【XH】 高性能小数分频频率合成技术

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刘祖深 著
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出版社: 西安电子科技大学出版社
ISBN:9787560644035
商品编码:29489546922
包装:平装
出版时间:2017-03-01

具体描述

基本信息

书名:高性能小数分频频率合成技术

定价:48.00元

作者:刘祖深

出版社:西安电子科技大学出版社

出版日期:2017-03-01

ISBN:9787560644035

字数:

页码:340

版次:1

装帧:平装

开本:16开

商品重量:0.4kg

编辑推荐


内容提要


《高性能小数分频频率合成技术》主要介绍高性能小数分频频率合成技术的基本原理和实现方法,重点介绍了模拟相位内插(API)和∑-△调制小数分频等核心技术,以及具体实现方案;也对实现小数频率的各种模型设计、结构寄生与化模型设计、剩余量化噪声抑制和充电泵失配误差成型等关键技术进行了深入讨论。
  《高性能小数分频频率合成技术》内容深入浅出,叙述通俗易懂,可为从事频率合成器技术研究与产品开发的工程技术人员、硕士和博士研究生提供参考。

目录


章 锁相环与频率合成器技术基础
1.1 锁相环基本工作原理与线性相位模型
1.2 锁相环的基本性能
1.2.1 窄带滤波特性
1.2.2 环路的同步与捕获特性
1.2.3 环路的暂态响应特性
1.3 环路对各种噪声的线性过滤
1.4 CP-PLL的s域线性相位模型
1.5 电荷泵型锁相环的z域模型
1.6 振荡器相位噪声模型
1.6.1 噪声电压功率谱密度与相位噪声功率谱密度的关系
1.6.2 反馈型振荡器与相位噪声功率谱密度
1.6.3 负阻型振荡器与小信号非时变相位噪声模型
1.6.4 差分LC振荡器与大信号线性时变模型
1.7 相位噪声与时间抖动的转换关系
1.8 环路输出抖动的z域分析
1.8.1 VCO造成环路输出的抖动
1.8.2 输入白噪声造成环路输出的抖动
1.8.3 参考信号造成环路输出的抖动
1.9 频率合成技术基础
1.9.1 直接模拟频率合成技术
1.9.2 直接数字频率合成技术
1.9.3 锁相环间接频率合成技术
1.9.4 DDS+PLL混合频率合成技术
1.9.5 频率合成技术统计

第二章 模拟相位内插(API)小数分频技术
2.1 小数分频原理模型与尾数调制
2.2 几种通用DAC的基本结构与工作原理
2.2.1 电压定标型DAC
2.2.2 电荷定标型DAC
2.2.3 电流定标型DAC
2.2.4 ∑-△调制型DAC
2.3 基于API补偿的PFD与充电泵系统设计方案
2.4 基于脉宽调制的API补偿方案
2.5 小数分频的暂态干扰与固有非线性
2.5.1 实时补偿的暂态干扰
2.5.2 小数分频的固有非线性
2.6 基于采样-保持的时分API补偿设计方案
2.6.1 采样-保持单元与环路线性模型
2.6.2 时分API补偿模型设计
2.6.3 N计数器与定时触发电路原理
2.7 两点调制与数字化调频
2.7.1 基于相位调制器的两点调频
2.7.2 基于参考调制的两点调频
2.7.3 基于滤波器前后注入的两点调频
2.7.4 数字化调频

第三章 ∑-△调制小数N频率合成技术
3.1 ∑-△调制A/D变换器基本原理
3.2 ∑-△调制器MASH模型
3.3 小数分频∑-△调制模型与环路输出相位噪声
3.4 基于MASH模型的小数分频器结构设计与实现
3.4.1 3阶∑-△调制小数N分频器
3.4.2 ∑-△调制小数分频器的工作时钟考虑
3.4.3 ∑-△调制器与PFD干扰考虑及环路测试
3.5 前馈式单环∑-△调制器结构方案
3.5.1 具有前馈和反馈的过采样内插调制A/D变换器原理与结构
3.5.2 前馈式单环∑-△调制器
3.5.3 几种典型的前馈系数与传递函数
3.6 混合型和多环结构∑-△调制器
3.6.1 混合型结构∑-△调制器
3.6.2 多环结构∑-△调制器
3.6.3 切比雪夫型∑-△调制器
3.7 基于多种级联组合的高阶MASH模型
3.7.1 MASH 2-1型3阶∑-△调制结构模型
3.7.2 MASH 2-2型4阶∑-△调制结构模型
3.7.3 MASH 2-1-1型4阶∑-△调制结构模型
3.7.4 具有定标的MASH 2-1-1型4阶∑-△调制结构模型
3.8 几种∑-△调制器的噪声成型特性与结构寄生对比
3.9 基于HK-EFM与SP-EFM模型的高阶∑-△调制器
3.9.1 HK-EFM模型
3.9.2 HK-EFM-MASH模型与传递函数
3.9.3 HK-EFM-MASH的定标与修正
3.9.4 SP-EFM模型
3.9.5 SP-EFM-MASH模型与传递函数
3.1 0 半周期∑-△调制器结构方案

第四章 ∑-△调制器的结构寄生与模型
4.1 近代数学与数论基础
4.2 量化器结构寄生的数学描述
4.3 ∑-△调制器MASH模型序列长度分析
4.3.1 1阶EFM模型和输出序列长度分析
4.3.2 2阶MASH-1模型序列长度分析
4.3.3 3阶MASH-1-1模型序列长度分析
4.4 基于素数模量化器的HK-EFM-MASFI模型序列长度分析
4.4.1 单级HK-EFM的序列长度
4.4.2 2阶和高阶HK-EFM-MASH模型输出序列长度
4.5 基于量化输出参与运算的SP-EFM-MASH模型序列长度分析
4.5.1 高阶SP-EFM-MASH模型输出序列长度
4.5.2 基于位数扩展的SP-EFM-MASH模型输出序列长度
4.6 多电平量化器EFM模型与序列长度分析
4.6.1 1阶EFM模型输出序列长度.-
4.6.2 2阶EFM模型输出序列长度
4.6.3 3阶EFM模型输出序列长度
4.6.4 4阶EFM模型输出序列长度

第五章 基于抖动的SDM模型与输出序列长度
5.1 伪序列基础
5.1.1 基于LFSR的伪序列发生器
5.1.2 m序列的特性
5.2 抖动序列与多重求和的奇偶性
5.2.1 抖动序列K值的奇偶性
5.2.2 抖动序列K’值的奇偶性
5.3 基于抖动的MASt{模型序列周期分析
5.3.1 基于dm1抖动的MASH 1-1-1模型序列周期分析
5.3.2 基于dm2抖动的MASH 1-1-1模型序列周期分析
5.3.3 基于dm3抖动的MASH 1-1-1模型序列周期分析
5.3.4 注入±1方波调制抖动的sDM模型与序列长度
5.3.5 伪抖动序列成型处理

第六章 剩余量化噪声抑制与cP泵失配误差成型技术
6.1 剩余量化噪声的获取和抑制技术
6.1.1 小数环中的剩余量化噪声
6.1.2 MASH结构中剩余量化噪声的获取与抵消方案
6.1.3 多环结构中剩余量化噪声的获取与抵消方案
6.2 动态单元匹配(DEM)技术
6.2.1 并行多比特DAC结构原理与失配误差
6.2.2 动态单元匹配原理与失配成型
6.3 分段失配成型技术
6.3.1 段失配及成型原理
6.3.2 1阶段失配噪声成型
6.3.3 2阶段失配噪声成型
6.3.4 3阶段失配噪声成型
6.4 剩余量化误差抵消通道的信号处理模型
6.4.1 抵消通道的增益失配
6.4.2 抵消DAC电流脉冲持续时间的误差
6.4.3 再量化和段失配噪声的影响
6.5 基于FIR滤波技术的剩余量化噪声抑制
6.5.1 基于FIR滤波器的剩余量化噪声抑制原理与框图
6.5.2 一种降低延时误差的改进型实现方案
6.6 小数N锁相环中充电泵的误差与非线性效应
6.6.1 充电泵的误差及来源
6.6.2 失配误差的非线性效应
6.7 充电泵线性化技术
6.7.1 Pedestal充电泵线性化技术
6.7.2 NMES失配误差成型技术
6.7.3 PMES失配误差成型技术

第七章 微波毫米波频率合成信号发生器技术方案
7.1 信号发生器的主要技术参数
7.1.1 频率特性
7.1.2 输出特性
7.1.3 调制特性
7.1.4 扫描特性
7.2 基于FLL+PLL的射频捷变频信号发生器
7.2.1 整机基本工作原理
7.2.2 延时鉴频器及传递函数
7.2.3 FLL+PLL方案设计及相位噪声传递函数
7.2.4 频率捷变特性
7.3 250 kHz~67 GHz微波毫米波频率合成信号发生器
7.3.1 整机基本工作原理
7.3.2 3~10 GHz波段频率合成器设计方案
7.3.3 低频段和微波毫米波频段的扩展
7.4 75~110 GHz/110~170 GHz BWO基波频率合成信号发生器
7.4.1 系列化BWO频率合成信号发生器整机方案
7.4.2 毫米波频率合成相位噪声传递模型
7.4.3 高分辨率毫米波频率合成信号发生器整机方案
参考文献

作者介绍


刘祖深,1961年11月出生,安徽蚌埠人,研究员级工程师。享受特贴专家。现任中国电子科技集团公司首席专家、军委装备发展部军用测试仪器专家组成员、军用测试仪器标准化技术委员会委员、国家科技计划高新领域项目网评专家组成员、新一代移动通信测试验证国家工程实验室委员会委员、国防科技重点实验室学术委员会委员、安徽省重点实验室学术委员会副主任委员。1983年在南京大学获学士学位。2005年于空军工程大学获博士学位,中北大学特聘硕士研究生导师。从事微波频谱分析仪、噪声系数测试仪、射频捷变频信号发生器、通信综合测试仪、TD-SCDMA赠强技术终端综合测试仪、TD-LTE无线综合测试仪、TD-LTE空口监测仪、TD-LTE射频一致性测试系统等的研究与开发工作。曾获省部级科技进步一等奖3项、二等奖8项、三等奖3项。拥有6项国家发明。荣获载人航天工程信息产业部个人二等功、神州七号载人航天飞行任务中电集团先进个人荣誉。发表学术论文数十篇,出版合*专*《现代电子测试技术》、《现代通信测量仪器》和《数字通信测量仪器》等多部。

文摘


序言



【XH】 高性能小数分频频率合成技术:数字信号处理与微波工程的融合典范 摘要: 本书深入探讨了高性能小数分频频率合成器的设计、实现与优化。在现代通信、雷达、导航等领域,频率合成技术是核心支撑,而小数分频频率合成器以其高分辨率、低相位噪声等优势,成为实现宽带、高精度频率源的关键。本书聚焦于这一前沿技术,从数字信号处理(DSP)的理论基础出发,逐步深入到微波工程的实际应用,旨在为相关领域的科研人员、工程师以及高年级学生提供一套全面、深入的学习指南。本书理论严谨,兼顾实践,涵盖了小数分频技术的核心原理、关键模块的设计、系统集成与性能优化,以及面向未来的发展趋势,力求呈现一个完整且具有深度的技术图景。 目录(部分): 第一章:频率合成器的基本原理与发展概述 1.1 频率合成器的概念与应用 1.2 传统频率合成技术回顾(整型分频、锁相环等) 1.3 小数分频技术的兴起与优势 1.4 小数分频频率合成器的发展历程与技术演进 1.5 本书的章节安排与学习路径 第二章:锁相环(PLL)基本理论与性能指标 2.1 锁相环的组成与工作原理 2.1.1 鉴相器(Phase Detector, PD) 2.1.2 低通滤波器(Loop Filter, LF) 2.1.3 电压控制振荡器(Voltage Controlled Oscillator, VCO) 2.1.4 分频器(Divider) 2.2 锁相环的环路分析与动态性能 2.2.1 线性模型与小信号分析 2.2.2 环路带宽、锁定时间、锁定范围 2.3 锁相环的噪声分析 2.3.1 内部噪声源(VCO相位噪声、分频器噪声等) 2.3.2 外部噪声源(电源噪声、参考源噪声等) 2.3.3 相位噪声的定义与测量 2.4 锁相环的关键性能指标及其权衡 第三章:小数分频技术的核心原理 3.1 整型分频的局限性及其对频率分辨率的影响 3.2 小数分频的基本思想:等效分频比的实现 3.3 累加器(Accumulator)的原理与数学模型 3.4 Delta-Sigma调制器(DSM)在小数分频中的应用 3.4.1 DSM的基本结构与工作原理 3.4.2 一阶、二阶、高阶DSM的设计 3.4.3 噪声整形(Noise Shaping)原理及其在高频合成中的作用 3.5 基于DSM的小数分频器(Fractional-N Divider)设计 3.5.1 结构框图与信号流 3.5.2 分频比的动态调整机制 3.5.3 DSM与PLL的结合实现高分辨率频率合成 3.6 其他小数分频实现方式(如Multi-modulus Divider, MMD)的对比与分析 第四章:高性能小数分频频率合成器的关键模块设计 4.1 高性能VCO的设计与优化 4.1.1 LC振荡器、环形振荡器等结构特点 4.1.2 影响VCO相位噪声的关键因素(热噪声、闪烁噪声、1/f噪声等) 4.1.3 降低VCO相位噪声的技术手段(电感、电容选择,偏置电流优化,噪声抑制电路等) 4.1.4 VCO的调谐范围与线性度设计 4.2 高效鉴相器(PD)的设计 4.2.1 电荷泵鉴相器(Charge Pump PD, CP-PD)的原理与特点 4.2.2 抖动(Jitter)与失配(Mismatch)对CP-PD性能的影响 4.2.3 改进型CP-PD设计(如电流阶梯、共享电荷泵等) 4.2.4 脉冲采样鉴相器(Sampling PD)的原理与优势 4.3 优化环路滤波器(LF)的设计 4.3.1 一阶、二阶、三阶LF的设计与仿真 4.3.2 环路参数(带宽、阻尼系数)的优化 4.3.3 考虑PLL的非线性效应(如VCO增益波动)对LF设计的影响 4.4 高速、低噪声分频器的设计 4.4.1 逻辑单元(D触发器、JK触发器等)的选型与时序分析 4.4.2 预分频器(Prescaler)的设计(如双模预分频器) 4.4.3 动态分频器的设计要点 第五章:系统集成与性能分析 5.1 小数分频频率合成器系统框图的详细解析 5.2 系统参数的权衡与优化(频率分辨率、相位噪声、功耗、锁定时间) 5.3 影响系统性能的关键因素分析 5.3.1 参考时钟抖动与噪声 5.3.2 累加器累积误差(Accumulation Error)与抖动累积 5.3.3 杂散信号(Spurious Tones)的产生机理与抑制方法 5.4 仿真工具与流程(如Cadence, ADS, Spectre等)的应用 5.5 关键性能指标的仿真与验证 第六章:先进小数分频技术与前沿课题 6.1 低功耗小数分频频率合成器设计 6.2 宽带、高动态范围频率合成器 6.3 数字式锁相环(DPLL)与全数字锁相环(ADPLL) 6.4 基于微机电系统(MEMS)的振荡器与频率合成 6.5 软件定义无线电(SDR)中的频率合成技术 6.6 新型小数分频算法与调制技术的研究 第七章:实践应用案例分析 7.1 移动通信基站中的频率合成器设计 7.2 雷达系统中的高精度频率源实现 7.3 导航卫星接收机中的本地振荡器设计 7.4 工业控制与测量仪器中的频率合成应用 7.5 具体的电路设计实例与性能评测 第八章:结论与展望 8.1 本书研究成果总结 8.2 高性能小数分频频率合成技术面临的挑战 8.3 未来发展方向与研究热点 详细内容概述: 本书旨在为读者构建一个关于高性能小数分频频率合成技术的全面知识体系。我们从最基础的频率合成概念出发,回顾了传统技术的优势与局限,从而引出小数分频技术的必要性和革命性。读者将深入理解,为何在追求更高精度和更灵活的频率源时,小数分频成为了不可或缺的技术。 在深入技术细节之前,本书的第一部分将对锁相环(PLL)这一频率合成的核心架构进行详尽的理论梳理。通过对鉴相器、低通滤波器、压控振荡器和分频器等关键模块的深入剖析,读者将建立起对PLL工作原理及其性能指标的深刻认知,为后续小数分频技术的学习打下坚实的基础。我们将讨论如何通过环路设计来平衡锁定速度、稳定性以及对噪声的抑制能力,并详细介绍相位噪声的来源、计算以及测量方法,这是衡量频率合成器性能的最重要指标之一。 紧接着,本书的核心部分将聚焦于小数分频技术的精髓。我们将揭示整型分频在频率分辨率上的根本限制,并引入累加器这一数学工具,解释如何通过动态地改变分频比来等效地实现小数分频。Delta-Sigma调制器(DSM)将被视为实现这一目标的关键技术,本书将详细讲解DSM的工作原理、不同阶数的结构以及噪声整形(Noise Shaping)如何将量化噪声推向频带外,从而显著提升输出信号的纯净度。读者将看到DSM如何与PLL巧妙结合,构建出高性能的小数分频频率合成器。此外,本书还会简要介绍其他小数分频实现方式,并进行对比分析。 在掌握了小数分频的核心原理后,本书将进入更为工程化的设计层面。我们将深入探讨实现高性能小数分频频率合成器所必须的关键模块的详细设计。对于高性能VCO,我们将分析不同振荡器结构的优劣,深入研究影响其相位噪声的物理机制,并介绍各种降低噪声的实用技术,包括电感、电容的选择,偏置电流的优化,以及专门的噪声抑制电路设计。同样,高效鉴相器的设计,特别是电荷泵鉴相器(CP-PD)的各种优化方案,如消除非线性效应、降低抖动和失配等,也将被详细阐述。环路滤波器的设计将不再局限于简单的理论公式,而是结合了对PLL非线性效应的考虑,以实现最优的环路参数。最后,高速、低噪声分频器的设计,包括预分频器和动态分频器的关键技术,也将得到充分的介绍。 系统集成与性能分析部分将把各个模块的知识融会贯通,呈现出一个完整的小数分频频率合成器系统。我们将详细解析系统框图,并重点讨论系统参数的权衡与优化,如何在分辨率、相位噪声、功耗和锁定时间之间找到最佳平衡点。读者将了解到影响系统性能的各种因素,从参考时钟的质量到累加器累积误差,再到杂散信号的产生机理和抑制方法。此外,本书还将指导读者如何利用现代EDA工具进行仿真与验证,确保设计能够达到预期的性能指标。 为了满足读者对最新技术动态的渴望,本书的第六章将深入探讨一些先进的小数分频技术和前沿课题。这包括低功耗设计、宽带高动态范围合成器、数字与全数字锁相环、MEMS技术在频率合成中的应用,以及在软件定义无线电(SDR)等新兴领域中的相关技术。此外,对新型小数分频算法和调制技术的研究进展也将有所介绍。 为了将理论与实践紧密结合,本书的第七章将提供一系列详实的实践应用案例分析。我们将剖析移动通信基站、雷达系统、导航接收机以及工业控制仪器等不同应用场景下,对频率合成器提出的具体要求,并展示如何运用本书所学的技术来解决这些实际问题。通过具体的电路设计实例和性能评测,读者将能够更直观地理解理论知识的实际应用价值。 最后,在总结本书的研究成果的同时,我们将展望高性能小数分频频率合成技术所面临的挑战和未来的发展方向。本书旨在为读者提供一个深入、全面且实用的学习资源,帮助他们在这一关键技术领域取得突破。

用户评价

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这本书的装帧设计真是独具匠心,封面采用了深邃的蓝色调,搭配烫金的书名和作者信息,在灯光下散发出一种沉稳而高雅的气息。初次翻阅时,我立刻被它精良的纸张质感所吸引,内页的印刷清晰度极高,字体排版也十分考究,阅读起来非常舒适,长时间盯着屏幕看久了眼睛会疲劳,但翻阅纸质书的体验却是无可替代的。我尤其欣赏作者在开篇引言部分所展现出的对技术前沿的深刻洞察力,他不仅仅是在罗列技术要点,更是在构建一个宏大的技术图景,让人在进入具体内容之前,就已经对整个领域的发展脉络有了清晰的认识。特别是书中关于系统架构层面的探讨,逻辑严谨,层层递进,没有那种生硬地把知识点堆砌起来的感觉,反而像是在引导读者一步步深入理解复杂的工程实现过程。这本书的配图质量也非常高,那些复杂的电路图和仿真波形图,都标注得异常详尽,即便是初学者也能通过图示快速抓住核心概念,这对于理解那些抽象的数学模型和信号处理过程至关重要。整体来说,这本书的物理呈现和内容布局,都体现了作者对品质的极致追求,让人爱不释手。

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从整体的阅读体验来看,这本书的结构编排体现了一种高度的逻辑自洽性。它没有那种为了填充篇幅而堆砌的无关信息,每一个章节、每一个小节的设置,似乎都是为了最终达成核心目标的必要步骤。它就像是设计一个复杂的软件系统,从底层架构定义到上层模块实现,每一步都有清晰的目的和逻辑关联。我特别欣赏作者在讨论具体技术方案时所采取的辩证手法。他不会武断地下结论,而是会列举出至少两种主流或创新的实现路径,然后从性能、成本、可实现性等多个维度进行横向对比和深入剖析,最终给出自己的倾向性建议并给出充分的理由。这种开放的、鼓励批判性思考的叙事方式,极大地激发了读者的自主学习能力。我感觉这本书不仅仅是在传授知识,更是在训练读者的工程思维模型,教我们如何像一个资深的系统架构师那样去权衡利弊、做出最优决策。对于那些希望提升自己系统设计思维层次的工程师来说,这本书的价值远超技术本身。

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坦白讲,我拿到这本书的时候,其实是带着一丝怀疑的。市面上关于电子工程和信号处理的书籍汗牛充渊,很多都是故纸重提,或者过于理论化而脱离实际应用。然而,这本书迅速打消了我的顾虑。它的叙事方式非常贴近工程实践者的思维模式。作者似乎完全避免了那种学术论文式的冗长和晦涩,而是直接切入到高性能系统设计中最棘手的那些“痛点”进行剖析。我印象最深的是其中关于噪声抑制和功耗优化的那几章,他没有止步于理想化的数学模型,而是详细阐述了在实际芯片设计中,诸如布局布线、电源完整性对最终性能的制约作用,这才是真正能让工程师在工作中受益的经验之谈。更难能可贵的是,书中似乎还穿插了一些作者本人的“独家秘笈”或是一些业界常见的“潜规则”,这些内容通常不会出现在教科书里,但却是决定项目成败的关键因素。阅读过程中,我不断地停下来,在自己的设计草稿旁对照印证,感觉自己像是请了一位经验丰富的老工程师在旁边进行一对一的辅导,这种沉浸式的学习体验是其他任何材料都无法比拟的。

评分

这本书的专业性毋庸置疑,但真正让我感到惊喜的是其“前瞻性”和“实用性”的完美平衡。它不像一些前沿研究报告那样过于晦涩和滞后于实际工业界的需求,也不像一些过时的参考手册那样缺乏对未来趋势的预判。作者似乎在很早就洞察到了某些技术瓶颈的必然出现,并提前布局了相应的解决方案。书中对未来技术发展方向的预测,尤其是在系统集成和特定应用场景下的优化策略,具有很强的指导意义。我甚至可以预见到,未来几年内,书中所探讨的许多先进理念和方法论,很可能就会成为行业新的标准。对于希望保持技术领先地位的团队和个人而言,这本书无疑是一份提前布局的“战略地图”。它不仅解决了我们当下遇到的具体技术难题,更重要的是,它为我们指明了下一个技术迭代的方向,帮助我们避免在错误的技术路线上浪费资源。这是一部立足当下,面向未来的重量级著作。

评分

这本书的知识密度是令人瞠目的,我甚至需要放慢速度来消化。它绝不是那种可以轻松“一目十行”读完的书籍。作者在构建理论体系时,似乎将不同领域的知识点巧妙地编织在一起,从基础的傅里叶分析到高级的锁相环理论,再到具体的器件特性分析,每一个环节都衔接得天衣无缝,体现了深厚的跨学科功底。我个人对其中关于非线性误差分析的部分特别感兴趣,作者用一种近乎艺术家的笔触,将那些原本枯燥的数学公式转化成了清晰、直观的物理图像,让我对“失真”这一概念有了全新的认识。每一次阅读,我都会发现一些之前忽略掉的细节,比如某个公式推导中被巧妙隐藏的假设条件,或者某个电路结构背后的物理限制。这使得这本书具有极高的“复读价值”,它不是那种读完一遍就束之高阁的工具书,而更像是一本需要时常翻阅、每次都能带来新感悟的案头宝典。对于想要从“会用”升级到“精通”的研发人员来说,这本书提供的理论深度和广度,无疑是极其宝贵的财富。

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