基本信息
书名:信号处理与集成电路
定价:98.00元
作者:(伊朗)胡森·贝赫(Hussein Baher)著 戴澜
出版社:机械工业出版社
出版日期:2016-01-01
ISBN:9787111512479
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版次:1
装帧:平装
开本:16开
商品重量:0.4kg
编辑推荐
现代集成电路在国防科技、消费电子等方面起到非常重要的作用,高性能、微型化的电子系统对集成电路(芯片)的依赖性越来越高。集成电路包括制造、器件、设计与测试等几个方面,其中,集成电路设计与信号处理方面联系紧密,因此,将集成电路设计与信号处理相关理论结合起来进行讨论具有重要意义。
内容提要
本书在对数字信号处理的基本理论进行分析的基础上,对各类数-模滤波器设计、FFT算法及其实现方法,对模拟集成电路中基本电路单元、基本放大器和多级放大器、开关电容电路及其组成的滤波器和Sigma-Delta数据转换器以系统分析的方法进行了介绍。
本书适合于从事集成电路设计,特别是模拟集成电路设计、研究的科研工作人员或企业研发人员参考,同时可作为该专业的高校本科生、研究生和教师的参考用书。
目录
译者序
原书前言
部分综述1
1模拟、数字和混合信号处理2
1.1数字信号处理2
1.2摩尔定律和“机敏”技术2
1.3片上系统2
1.4模拟和混合信号处理3
1.5知识架构4
第二部分模拟(连续时间)和数字信号处理5
2模拟连续时间信号系统6
2.1绪论6
2.2信号分析中的傅里叶级数和函数逼近6
2.2.1定义6
2.2.2时域和离散频域7
2.2.3卷积8
2.2.4帕斯瓦尔定理与功率谱8
2.2.5吉布斯现象8
2.2.6窗口函数10
2.3傅里叶变换与基本信号10
2.3.1定义与性质10
2.3.2帕斯瓦尔定理与能量谱12
2.3.3相关函数12
2.3.4单位脉冲与基本信号13
2.3.5冲激响应与系统函数14
2.3.6周期信号14
2.3.7不确定性原理14
2.4拉普拉斯变换与模拟系统15
2.4.1复频15
2.4.2拉普拉斯变换的性质16
2.4.3系统函数17
2.5基本的信号处理电路模块19
2.5.1采用运算放大器电路的基本模块实现19
2.6模拟系统函数的实现23
2.6.1运算放大器的基本原理与应用23
2.6.2运用OTAs和Gm-C电路实现积分器26
2.7小结28
习题28
3模拟滤波器设计31
3.1绪论31
3.2理想滤波器31
3.3振幅导向型设计34
3.3.1通带和阻带的平坦化响应35
3.3.2切比雪夫响应37
3.3.3椭圆函数响应39
3.4频率转换40
3.4.1低通向低通转换40
3.4.2低通向高通转换40
3.4.3低通向带通转换41
3.4.4低通向带阻转换42
3.5示例42
3.6相位导向型设计44
3.6.1相位及延迟函数44
3.6.2大平坦延迟响应45
3.7无源滤波器47
3.8有源滤波器50
3.9MATLAB在模拟滤波器设计中的应用51
3.9.1巴特沃斯滤波器52
3.9.2切比雪夫滤波器52
3.9.3椭圆滤波器53
3.9.4贝塞尔滤波器53
3.10MATLAB应用的例子54
3.11一个综合应用:数据传输的脉冲整形57
3.12小结61
习题61
4离散信号与系统62
4.1绪论62
4.2模拟信号的数字化62
4.2.1采样63
4.2.2量化和编码69
4.3离散信号与系统71
4.4数字滤波器73
4.5小结77
习题78
5数字滤波器设计80
5.1绪论80
5.2总则80
5.3IIR滤波器的振幅导向型设计83
5.3.1低通滤波器83
5.3.2高通滤波器89
5.3.3带通滤波器91
5.3.4带阻滤波器92
5.4相位导向型IIR滤波器设计92
5.4.1总则92
5.4.2大平坦群延迟响应93
5.5FIR滤波器95
5.5.1的线性相位特征95
5.5.2傅里叶系数滤波器设计101
5.5.3优约束数量下的单调振幅响应109
5.5.4通带和阻带中的优等纹波响应110
5.6IIR和FIR滤波器的比较114
5.7MATLAB在数字滤波器设计中的应用114
5.7.1巴特沃斯IIR滤波器114
5.7.2切比雪夫IIR滤波器115
5.7.3椭圆IIR滤波器117
5.7.4滤波器的实现120
5.7.5线性相位FIR滤波器121
5.8一个综合应用:数据传输的脉冲整形122
5.8.1优设计122
5.8.2运用MATLAB设计数据传输滤波器123
5.9小结126
习题126
6快速傅里叶变换及其应用128
6.1绪论128
6.2周期信号129
6.3非周期信号132
6.4离散傅里叶变换136
6.5快速傅里叶变换算法138
6.5.1按时间抽取的快速傅里叶变换138
6.5.2按频率抽取的快速傅里叶变换143
6.5.3基-4快速傅里叶变换144
6.6离散傅里叶变换的性质147
6.6.1线性147
6.6.2圆周卷积147
6.6.3周期序列的移位148
6.6.4对称性和共轭对148
6.6.5帕塞伐尔定理和功率谱149
6.6.6圆周相关150
6.6.7离散傅里叶变换与z变换之间的关系151
6.7利用FFT进行频谱分析151
6.7.1傅里叶积分的计算152
6.7.2傅里叶系数的计算154
6.8频谱窗155
6.8.1连续时间信号155
6.8.2离散时间信号159
6.9利用FFT的快速卷积、滤波和相关160
6.9.1圆周(周期)卷积160
6.9.2非周期卷积160
6.9.3滤波和分段卷积161
6.9.4快速相关163
6.10MATLAB软件的使用164
6.11小结165
习题165
7信号和功率谱166
7.1绪论166
7.2变量166
7.2.1概率分布函数166
7.2.2概率密度函数166
7.2.3联合分布167
7.2.4统计参数168
7.3模拟过程169
7.3.1过程统计170
7.3.2平稳过程172
7.3.3时间均值172
7.3.4遍历性173
7.3.5信号的功率谱174
7.3.6线性系统信号178
7.4离散时间过程179
7.4.1统计参数180
7.4.2平稳过程180
7.5功率谱估计183
7.5.1连续时间信号183
7.5.2离散时间信号186
7.6小结187
习题187
8数字信号处理器的有限字长效应189
8.1绪论189
8.2输入信号的量化误差191
8.3量化系数的影响195
8.4舍入累积的影响196
8.4.1忽略量化误差的舍入累积197
8.4.2考虑量化误差的舍入累积203
8.5自激:溢出和极限周期206
8.5.1溢出振荡206
8.5.2极限周期和死区效应209
8.6小结211
习题211
9线性估计、系统建模和自适应滤波器212
9.1绪论212
9.2均方近似212
9.2.1模拟信号212
9.2.2离散信号214
9.3线性估计、系统建模与佳滤波器215
9.4小均方误差的模拟估计216
9.4.1非因果的平滑维纳滤波器216
9.4.2因果的维纳滤波器219
9.5匹配滤波器219
9.6离散时间线性估计221
9.6.1非递归维纳滤波222
9.6.2采用小均方误差梯度算法的自适应滤波225
9.6.3小均方误差梯度算法228
9.7自适应IIR滤波器和系统建模228
9.8自适应滤波器的一个应用:卫星语音传播信号的回声消除器231
9.9小结232
第三部分应用于信号处理的模拟MOS集成电路233
10MOS晶体管与集成电路工艺234
10.1绪论234
10.2MOS晶体管234
10.2.1工作条件234
10.2.2跨导239
10.2.3沟道长度调制效应240
10.2.4PMOS晶体管和CMOS电路241
10.2.5耗尽型MOSFET242
10.3集成电路制造工艺242
10.3.1晶圆制备242
10.3.2扩散和离子注入243
10.3.3氧化245
10.3.4光刻246
10.3.5化学气相淀积247
10.3.6金属化248
10.3.7MOSFET的制备步骤248
10.4集成电路的MOS场效应晶体管的布局与面积考虑249
10.5MOSFET中的噪声251
10.5.1散粒噪声251
10.5.2热噪声251
10.5.3闪烁噪声251
10.5.4噪声模型251
习题252
11集成电路基本单元电路253
11.1绪论253
11.2MOS有源电阻和负载器件253
11.3MOS放大器255
11.3.1采用增强型负载的NMOS放大器255
11.3.2衬底效应255
11.3.3带耗尽型负载的NMOS放大器257
11.3.4源极跟随器257
11.4基于高频应用的设计考虑260
11.4.1寄生电容260
11.4.2共源共栅放大器261
11.5电流镜264
11.6CMOS放大器266
11.7小结267
习题267
12两级CMOS运算放大器268
12.1绪论268
12.2运算放大器的性能参数268
12.3反馈放大器的基本原理270
12.4CMOS差分放大器272
12.5两级CMOS运算放大器276
12.5.1直流电压增益278
12.5.2频率响应278
12.5.3调零电阻279
12.5.4压摆率和建立时间280
12.5.5输入共模范围和共模抑制比281
12.5.6两级CMOS运算放大器的设计计算综述282
12.6一个完整的运放设计实例284
12.7运算放大器设计中的实际问题和非理想效应286
12.7.1电源抑制287
12.7.2直流失调电压287
12.7.3噪声特性287
12.8小结289
习题289
13高性能CMOS运算放大器和运算跨导放大器290
13.1绪论290
13.2CMOS共源共栅运算放大器290
13.3折叠共源共栅运算放大器291
13.4低噪声运算放大器293
13.4.1通过控制器件几何尺寸进行低噪声设计295
13.4.2通过相关双采样降低噪声295
13.4.3斩波稳定运算放大器295
13.5高频运算放大器297
13.5.1基于建立时间的设计考虑297
13.6全差分平衡拓扑结构299
13.7跨导运算放大器304
13.8小结306
习题306
14电容、开关和无源电阻308
14.1绪论308
14.2MOS电容308
14.2.1电容结构308
14.2.2寄生电容310
14.2.3电容比误差310
14.3MOS开关312
14.3.1一种简单的开关电路312
14.3.2时钟馈通313
14.3.3CMOS开关:传输门314
14.4MOS无源电阻315
14.5小结316
第四部分开关电容和混合信号处理317
15微电子开关电容滤波器的设计318
15.1绪论318
15.2采样信号和保持信号320
15.3振幅导向无损离散积分型滤波器322
15.3.1状态变量梯型滤波器322
15.3.2杂散不敏感型LDI梯型滤波器329
15.3.3一种近似的设计方法333
15.4基于无源集总原型的滤波器设计335
15.5级联设计342
15.6移动通信中的应用:语音编解码器和数字调制解调器344
15.6.1语音编解码器344
15.6.2数字调制解调器345
15.7小结346
习题346
16微电子开关电容滤波器中的非理想效应和实际设计考虑348
16.1绪论348
16.2运算放大器有限增益效应348
16.3运算放大器的有限带宽和有限压摆率效应349
16.4运算放大器的有限输出电阻效应350
16.5大动态范围缩放351
16.6小电容缩放352
16.7全差分平衡设计352
16.8其他关于寄生电容和开关噪声的讨论354
16.9预滤波和后置滤波的设计要求356
16.10可编程滤波器358
16.11基于滤波器版图的设计考虑359
16.12小结360
17集成Sigma-Delta数据转换器:模拟和数字信号处理的拓展及综合应用361
17.1研究动机和综合考虑361
17.2一阶转换器362
17.3二阶转换器366
17.4抽取和数字滤波370
17.4.1原理370
17.4.2抽取数字滤波器结构373
17.5仿真和性能评估376
17.6实例分析:四阶Sigma-Delta转换器设计378
17.7小结381
部分习题答案382
参考文献389
作者介绍
文摘
序言
这本《信号处理与集成电路》的封面设计就很有吸引力,是一种沉静的深蓝色,上面印着一行行严谨的文字,透露出一种专业和学术的气息。我之所以会被这本书吸引,是因为我一直对电子工程的底层技术非常感兴趣。大学时,我对模拟电路和数字电路都有涉猎,但总觉得在信号处理这一块,知识体系有些零散。特别是当涉及到实际的芯片设计时,我总感觉少了那么一块关键的拼图。这本书的书名直接点出了我一直以来想要深入了解的方向:信号处理与集成电路。我希望它能系统地讲解信号在实际电路中的处理过程,从理论到实践,让我能够更好地理解那些高性能的电子产品是如何工作的。我期待这本书能帮我打通理论与应用的隔阂,让我在今后的学习和工作中,能够更加自信地面对各种挑战。它的印刷质量看起来也很不错,纸张厚实,排版清晰,这对于长时间阅读和做笔记来说,是非常重要的考量因素。整体而言,这本书给我一种“厚积薄发”的感觉,仿佛里面蕴含着大量精深的知识等待我去挖掘。我迫不及待地想翻开它,开始我的学习之旅,去探索信号世界的奥秘,并了解它们如何在精密的集成电路中被实现和优化。
评分这本书的装帧设计很有艺术感,封面上的电路图纹理呈现出一种流动的、富有生命力的美感,仿佛信号在其中奔腾。我是一名对音频工程和音乐制作充满热情的发烧友。我一直对高品质的音频设备非常着迷,从专业的录音棚设备到家庭影院系统,它们都离不开精密的信号处理和集成电路。我总是好奇,那些能够捕捉细微声音细节的麦克风前置放大器,以及能够将数字音频信号转化为细腻声音的DAC(数模转换器),它们内部是如何设计的?信号在这些设备中是如何被放大、转换和优化的?我之前阅读过一些关于音频处理算法的书籍,但它们很少触及硬件实现的细节。我希望这本书能够填补这一空白,让我了解如何将复杂的音频信号处理算法转化为实际的集成电路。例如,它是否会讲解如何设计低失真、宽动态范围的音频放大器?或者如何利用数字信号处理技术来实现高保真的音频编码和解码?我对这些能够直接影响听觉体验的电子技术非常好奇,这本书的书名精准地概括了我想要探索的领域,让我觉得它会是一次令人愉悦的学习经历。
评分这本《信号处理与集成电路》的书籍纸张的触感非常好,是一种哑光质感,印刷的文字清晰锐利,没有出现任何模糊的现象。我是一名对生物医学工程领域充满热情的研究生。我的研究课题涉及到用于疾病诊断的生物传感器。这些传感器能够捕捉微弱的生物信号,比如脑电波(EEG)或心电图(ECG),然后将这些信号放大、滤波并进行分析,以提取有用的诊断信息。在这个过程中,信号处理和集成电路的设计是至关重要的环节。我发现,在设计低噪声、高灵敏度的模拟前端电路时,我常常面临很多技术难题。如何有效抑制环境噪声,如何保证信号的完整性,如何设计出功耗较低但性能优越的ADC,这些都是我迫切需要解决的问题。我希望这本书能够提供一些关于生物信号处理的通用框架,以及在集成电路实现方面的具体指导。例如,它是否会讲解如何设计适用于微弱信号采集的低噪声放大器?或者如何利用数字信号处理技术来去除生物信号中的伪迹?我对这些与生命科学紧密结合的电子技术非常感兴趣,这本书的书名恰好涵盖了我研究中最核心的技术环节。
评分这本书的书脊设计十分简洁,但却散发出一种扎实可靠的感觉,就像一位经验丰富的工程师,话不多但字字珠玑。我一直对电子元器件的内部运作原理充满好奇,尤其是那些能够完成复杂计算和信息处理的集成电路。过去,我接触过一些关于电路设计的书籍,它们往往侧重于宏观的系统架构,或者仅仅是某个特定领域,比如RF设计或者数字信号处理器(DSP)的开发。然而,我一直渴望一本能够将信号处理的理论基础与集成电路的具体实现细节紧密结合起来的书。我希望这本书能够详细介绍信号的采集、放大、滤波、调制解调等过程,并且解释这些过程如何在实际的半导体器件中被构建出来。例如,它是否会深入讲解运算放大器的设计原理,或者如何用CMOS工艺实现高精度的ADC(模数转换器)?我对这些具体的工程实现非常感兴趣,因为这能让我更深刻地理解为什么某些信号处理算法在实际应用中会遇到瓶颈,以及如何通过硬件优化来克服这些问题。这本书的书名恰恰瞄准了我这个痛点,让我觉得它可能就是我一直寻找的那本“圣经”。我希望它能用清晰的图示和严谨的公式,把我从抽象的理论世界带入到真实的芯片设计殿堂。
评分这本书的封面色彩运用非常专业,一种深邃的科技蓝,搭配着精巧的电路纹理,散发着一种严谨而前沿的气息。我是一名在职的硬件工程师,主要负责嵌入式系统的开发。在我的工作中,我经常需要处理来自传感器的数据,这些数据往往是模拟信号,需要经过一系列的信号调理和处理才能被微控制器读取。然而,我发现自己在信号处理理论方面存在一定的欠缺,尤其是在如何设计高性能的模拟前端电路,以及如何选择合适的数字滤波器来满足特定的应用需求方面,我感到力不从心。我经常需要在数据手册和技术文档中翻阅大量的资料,试图找到最优的解决方案。我希望这本书能够系统地讲解信号处理的基本原理,并且深入探讨这些原理如何在集成电路的设计中得到具体的实现。例如,我希望它能详细介绍各种类型滤波器的设计方法,以及它们的优缺点,并给出在实际电路设计中的应用建议。同时,我也期待这本书能够介绍一些先进的信号处理技术在集成电路设计中的应用,比如在低功耗物联网设备中的信号采集和处理,或者在高性能数据采集系统中的应用。这本书的书名恰恰概括了我的核心需求,让我觉得它可能就是我一直在寻找的那本能够提升我专业能力的宝典。
评分当我在书店看到这本书时,首先吸引我的是它封面设计的专业感。那种略显复古的字体,搭配上一些抽象的电路图纹样,让人立刻联想到精密仪器和严谨的学术研究。我是一名电子工程专业的学生,目前正在为毕业设计而烦恼。我的课题方向与音频处理相关,需要设计一个能够实时分析和处理音频信号的系统。这其中涉及到大量的信号处理算法,例如FFT(快速傅里叶变换)、滤波器设计等等。同时,为了实现系统的便携性和低功耗,我需要将这些算法移植到嵌入式系统中,并设计相应的硬件电路。我发现,虽然我能够熟练地运用各种信号处理工具箱来模拟算法,但在将其转化为实际的硬件电路时,却遇到了很多困难。我对集成电路的设计流程,以及如何根据信号处理的需求来选择和设计合适的电路结构,了解得还不够深入。我特别希望这本书能够提供一些实际的案例,展示如何将经典的信号处理算法用集成电路的方式来实现,比如讲解如何设计一个高效的数字滤波器芯片,或者如何构建一个低噪声的模拟前端。这本书的书名正是戳中了我的需求,让我觉得它可能是解决我燃眉之急的关键。
评分这本书的封底封套设计简洁而信息丰富,包含了出版信息和作者简介,显得十分专业。我是一名对机器人技术和自动化控制系统充满热情的学生。我一直对机器人能够感知环境、做出决策并执行复杂动作的能力感到惊叹。这背后一定离不开强大的信号处理和智能的集成电路。我好奇,机器人的各种传感器,比如激光雷达、摄像头、惯性测量单元(IMU),它们是如何将采集到的物理信号转化为数字信息,并传递给控制系统的?而控制系统又是如何对这些信号进行实时处理,并产生精确的控制指令来驱动机器人的关节运动?我之前接触过一些关于机器人控制理论的书籍,但它们更多地集中在运动规划和控制算法上,对于传感器信号的处理和底层硬件实现,了解不多。我希望这本书能够为我提供一个更全面的视角。例如,它是否会讲解如何设计高效的传感器数据融合算法,并将其在集成电路中实现?或者如何利用并行信号处理技术来加速机器人的环境感知和决策过程?我对这些与机器人紧密相关的电子技术非常感兴趣,这本书的书名恰好涵盖了我想要深入了解的关键领域,让我觉得它会是探索机器人技术奥秘的绝佳伙伴。
评分这本书的扉页留白很多,方便读者在阅读过程中进行标注和思考,这种设计非常人性化。我是一名对人工智能和机器学习硬件加速感兴趣的软件工程师。我深知,虽然算法的进步至关重要,但硬件的支撑同样不可或缺。特别是在处理海量数据和复杂计算时,高效的信号处理和定制化的集成电路设计能够带来巨大的性能提升。我一直想深入了解,那些用于加速AI模型训练和推理的ASIC(专用集成电路)和FPGA(现场可编程门阵列),它们在信号处理层面是如何优化的?例如,如何在硬件层面实现高效的卷积运算、矩阵乘法等核心操作?又如何设计出低功耗、高吞吐量的信号处理流水线?我之前阅读过一些关于AI芯片架构的书籍,但它们更多地侧重于整体设计和并行计算,而在具体的信号处理单元设计方面,涉及较少。我希望这本书能够提供一些从信号处理基础出发,到如何将其映射到高性能硬件上的具体方法和案例。例如,它是否会讲解如何设计用于深度学习的滤波器组?或者如何利用并行信号处理技术来提高数据处理速度?这本书的书名正是我的核心需求,它连接了抽象的算法和具体的硬件实现,让我充满期待。
评分这本书的版式设计很有特色,采用的是一种比较宽阔的内页设计,使得文字和图表之间的留白更加充裕,阅读起来不会感到拥挤。我是一名对通信系统原理非常感兴趣的业余爱好者,我喜欢拆解和研究各种电子设备,尤其是那些涉及到无线通信和信号传输的部分。我对于信号是如何在空中传播,以及如何在接收端被还原,始终充满了好奇。我之前阅读过一些关于通信原理的科普书籍,它们更多地侧重于数学模型和理论推导,但在实际的硬件实现层面,却很少提及。我一直很想知道,那些在我们日常生活中扮演重要角色的通信芯片,比如Wi-Fi芯片、蓝牙芯片,它们内部的信号处理单元是如何设计的?信号是如何在这些小小的硅片上被高效、精确地处理的?这本书的书名《信号处理与集成电路》正是我一直在寻找的连接点。我希望它能够详细介绍从模拟信号采集到数字信号处理,再到最终输出的过程,并且解释这些过程在实际的集成电路设计中所面临的挑战和解决方案。例如,它是否会讲解如何设计一个低功耗、高效率的射频前端?或者如何利用先进的工艺技术来提高信号处理的速度和精度?我对这些具体的工程实现细节充满了期待。
评分这本书的书籍包装非常仔细,采用了坚固的纸板盒,确保在运输过程中不会有任何损坏。我是一名对工业自动化和控制系统非常感兴趣的电子技术爱好者。我经常会观察到各种自动化设备,比如机器人手臂、智能传感器,它们能够精确地完成复杂的任务,这背后一定离不开强大的信号处理能力和精密的集成电路。我一直想了解,那些在工业环境中工作的传感器是如何采集物理信号,并将其转化为可用的数字信息?以及这些信息是如何在控制系统中被处理,并最终驱动执行机构完成动作的?我之前阅读过一些关于PLC(可编程逻辑控制器)和SCADA(数据采集与监控系统)的书籍,它们更多地侧重于系统架构和软件编程,但在底层信号处理和硬件实现方面,却很少提及。我希望这本书能够填补我的知识空白,让我了解从传感器到控制核心的整个信号处理流程。例如,它是否会讲解如何设计抗干扰能力强的模拟信号采集电路?或者如何利用高效的数字信号处理器来加速控制算法的执行?我对这些具体的工程实现充满了好奇,这本书的书名正是我的兴趣所在,它似乎提供了一个完整的视角来理解工业自动化背后的电子技术。
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