制、安全气囊系统、娱乐信息系统，以及工业自动化、医疗设备、通信基站、航空航天和国防军工等领域，集成电路无处不在，它们是推动科技进步和社会发展的强大引擎。 本书旨在为读者构建一个清晰、系统的集成电路知识体系，从微观的器件原理到宏观的应用场景，让读者深刻理解集成电路作为现代电子信息产业基石的重要地位，并为进一步深入学习和研究奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书在深入探讨理论的同时，非常注重其实际应用层面的讲解，这一点是很多纯理论书籍所欠缺的。它不仅仅停留在“是什么”的层面，更是花了很多笔墨去阐述“为什么会这样设计”以及“在实际芯片中是如何实现的”。我尤其喜欢其中关于模拟电路设计部分的讲解，它没有采用那种生硬的公式堆砌，而是通过一系列经典的例子，比如运放的设计优化、滤波器响应的特性分析，将理论模型与实际工艺限制巧妙地结合起来。很多时候，我们学理论很容易陷入理想化的陷阱，但这本书会适时地提醒读者，在有限的工艺窗口内，工程师们是如何权衡性能、功耗和面积（PPA）这三大核心指标的。书中提供的案例分析非常贴近工业界的需求，读完之后，我对那些看似天马行空的设计规范有了一个更接地气的理解，不再是单单会套用公式，而是真正理解了设计背后的工程哲学。这种培养系统性思维的训练，远比单纯记忆几个公式来得有价值，它真正提升了读者的工程素养。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格是那种非常典型的、略带严肃但又充满引导性的学术叙事方式，它营造了一种严谨的学术对话氛围。作者似乎非常清楚初学者在面对复杂集成电路知识时可能会产生的困惑点，因此在关键概念的引入上，总会先铺垫好必要的数学或物理基础，确保读者不会因为基础薄弱而在半路“掉队”。阅读体验上，它不像有些翻译过来的教材那样，生硬的句式让人读起来磕磕绊绊，而是非常流畅自然，仿佛是一位经验丰富的教授在为你亲自讲解课程，语调平稳而有力。这种行文风格，虽然不追求花哨，却极大地提升了阅读的专注度，让读者能够全身心投入到对知识本身的理解上。它给予读者的不是即时的“满足感”，而是持续的“掌控感”，让你在阅读的过程中，持续感觉到自己对这门学科的理解在稳步提升，这种稳健的进步感，才是真正驱使人持续学习的内在动力。

评分☆☆☆☆☆

这本教材的排版和印刷质量确实令人眼前一亮，纸张选得很不错，读起来一点都不费眼，即便是长时间盯着那些复杂的电路图看，也不会觉得特别刺眼。封面设计简洁大气，透露着一股严谨的学术气息。我特别欣赏它在章节结构上的编排，逻辑性非常强，从最基础的半导体物理概念娓娓道来，逐步深入到复杂的集成电路设计流程，每一步都有清晰的过渡和衔接，让人感觉学习曲线是平滑且可控的。尤其值得称赞的是，书中的插图质量非常高，无论是晶体管的剖面图还是系统级的框图，都标注得非常清晰、精准，很多以往模糊的概念，通过这些精美的图示，一下子就变得豁然开朗了。很多教材在这方面都显得敷衍，随便找几张低分辨率的图凑数，但这本书显然是下了大功夫的，细节之处见真章，这对于初学者建立直观认识至关重要。这本书的文字表达也相当到位，专业术语的解释到位而不晦涩，用词精准，避免了不必要的口水话，真正做到了惜墨如金，把篇幅留给了知识本身。那种扎实的感觉，从翻开第一页就能体会到，绝对是值得在书架上留有一席之地的工具书。

评分☆☆☆☆☆

从一个老工程师的视角来看，这本书最大的价值在于其对技术发展脉络的梳理和对前沿趋势的适度把握。虽然集成电路领域日新月异，但底层的基础原理是相对稳定的，而这本书对这些核心原理的阐述，几乎可以说是教科书级别的典范。它在讲解CMOS器件工作原理时，深入挖掘了短沟道效应、亚阈值传导等非理想因素对器件特性的影响，这对于进行先进工艺节点设计的人员来说，是避不开的难点。更难能可贵的是，它并非停留在十年前的知识点上，而是以一种兼容并包的态度，将一些现代设计中常用的EDA工具思维和设计流程的概念也融入其中，让读者在学习经典理论的同时，不至于和快速迭代的行业脱节。这种“立足经典，面向未来”的编纂思路，使得这本书的适用生命周期得以延长，不仅仅适合在校学生打基础，对于需要系统性回顾和巩固知识的在职工程师来说，也是一本极佳的参考手册，翻阅时总能带来新的体悟。

评分☆☆☆☆☆

这本书的习题设置简直可以称得上是“精妙绝伦”，真正做到了难易适中，且覆盖面极广。不同于那些只有简单代数计算的习题，这里的练习题往往需要读者进行多步骤的推理和分析，很多题目本身就是一个小型设计或分析任务的缩影。我发现，如果能够完整地、不借助答案地完成其中的中等难度习题，那么对相应章节知识点的掌握程度，至少可以达到“熟练应用”的水平。特别是那些需要结合图示进行定量分析的题目，它迫使你必须深入理解图表背后的物理意义，而不是简单地在公式中代入数值。我个人更倾向于那些需要自己推导出某个特定电路响应曲线的题目，它们极大地锻炼了读者的建模能力和逻辑推演能力。坦白说，我甚至把其中几道特别有代表性的习题作为自己学习进度的“试金石”，只有能独立解决它们，我才敢自信地认为自己真正掌握了该部分内容。高质量的习题是衡量一本好教材的重要标准，而这本书无疑在这方面表现出色。