本书分三个部分：第一部分是基于模型的工程技术的基础介绍，包括第1-4章。主要内容有概述，设计和验证流程，设计分析方法和工具，系统建模的基本概念、专用建模技术及建模工具等；第二部分介绍建模方法，包括第5-11章，分别介绍了图形建模法、框图建模法及系统分析、多域建模法、基于事件建模法快速模拟建模法、基于模型的优化技术、统计学的和概率学的建模法；第三部分介绍设计方法，包括第12-13章，介绍设计流程和复杂电子系统设计实例。
彼得·威尔逊（Peter Wilson）博士是南安普顿大学电子和电气工程系教授。他曾经在苏格兰的Ferranti公司担任高级设计工程师，还在美国俄勒冈的Analogy公司担任技术专家。在从南安普顿大学获得博士学位后，他开始从事学术和教学工作，他发表了80多篇论文，撰写了两本书。他还是IET会员、英国特许工程师和IEEE高级会员。
H. 艾伦·曼图斯（H. Alan Mantooth）博士是阿肯色大学电气工程方面的杰出教授，以及混合信号集成电路设计及CAD方面的“21世纪讲座教授”。他分别于1985年和1986年从阿肯色大学获得学士和硕士学位，并于1990年从佐治亚理工大学获得博士学位后，在Analogy公司担任了8年建模工程师，此后他回到阿肯色大学工作。他发表了200多篇关于IC设计、CAD、建模及功率电子电路的论文，拥有3项建模软件方面的专利，撰写了另外两本书。他是IEEE会士、美国工程荣誉学会和美国电机工程荣誉学会会员。
当前，消费者对设备的超链接性和移动性的需求促进了片上系统的发展。面对新的复杂电子系统，工程师们需要使用基于模型的严谨设计方法，才成功地开发出满足客户需求和期望质量的系统。本书由基于模型的设计领域中具有丰富经验的世界级专家写成，正是开发可靠的复杂电子系统的权威指南。
本书从基于模型的工程方法、开发技术和技巧方面揭示了如何进行基于模型的复杂电子系统设计，还演示了如何在集成电路设计流程中实现这些方法。本书不仅可供电子系统工程师、嵌入式系统工程师、软硬件工程师以及集成电路系统设计人员使用，也可以作为IC系统设计领域学生的专业教材。
本书特色：
展示了开发稳定的电子系统需要的基于模型的工程方法、技巧和技术。
针对现有任务给出了一个关于方法和模型的工具箱，其中包含大量将方法和模型付诸实践的实例。
通过集成电路设计领域的大量工业实例来展示不同方法的应用。
许多人使用“基于模型的工程” （MBE）来说明模型作为工程设计流程的一部分的重要性。我们将这个缩写词用在本书的英文书名中出于同样的目的。不难找到倡导将建模作为设计和实现的先行者。相反，也不太难发现以硬件为中心的设计者，他们宁愿尽可能少地与计算机和建模打交道。幸运的是，那一时代已经过去。在现代复杂设计中它已不是一个成功的法宝。实际上，几乎所有的现代工程设计都是在模型的帮助下完成的，无论这些设计项目是民用的还是工业的、机械的还是电气电子工程的。在最近几十年里，这些工程领域中的一部分已经极大地提升了它们的技术以创建模型。这通常反映在所设计系统的复杂度上，因为必要性再一次成为发明的源泉。恕我对全世界仿真算法开发者直言，管理持续增长的设计复杂度唯一最有效的方法就是要通过建模。毫无疑问，实现一种仿真算法的突破性发展可以产生深远的影响，但是这种情况总是少之又少。实际上，可以说这在几十年内都没有发生过了。在一个给定的复杂系统设计的范畴内，肯定不能依赖这种突破。一般情况下，设计团队需要变得更聪明，并在既有求解算法的基础上通过建模管理这些设计。
本书中的概念是作者在15年前就构思过的，但是直到最近我们才能说建模技术已经达到了一个高度，把这些概念可以有效而简捷地进行传授。本书的目的不是说服工程师们采用一种新的思维方式或全新的设计方法。相反，是为了向从事基于模型的工作的设计人员致谢，且向他们提供一种程序化的手续，这有望让他们的工作更有成效。更进一步，应该向设计人员揭示，“磨刀不误砍柴工”，现在可以进行很多更有价值的分析。
本书是给要使用MBE方法的工程师、学生和研究者准备的一本案头参考书。本书也采用了高年级本科生或低年级研究生的入门级工程技术课程中可以使用的书写风格。
本书分为三部分：基本原理、建模方法和设计方法。第一部分包括4章，涵盖了MBE的基本原理。为了使用MBE，你必须知道如何编写模型以及如何组织它们，以供重复使用。理解这些模型适合用在仿真流程中的什么地方以及如何将它们使用到设计活动中非常重要。然而，很多文章和教材已经描述了仿真算法，因此我们将不会重复这些信息，而是总结它们以供我们所需。采用这种方式，我们可以专注于主画面——建模作为设计的一个手段。
第二部分更深入地讨论建模技术，以确保读者理解行为可以用不同的方式加以表述。在各种语言里，这些技术的大部分是通过使用建模工具而不是手工写代码来说明的。这使得建模工作集中在所需要东西的概念层面，且跳出了任何特定语言的语法或语义。本书旨在抛开硬件描述语言、C语言或任何其他可以描述模型的语言进行建模。因此，本书没有包含建模语言方面的入门知识。但是，读者可以使用所包含的建模工具去查看生成了什么。其次，在概念的层面使用那些可以生成这些语言的实用程序的工具创建模型。通过这种方式，设计者侧重于模型的效用、其在设计中指定点的可用性和必要条件，以及有效地获取该功能。毫无疑问，模型可以手工编写并成功地利用MBE设计方法。然而，门外汉的学习路程很长，因此我们选择了基于模型的设计效率的最简单有效的途径。第二部分是以即使存在巨大的模型数据库，仍然需要为每个设计获取更多的模型这一事实为依据的。目的是用这些技术去武装设计者，同时也在每一章演示重复使用这些技术，因为“需要建立的最简单的模型就是你不需要建立的模型”。
本书最后一章介绍在南安普敦大学和阿肯色州大学之间进行的一项复杂的集成电路项目案例。这个芯片包括所有模拟、射频和数字电路，且是使用本书中介绍的MBE设计方法进行设计的。
对于已经参加工作的工程师，希望本书作为自学MBE基础的一个读本，能让他们在自己的某个设计中快速检验设计方法。对深入学习和解释MBE方法来说，案例研究和实例将是不可或缺的。
电子与电气工程
当前，消费者对设备的超链接性和移动性的需求促进了片上系统的发展。面对新的复杂电子系统，工程师们需要使用基于模型的严谨设计方法，才成功地开发出满足客户需求和期望质量的系统。而本书由基于模型的设计领域中具有丰富经验的世界级专家写成，正是开发可靠复杂电子系统的权威指南。
本书从基于模型的工程方法、开发技术和技巧方面揭示了如何进行基于模型的复杂电子系统设计，还演示了如何在集成电路设计流程中实现这些方法。本书不仅可供电子系统工程师、嵌入式系统工程师、软硬件工程师以及集成电路（IC）系统设计使用，也可以作为IC系统设计领域的学生们的专业教材。
本书特色：
•展示了开发稳定的电子系统需要的基于模型的工程方法、技巧和技术。
•针对现有任务给出了一个关于方法和模型的工具箱，其中包含大量将方法和模型付诸实践的实例。
•通过集成电路设计领域的大量工业实例来展示不同方法的应用。
[英]彼得·威尔逊（Peter Wilson）[美]H.艾伦·曼图斯（H.Alan Mantooth）著：
彼得? 威尔逊（Peter Wilson）博士是南安普顿大学电子和电气工程系的一位学者。他曾经在苏格兰的Ferranti公司担任高级设计工程师，还在美国俄勒冈的Analogy公司担任技术专家。在从南安普顿大学获得博士学位后，他开始从事学术和教学工作，他发表了80多篇论文，撰写了两本书。他还是IET会员、英国特许工程师和IEEE高级会员。 H.艾伦?曼图斯（H.Alan Mantooth）博士是阿肯色大学电气工程方面的杰出教授，以及混合信号集成电路设计及CAD方向的“21世纪讲座教授”。在分别于1985年和1986年从阿肯色大学获得学士和硕士学位，于1990年从佐治亚理工大学获得博士学位后，他在Analogy公司担任了8年建模工程师，此后他回到阿肯色大学工作。他发表了200多篇关于IC设计、CAD、建模及功率电子电路的论文，拥有3项建模软件方面的专利，撰写了另外两本书。他是IEEE会士、美国工程荣誉学会和美国电机工程荣誉学会会员。
本书由南安普顿大学学者、IEEE高级会员Peter Wilson博士和阿肯色大学的杰出教授、IEEE会士H.Alan Mantooth博士合著，是一本基于模型开发可靠电子系统的完整指南，其中包括重要的方法、技巧和技术。本书针对当今的电子系统设计工作提供了一整套方法和模型，并通过大量的实例来说明如何将它们付诸实践。书中通过业界的大量实例详细地展示了在集成电路设计领域如何使用这些方法。本书由基于模型的设计领域世界级的专家写成，不仅可以作为电子系统工程师、嵌入式系统工程师以及软件和硬件工程师的权威指南，还可以作为IC系统设计相关专业的教材。
我们受机械工业出版社委托，对本书进行了翻译，旨在向我国正在蓬勃发展的电子设计领域的工程师介绍有业界实际参考价值的权威参考，并为集成电路及其系统设计领域的课程教学与人才培养提供一本详实而权威的中译本参考教材。
本书由东南大学信息科学与工程学院黎飞博士和王志功教授主持翻译，王志功教授审校。曾在该学院电路与系统学科进行集成电路与系统设计学习和课题研究的研究生许连高、聂礼通、韩婷婷、梁伟、高建银、嵇彦斌、梁栋粱、范忱、陈务、叶鹏和陈雨为本书相关章节的前期翻译做了一些工作。
机械工业出版社华章分社王颖副编审在组织出版和编辑工作中给以了大力支持，译者在此表示衷心的感谢。
鉴于译者水平有限，书中难免有翻译不妥甚至错误之处，敬请读者批评指正。
译者
模型常令工程师们心生怯意。
因为这极可能表明他们对使用的器件或者设计本身一知半解。这就是为什么在电子工程师群体内可以经常听到“我不要做建模方面的工作”这样的说法。
事实上，如果没有模型，你就不能分析一个设计（无论是借助电脑还是用手工方式）以确定它是否正常工作。模型是（而且一直都是）设计过程中的关键。给我一个设计师，我将还你一个建模师。
更糟糕的是，很少有设计（即使有可能存在）因为工程师已经考虑到的那些方面而导致失败。它更有可能是因为工程师已经忽略或者根本就不知道的那些方面而失败的。而且，最重要的是，系统已经变得如此复杂，以至于工程师们必须使用计算机去创建设计，而计算机需要模型。
这正是为什么Peter Wilson和Alan Mantooth写了这本书——为了帮助模拟和混合信号（AMS）工程师们解决这一难题。
大有裨益的“经验法则”是二阶和三阶效应几乎没有作用。
如果一个设计在简单的一阶效应下不能正常工作，在将二阶和三阶效应考虑进来时它很有可能还不能工作。这丝毫不能解决问题。
基于模型的工程从简单的一阶模型（通常称为“行为级模型”，而这伴随着一种错误的暗示，那就是所有的行为级模型都是不准确的）入手，使用这些模型让大多数工程师感到便利。只有当使用这些一阶模型的设计工作开始后，工程师才会继续使用更复杂的模型。从简单的一阶模型入手有助于工程师建立设计和使用模型方面的信心，可以快速且轻松地分析、拒绝和接收拓扑结构和方法。
本书将解释与建模相关的一些错误观念，说明为何一直认为它是一种外围工作，并讨论它在设计过程中的重要地位。
本书的第二个贡献是包含了新一代建模工具。它们将协助创建那些庞大的二阶和三阶模型。这些新的工具借助于使用所有AMS工程师都理解的一种语言：电路、框图、等式和模块图,让建模对于工程师来说更自然。这事实上就是对“AMS工程师友好”的环境。
通过将所有这些概念都汇集在一起，作者为“基于模型的设计”做出了重大贡献，那就是让人自然而然地将模型作为设计过程的一个组成部分，而且AMS工程师将会对正在设计的系统更加了解并且充满自信。
最后，它真的没有那么可怕。
——Ian Getreu
推荐序
译者序
前言
致谢
第一部分 基于模型的工程基础
第1章 基于模型的工程概述2
1.1 引言3
1.2 建模的多晶面4
1.3 层次化设计6
1.4 模块划分8
1.5 规范8
1.6 采用MBE的关键与障碍8
总结10
第2章 设计与验证过程11
2.1 设计过程导论12
2.2 确认、验证和需求12
2.3 设计与验证过程13
2.4 系统/功能级：可执行的规格表14
2.5 结构级15
2.6 实现级16
2.7 基于模型的工程—— 一个成功之道17
第3章 设计分析18
3.1 引言19
3.2 手工分析19
3.3 计算机仿真22
小结47
总结47
参考文献47
第4章 系统建模49
4.1 在设计环境中建模50
4.2 建模的层次50
4.3 建模基础52
4.4 具体建模技术58
4.5 表现形式66
4.6 建模工具72
4.7 未来适用性74
总结75
参考文献75
延伸阅读76
第二部分 建模方法
第5章 图形化建模78
5.1 引言79
5.2 在语言之上的建模79
5.3 模型的抽象79
5.4 ModLyng入门80
5.5 简单模型的创建81
5.6 库与模型89
5.7 效果与模型91
5.8 层次化模型——使用原理图编辑器92
5.9 测试平台与模型验证95
5.10 实例96
总结101
附录102
参考文献103
延伸阅读103
第6章 框图建模与系统分析104
6.1 引言105
6.2 信号流建模105
6.3 状态机108
6.4 算法模型114
6.5 传递函数建模116
总结122
第7章 多域建模123
7.1 引言124
7.2 基本定律124
7.3 模型创建步骤126
7.4 电域128
7.5 热学系统建模136
7.6 磁系统建模142
7.7 电磁系统建模150
7.8 力学系统建模154
7.9 流体系统160
7.10 光学系统161
总结164
参考文献164
第8章 基于事件的建模165
8.1 引言166
8.2 实际问题167
8.3 数字逻辑建模169
8.4 残酷的现实问题176
8.5 数据采样系统（z域）177
总结193
第9章 快速模拟建模194
9.1 引言195
9.2 均值建模195
9.3 快速模拟建模211
9.4 有限差分建模217
总结219
参考文献220
延伸阅读220
第10章 基于模型的优化技术221
10.1 引言222
10.2 优化方法概览222
10.3 案例研究：优化磁性材料模型参数228
总结233
参考文献233
第11章 统计和随机建模235
11.1 引言236
11.2 噪声基础236
11.3 统计学建模241
总结255
参考文献255
第三部分 设计方法
第12章 设计流程258
12.1 引言259
12.2 需求和性能指标259
12.3 初步设计——首次设计263
12.4 详细设计264
12.5 最优设计265
12.6 芯片集成和验证265
总结266
参考文献266
第13章 复杂电子系统设计实例267
13.1 引言268
13.2 关键要求270
13.3 顶层模型和芯片架构270
13.4 初始设计——初步划分289
13.5 详细设计310
13.6 总结325
参考文献327
