模拟电子系统设计指南(基础篇):从半导体、分立元件到TI集成电路的分析与实现
上QQ阅读APP看本书,新人免费读10天
设备和账号都新为新人

前言

在即将完成本书编写之际,感慨颇多。我记得在读大学本科期间,于1996年第一次系统学习了模拟电子技术课程,讲这门课的张诚庆老师在不看讲稿的情况下,只用粉笔板书就可以一气呵成地完成整堂课的教学,并且当我问他问题时也可以把每个细节解释得非常清楚,他是一位令我尊敬的老师。同样,需要提起的是现任南京工业大学副校长的张进明教授,他不但给我上过本科的电路原理课程,而且给我上过硕士研究生的课程,是一位学术思想很活跃的老师,也正是他在1998年给我上硕士研究生课程时,我才第一次接触了Multisim Workbench工具,这也是我接触的第一个电子设计自动化工具。他们两位,算是我从事电子教学和科研工作的启蒙者。我的硕士导师刘凤新教授堪称模电领域的大师,他是一位学术思想活跃同时也是一位对学术要求很严的人,在读硕士期间他教会了我许多分析电路的方法,在他的指导下,我系统学习了模拟集成电路的测试方法,这些方法至今仍然使我受益匪浅。最后一位需要提及的,也是我最尊敬的一位老师,已经过世10年,是曾经指导过我的韩月秋教授,在我读博士期间,在他的悉心指导下,我从事电子信息相关领域研究的能力得到进一步提升。他是一位和蔼可亲同时也是一位学术造诣很深的大师,在电子界尤其是在雷达领域有着崇高的威望,为我们国家电子信息事业的发展贡献了毕生精力。正是在求学期间得到这几位老师的悉心指导,使得我具备了对电子信息领域很多问题进行深入理解和分析的能力。

从1996年第一次接触电子技术到现在,21 年过去了。在这21 年间,全球半导体技术取得了突飞猛进的发展,一直有条不紊地沿着摩尔定律指明的方向前进。同时,电子设计自动化工具被广泛地用于半导体和电子系统设计中。

但是,国内在模拟电子技术课程的教学内容和教学方法上,表现仍然乏力。主要体现在,教学手段方法落后,讲授内容不能反映最新的半导体技术发展。而模拟电子技术课程的教学质量直接影响电子信息类相关专业许多专业课程的教学效果,如控制原理、检测仪表、信号与系统、通信电子电路、电力电子等。这些课程连接在一起,将直接关系到国家所培养的电子信息专业学生的质量。

在当前具有丰富教学资源和教育手段的条件下,模拟电子技术课程仍然成为国内所有本科、高职和中专电子信息类相关专业最难学习的课程之一,也是学生反映最为强烈的一门课程。在我从教12年来,我的学生不断向我抱怨,课程抽象难学,且难以理解,然后他们就发现后面的很多专业课程无法学懂。当我们培养的这些学生毕业后,在不同的公司和科研机构从事相关工作时,他们面对的是力不从心,甚至无从下手的设计和技术支持工作。这也引起我深刻的思考,我在反复不断地思索这个问题,是不是我们在模拟电子技术课程方面的教学真的出问题了?是不是到了我们应该好好更新一下这门课程的教学手段和教学方法的时候了?在很多年前,我一直计划重新编写能反映最新模拟电子系统设计理论和设计方法的相关书籍。

在2016年,我相继得到美国德州仪器 (Texas Instruments) 公司大学计划、美国国家仪器(National Instruments) 公司大学计划和北京普源精电科技有限公司 (RIGOL) 大学计划的鼎力支持,它们分别给予经费、芯片、SPICE 仿真工具以及测试仪器方面的支持和帮助。此外,Microelectronic circuits analysis and design一书的作者Muhammad H.Rashid教授提供了教学资源和仿真测试源文件,他们的支持和帮助是我可以高质量完成本书编写的重要保证。

在编写本书的过程中,我的本科大四学生唐思怡、王中正全程参与,并构建硬件电路对本书所有章节的关键设计实例进行验证。在本书编写中,他们的作用之所以非常重要,就是因为通过与他们的沟通和交流,真正将教育心理学准确地应用到本书的编写中。此外,我的本科学生汤宗美为本书制作了教学课件和相关的资料。

在本书编写过程中,我有一些体会想在此和广大读者分享。

(1) 模拟电子技术是所有电子信息类相关专业最核心的课程,是这些专业的学生可以高质量学习后续课程内容的重要保证,所以必须有充足的课时来保证教师有足够时间高质量地完成课程的教学任务,任何单纯缩减模拟电子技术课程课时的做法都是不明智的。教师的授课任务是讲授关键知识点和电路设计的思路,因此需要正确把握课程的主线。

(2) 由于模拟电子技术涉及的理论知识点有很多,教师在讲授该课程时,要突破传统的理论教学模式,即通过Multisim提供的SPICE仿真工具,将这些抽象的理论知识点通过图表和数据直观地显示出来,做到理论和实际融会贯通,引导学生思考问题,这样将有利于学生对这些理论知识的理解。

(3) 任何理论的讲解和仿真工具都不能代替硬件实验,在讲授课程时需要在关键知识点设计相关的实验,让学生通过实验真正建立电子元件和电子系统的 “物理概念”。通过实验,培养学生独立思考问题和解决问题的能力,这将有助于他们学习后续课程的内容。

(4) 随着半导体技术的不断发展,要求教师能从 “系统级角度” 讲授模拟电子电路课程,虽然在国内高校一直沿用模拟电子技术基础这一名称,但更重要的是正确认识模拟电子技术课程所讲授的各个模块在整个模拟电子系统中的作用。

为了方便读者学习,本书配有相关的硬件设计案例、SPICE仿真设计案例,以及公开教学视频等学习资源。

可以这样说,本书的顺利完稿是产、学、研合作的典范,编写本书的目的在于解决教育界和工业界供需侧矛盾,使得教育界培养出来的模拟电子设计人才可以真正满足工业界的需求,真正地 “接地气”。

最后,感谢电子工业出版社各位编辑对本书出版给予的帮助和支持,由于我的水平有限,书中难免出现不足之处,请读者不吝指出,帮助我进一步完善本书的内容。

编著者

2017年4月于北京