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内容简介

本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，是为电气、电子等工程专业编写的关于电子科学与技术和应用电子技术的导论课程教材。全书根据电子科学与技术的发展，以工程分析理论和技术概貌作为框架，分别对电子科学与技术和电子技术的学科体系、物理学和数学基础、基本分析理论和技术、工程应用概念、电子技术应用的核心内容等进行了概括性的介绍。可以帮助初学者了解有关专业的知识体系、工程应用技术和基本学习工具，为系统地学习集成电路设计、电气、电子等工程专业中有关的学科知识和技术提供最基本的指南。本书还可作为其他工科专业和有关工程技术人员、教学管理人员和领导干部了解电子科学与技术和应用电子技术的参考书。

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ISBN：9787121422584

开本：16(185*260)

页数：236

字数：472

本书目录

目    录
 
绪论	（1）
0.1  电子科学与技术的发展历史	（1）
0.2  电子科学与技术的应用领域	（3）
0.3  基本内容与学科体系	（5）
0.4  集成电路与应用技术的进展	（7）
0.5  本书的学习方法说明	（9）
练习题	（9）
第1章  电子科学与技术概述	（11）
1.1  物理学基础	（11）
1.1.1  固体物理学	（11）
1.1.2  半导体物理学	（13）
1.1.3  纳米电子学	（13）
1.1.4  量子力学	（15）
1.2  基本电磁理论	（16）
1.3  半导体材料	（18）
1.4  工程中的电子器件	（19）
1.4.1  有源器件	（20）
1.4.2  无源器件	（25）
1.5  电子器件与系统	（27）
1.5.1  电子系统中的器件
概念	（28）
1.5.2  系统与器件的关系	（28）
1.5.3  绿色电子器件与系统的
基本概念	（29）
1.6  应用电子系统分析的基本概念	（30）
1.6.1  建模与分析的概念	（30）
1.6.2  电路分析的应用概念	（32）
1.6.3  系统分析	（36）
本章小结	（38）
练习题	（38）
第2章  半导体物理基础	（40）
2.1  半导体物理学的基本内容	（40）
2.1.1  半导体晶体材料的基本
结构	（40）
2.1.2  半导体晶体	（42）
2.2  半导体器件的物理概念与
分析方法	（43）
2.2.1  基本半导体类型	（43）
2.2.2  半导体物理中的量子
分析理论	（45）
2.2.3  半导体器件结构分析
方法	（45）
2.3  半导体材料的电学特征	（46）
本章小结	（47）
练习题	（47）
第3章  电子科学与技术中的
数学工具	（48）
3.1  数学分析	（48）
3.2  微分方程	（50）
3.3  场论	（51）
3.4  线性代数	（52）
3.5  积分变换	（53）
3.5.1 系统描述	（53）
3.5.2 积分变换	（54）
3.6  复变函数	（56）
3.7  数理统计与概率论	（56）
3.8  数学工具的应用方法	（57）
本章小结	（59）
练习题	（59）
第4章  基本半导体器件	（60）
4.1  二极管	（60）
4.1.1  二极管基本结构与技术
特性	（61）
4.1.2  二极管分类	（62）
4.2  双极三极管	（63）
4.3  MOS场效应管与CMOS技术	（69）
4.4  结型场效应管JFET	（75）
4.5  晶闸管	（76）
4.6  半导体电阻	（77）
4.7  半导体电容	（78）
4.8  半导体器件的模型概念	（79）
本章小结	（80）
练习题	（80）
第5章  电子系统工程分析方法与
EDA工具	（82）
5.1  概述	（82）
5.1.1  电子系统中的模型概念	（82）
5.1.2  电子科学与技术分析中的
宏模型	（87）
5.1.3  电子系统常用EDA工具
简介	（88）
5.2  电子系统工程分析的目标与
内容	（92）
5.2.1  电子系统分析的目标	（92）
5.2.2  电子系统分析的基本
内容	（95）
5.2.3  电子系统分析的基本
方法	（95）
5.3  电子系统仿真基本原理	（96）
5.3.1  电路的描述	（97）
5.3.2  电路综合	（99）
5.4  数字逻辑电路设计工具	（99）
5.4.1  数字逻辑电路的基本
特征	（100）
5.4.2  VHDL语言	（106）
5.4.3  Verilog HDL语言	（108）
5.5  电子系统测量技术概念	（111）
5.5.1  电子系统的物理测量与
仿真测量概念	（111）
5.5.2  电子测量的概念	（111）
5.5.3  电子系统常用测量仪器
介绍	（112）
5.6  绿色电子系统设计基本概念	（113）
本章小结	（113）
练习题	（114）
第6章  应用技术概述	（116）
6.1  系统实现技术	（116）
6.2  电路设计的基本方法	（117）
6.2.1  应用电路结构设计与
建模	（117）
6.2.2  电路仿真模型与参数的
设计	（119）
6.2.3  分析和设计工具的应用
特征	（120）
6.2.4  电子电路测试设计与
分析	（122）
6.2.5  电子系统电源电路设计
与分析	（125）
6.3  典型模拟信号处理电路	（126）
6.3.1  放大器电路	（127）
6.3.2  信号发生器电路	（128）
6.3.3  模拟信号运算电路	（131）
6.3.4  滤波电路	（133）
6.3.5  模拟信号的变换电路	（136）
6.4  典型数字逻辑信号处理电路	（138）
6.4.1  组合逻辑电路	（138）
6.4.2  同步时序电路	（140）
6.5  绿色电子系统分析基本概念	（141）
本章小结	（142）
练习题	（142）
第7章  集成电路	（143）
7.1  集成电路的基本概念	（144）
7.1.1  集成电路的基本
特征	（144）
7.1.2  集成电路分类	（145）
7.2  集成电路的基本结构	（146）
7.2.1  模拟集成电路的基本
结构	（146）
7.2.2  数字集成电路的基本
结构	（147）
7.3  集成电路中的基本电路模块	（147）
7.3.1  模拟集成电子技术中的
基本电路模块	（148）
7.3.2  数字集成电路的基本
模块	（150）
7.4  存储器集成电路	（154）
7.4.1  半导体存储器的基本
概念	（154）
7.4.2  存储单元的基本结构	（156）
7.5  FPGA与CPLD器件	（158）
7.5.1  可编程逻辑器件的基本
概念	（158）
7.5.2  可编程逻辑器件的基本
结构	（159）
7.5.3  CPLD器件的基本结构	（161）
7.5.4  FPGA器件的基本结构	（162）
7.6  包含CPU的集成电路	（163）
7.6.1  微处理器	（164）
7.6.2  移动通信设备专用
处理器	（166）
7.6.3  单片机	（167）
7.6.4  数字信号处理器件	（168）
7.6.5  微处理器系统	（169）
本章小结	（170）
练习题	（170）
第8章  电路制造工艺	（171）
8.1  电子产品制造的基本概念	（171）
8.1.1  电子产品制造工艺	（171）
8.1.2  电子元器件的工艺
特征	（173）
8.1.3  工艺设计与管理	（174）
8.2  PCB制造	（175）
8.2.1  PCB技术概念	（175）
8.2.2  PCB制造工艺	（176）
8.2.3  PCB电路制造工艺	（178）
8.3  集成电路制造中的工艺技术	（179）
8.3.1  晶圆处理技术	（181）
8.3.2  掩膜技术	（182）
8.3.3  刻蚀技术	（183）
8.3.4  沉积技术	（184）
8.3.5  掺杂技术	（185）
8.3.6  外延技术	（186）
8.3.7  集成电路测试	（186）
8.4  制造工艺对设计的影响	（187）
8.5  电路制造中的环保概念	（187）
本章小结	（188）
练习题	（188）
第9章  SoC技术	（189）
9.1  SoC技术的基本概念	（189）
9.1.1  SoC技术的基本定义	（189）
9.1.2  SoC技术的基本内容	（190）
9.1.3  SoC技术的应用	（193）
9.1.4  SoC技术应用要点	（195）
9.2  SoC器件分析	（196）
9.2.1  SoC器件的基本结构	（196）
9.2.2  SoC的CPU内核	（197）
9.2.3  SoC器件分析的基本
内容	（198）
9.3  SoC器件设计方法与技术	（199）
9.3.1  自顶向下的设计方法	（199）
9.3.2  交互式设计模式	（199）
9.4  IP核技术	（200）
9.4.1  IP核设计	（200）
9.4.2  EDA技术和相关工具	（202）
9.4.3  可复用IP核的验证技术	（202）
9.5  混合信号SoC器件	（203）
9.5.1  混合信号SoC器件中的
模拟电路特征	（203）
9.5.2  混合信号SoC器件中的
数字电路特征	（204）
9.5.3  混合信号SoC器件的
设计技术	（205）
9.6  SoC应用设计概念	（206）
9.6.1  通信技术中的SoC设计	（206）
9.6.2  控制技术中的SoC设计	（208）
9.6.3  虚拟系统中的SoC设计	（210）
本章小结	（211）
练习题	（211）
第10章  电子信息系统	（212）
10.1  电子信息系统概述	（212）
10.1.1  电子系统与信息处理
系统	（212）
10.1.2  信号与信息处理	（214）
10.1.3  电子信息系统的核心
技术	（214）
10.2  电子信息处理系统基本结构	（216）
10.2.1  电子信息处理系统的
组成	（216）
10.2.2  电子信息处理系统的
逻辑结构	（218）
10.2.3  电子信息处理系统的
物理结构	（219）
10.3  电子信息处理系统中的软件
工程	（220）
10.3.1  软件工程的基本
概念	（220）
10.3.2  基本算法及其概念	（222）
10.3.3  电子信息处理系统
软件设计	（223）
10.4  绿色电子信息处理系统的设计
与应用	（224）
本章小结	（225）
练习题	（226）
参考文献	（227）

展开

前言

前    言
为了使电子科学与技术相关专业的学生能对专业知识结构和工程应用技术有比较全面的了解，作者在2001年编写了“电子科学与技术导论”讲义，并在同年开始在集成电路设计专业的导论课程中使用。作为指导专业学习的教科书，本书面对的读者是仅具有一定物理和数学基础的初学者，所以没有对相关理论知识概念和技术体系做详细的讨论，而是用尽量通俗又不失专业的语言来论述电子科学与技术的学科理论知识结构，以及相关工程应用技术的概况。
在编写本书初稿的过程中，正值本世纪初的智能交通、绿色农业、光伏发电、嵌入式系统、SoC（片上系统）、NoC（片上网络）等技术的快速发展，这些为本书基本内容的确定提供了重要的参考。同时，作者从1994年开始参与全国大学生电子设计竞赛活动后，发现多数学生对专业知识结构、电子技术应用、低功耗电子系统、硬件和软件协同等并不清楚，存在把专业课程相互割裂的现象，例如电动小车的核心是能量均衡控制，而多数学生仅关注速度、方向控制等问题而导致参赛失败。这些为作者确定本书结构产生了重要影响。
通过对学科发展和教学目标的研究和思考，从2002年开始，作者对原有专业导论课程讲义逐年充实改进，在2005年形成了本书的第1版（2006年2月出版）。之后，在教学实践和使用本教材教师的支持下，通过完善、补充和提升，形成了作为普通高等教育“十一五”国家级规划教材的第2版（2010年10月出版）、第3版（2016年1月出版）。
本书第2版和第3版先后对各章节的相关论述做了仔细修订，使基本概念的叙述更准确贴切，更容易理解。本书第2版中增加了数学工具的应用方法、半导体器件的模型概念、电子系统测试技术概念和绿色电子系统设计基本概念、绿色电子系统分析基本概念、SoC应用设计和第10章电子信息系统。为反映第2版出版后电子技术应用的快速发展，第3版增加了移动设备专用处理器，并对与4G、云计算、大数据、物联网应用有关的电子技术的论述做了较详细的修订。
本次修订处于纳米、5G、AI（人工智能）应用等新技术大发展时期，电子科学与技术和电子技术应用所面临的是更加复杂的、以集成电路-信息技术融合为特征的工程环境。根据近5年来作者的科研和工程实践，以及有关院校教师对本书的教学实践经验，本次修订保留了第3版的内容体系和结构，在绪论中增加了关于本书学习方法的简单说明，对各章关键概念的论述做了仔细修订，增加了对量子力学基本概念的科普化论述。同时，本次修订大幅度增加了各章之后的练习题，以帮助读者通过思考来了解电子科学与技术和电子技术应用的基本概念。
本书在具体论述中：
（1）避免所有可能的相关基础理论分析过程，仅就与本学科学习相关的理论内容做简单介绍，目的是让读者简单了解所涉及的相关基础理论，建立基础理论对专业学习的影响和作用的初步概念。这有助于初学者建立完整的电子科学与技术学科和专业体系概念，从而成为后续学习乃至工作的指导性的基础。
（2）避免工程应用中的具体分析和设计方法和过程，仅就分析和设计方法的基本内容做简单介绍，目的是帮助读者在学习专业相关课程之前，了解技术应用的基本内容、建立技术应用的基本工程概念。
（3）力求反映电子科学与技术和电子技术应用的发展动态，包括基础理论对学科理论与技术的影响，特别强调电子技术应用的新概念和新方法。
（4）通过对技术内容的描述和练习题目，帮助读者自觉地完成从形象思维到逻辑思维的转变，在实践认知的基础上，建立起科学研究和工程应用中重要的模型概念。
本书的内容安排如下：
（1）绪论对电子科学与技术和电子技术的发展历史、应用领域和知识体系做了简单概括，梳理了相关课程的层次关系。绪论的授课重点是电子科学与技术和电子技术的工程地位、发展历程和方向，以及本学科相关专业的基本课程体系，大约需要1～2个课时。
（2）第1、2、3章介绍电子科学与技术学科的知识结构和相关数学工具。这3章的授课重点是概括地介绍电子科学与技术的知识结构，大约需要4课时。
（3）第4、5章从建模和模型的角度出发，介绍了电子科学与技术和电子技术的工程应用核心器件、基本分析方法和EDA技术的基本概念。这两章的授课重点是电子系统基本器件的技术概念、电子系统分析的相关概念（包括EDA技术概念），大约需要4课时。
（4）第6章在工程模型概念的基础上，介绍电子技术应用设计的基本方法、电路技术和工程应用所涉及的EDA工具等。本章的授课重点是电子技术应用设计的相关概念、概括性的介绍电路技术和EDA工具，突出电子技术应用的基本概念，引导学生通过观察和思考建立对电子技术应用的初步认识，大约需要2课时。
（5）第7、8章集中介绍了集成电路的类型、功能和制造工艺流程，以作为进一步学习相关课程、建立电子系统模型分析概念的认知基础。这两章的授课重点是帮助学生建立集成电路的基本技术概念（包括电路集成、分类、技术特点等），大约需要2课时。
（6）第9章从电子系统信息融合与模型概念出发，专门讨论了SoC技术，指出了SoC技术在电子系统中的重要作用。授课重点是系统集成的技术概念，大约需要1～2课时。
（7）第10章从软件硬件融合、系统建模的角度出发，介绍电子信息系统的基本框架和应用概念。本章的授课重点是电子信息系统的基本技术结构，以及电子技术与信息技术融合的基本概念—硬件软件相互关联、协同工作，这大约需要1～2课时。
第4版由李哲英、刘佳完成，李哲英教授负责绪论、第1～3章和各章练习题，刘佳博士负责第4～10章和各章练习题的校审，最后由李哲英教授统稿。
由于作者水平有限，书中难免存在一些问题与缺陷，敬请广大同行和读者不吝赐教，批评指正。

                                                           作  者
zheying@buu.edu.cn.

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作者简介

李哲英，北京联合大学电子信息学院，教授，主持电子技术方面的教学、科研工作。主编了跟普通高等教育“十一五”国家级规划教材《电子科学与技术导论》。

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