Analog Circuits and Systems for Voltage-Mode and Current-Mode Sensor Interfacing Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:Ferri, Giuseppe

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页数:242

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价格:$ 145.77

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isbn号码:9789048198276

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电子工程领域的新篇章：信号处理与集成电路设计的前沿探索 本书旨在为电子工程领域的学生、研究人员及工程师提供一本关于现代信号处理技术和集成电路设计的综合性参考。它深入探讨了从基础理论到前沿应用的各个层面，特别关注了在数据采集、通信系统和嵌入式设备中至关重要的信号处理方法论以及实现这些方法的关键集成电路设计技术。本书的独特之处在于其对信号的深度理解、对处理算法的精妙运用，以及对高效、低功耗集成电路实现的深入剖析，旨在为读者提供一个全面而实用的知识体系。 第一部分：信号处理基础与高级理论 本部分奠定了理解复杂信号处理算法和集成电路设计的基础。 信号的本质与分类： 我们将首先深入探讨信号的基本概念，包括信号的定义、物理意义以及它们在不同应用场景下的表现形式。本书将详细阐述信号的分类，如模拟信号与数字信号、周期信号与非周期信号、确定性信号与随机信号等，并分析不同类型信号的数学特性和统计学描述。这部分内容将为后续的信号分析和处理打下坚实的理论基础，帮助读者理解信号的内在规律。 傅里叶分析的深刻洞察： 傅里叶分析是信号处理的核心工具。本书将系统性地介绍傅里叶级数、傅里叶变换及其在时域和频域内的应用。读者将学习如何通过傅里叶分析来理解信号的频率成分，如何识别信号中的噪声和失真，以及如何利用频域特性来设计有效的滤波器。此外，本书还将探讨傅里叶变换的性质，如线性、时移、频移、卷积等，并提供一系列实际案例，展示傅里叶分析在音频、图像和通信信号处理中的强大威力。 拉普拉斯变换与Z变换： 为了分析连续时间和离散时间系统，拉普拉斯变换和Z变换是不可或缺的工具。本书将详细介绍这两种变换的定义、性质和应用。对于拉普拉斯变换，我们将重点关注其在分析线性时不变（LTI）连续时间系统中的应用，如系统稳定性、瞬态响应和稳态响应的求解。对于Z变换，我们将深入探讨其在离散时间系统分析中的作用，包括系统函数、零极点分析以及离散傅里叶变换（DFT）与Z变换的关系。这些变换将帮助读者掌握对动态系统行为的建模和分析能力。 采样理论与量化原理： 模拟信号向数字信号的转换是现代电子系统不可或缺的环节。本书将深入讲解奈奎斯特-香农采样定理，阐述采样率与信号带宽之间的关键关系，并分析过采样和欠采样的影响。同时，我们将详细介绍量化过程，包括量化误差的产生、量化器的类型（均匀量化、非均匀量化）以及信噪比（SNR）和动态范围（DR）的计算。这将帮助读者理解数字信号处理的局限性，并为设计高性能模数转换器（ADC）提供理论指导。 线性时不变（LTI）系统的数学模型： LTI系统是信号处理中最基本也是最重要的模型。本书将从卷积、冲激响应和系统函数等角度，全面阐述LTI系统的数学描述。读者将学习如何分析LTI系统的稳定性、因果性以及频率响应特性。通过求解差分方程和微分方程，读者将能够预测LTI系统对各种输入信号的响应。 随机信号分析基础： 许多现实世界的信号都具有随机性，例如通信中的噪声、传感器读数中的噪声等。本书将介绍随机信号的基本概念，包括概率密度函数（PDF）、累积分布函数（CDF）、均值、方差以及自相关函数和互相关函数。读者将学习如何描述和分析随机信号的统计特性，并了解随机信号在通信、控制和估计理论中的重要作用。 数字滤波器设计原理： 滤波器是信号处理中用于去除噪声、提取特定频率成分的关键工具。本书将详细介绍数字滤波器的两种主要类型：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。读者将学习不同设计方法的原理，如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器以及窗函数法、频率采样法等。重点将放在理解不同滤波器设计方法的优缺点，以及如何根据实际应用需求选择合适的滤波器类型和设计参数。 第二部分：先进信号处理技术与应用 在掌握了基础理论之后，本书将进一步深入到更高级的信号处理技术，并探讨其在实际应用中的案例。 自适应滤波器的原理与实现： 自适应滤波器能够根据输入信号的统计特性自动调整其滤波器系数，使其在不断变化的环境中保持最优性能。本书将详细介绍最小均方（LMS）算法、归一化最小均方（NLMS）算法和递归最小二乘（RLS）算法等常用自适应滤波算法的原理，并分析它们在噪声消除、均衡和预测等方面的应用。 谱估计与参数化模型： 准确地估计信号的功率谱密度对于信号分析和识别至关重要。本书将介绍多种谱估计方法，包括周期图法、Welch法、以及基于模型的方法，如AR模型、MA模型和ARMA模型。读者将学习如何使用这些方法来分析信号的频率成分，识别潜在的谐波，并用于雷达、声学和生物医学信号分析。 多速率信号处理： 多速率信号处理技术涉及在不同采样率之间进行信号的转换，这在通信系统、音频处理和图像处理中非常普遍。本书将介绍抽取（Decimation）、插值（Interpolation）以及滤波器组（Filter Banks）等关键技术。读者将学习如何高效地进行采样率的改变，以及如何利用滤波器组实现信号的分解和重构。 小波分析及其优势： 与傅里叶分析侧重于全局频率信息不同，小波分析能够同时提供信号在时间和频率上的局部信息，尤其适合处理非平稳信号。本书将介绍小波变换的基本原理，包括连续小波变换（CWT）和离散小波变换（DWT）。读者将学习如何选择合适的小波基函数，并了解小波分析在图像压缩、特征提取和噪声去除等领域的应用。 现代通信信号处理： 本部分将聚焦于现代通信系统中至关重要的信号处理技术。我们将深入探讨调制与解调技术，包括幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）以及正交幅度调制（QAM）等。此外，本书还将介绍信道编码与解码、均衡技术以及多载波调制（如OFDM）等，这些都是实现高效、可靠通信的关键。 图像与视频信号处理基础： 图像和视频信号是信息传递的重要载体。本书将介绍图像增强、图像复原、边缘检测、特征提取以及运动估计等基本图像处理技术。对于视频信号，我们将探讨视频压缩标准（如H.264）背后的关键技术，以及在视频分析和模式识别中的应用。 阵列信号处理： 当我们拥有多个传感器（例如麦克风阵列或天线阵列）时，可以通过阵列信号处理来提升信号的感知能力。本书将介绍波束形成（Beamforming）技术，包括传统的波束形成和自适应波束形成，以及信号源定位等技术。这些技术在雷达、声纳、无线通信和生物医学成像等领域有着广泛的应用。 第三部分：集成电路设计与实现 本部分将理论与实践相结合，重点介绍如何在集成电路中实现高效的信号处理功能。 数字信号处理器（DSP）架构： 本部分将深入剖析现代DSP芯片的架构特点。我们将探讨其特殊的指令集、流水线技术、并行处理能力以及专门优化的硬件加速器。读者将了解DSP如何通过硬件设计来加速信号处理算法的执行，并探讨其在嵌入式系统中的应用，例如音频解码、语音识别和通信基带处理。 可编程逻辑器件（FPGA）在信号处理中的应用： FPGA凭借其高度的可编程性和并行处理能力，在快速原型设计和高性能信号处理任务中发挥着越来越重要的作用。本书将介绍FPGA的基本结构、配置方法以及硬件描述语言（HDL），如Verilog和VHDL。读者将学习如何将信号处理算法映射到FPGA上，并通过实际案例来展示FPGA在软件无线电、数字信号处理加速和实时数据采集等领域的应用。 专用集成电路（ASIC）设计流程： 对于大规模、高性能且功耗敏感的应用，ASIC是最终的解决方案。本书将详细介绍ASIC的设计流程，从需求分析、逻辑设计、物理设计到最终的流片（Tape-out）和测试。我们将探讨现代ASIC设计中使用的EDA工具、低功耗设计技术和设计验证方法。 低功耗信号处理电路设计： 在移动设备和物联网（IoT）等功耗受限的应用中，低功耗设计是至关重要的。本书将探讨各种低功耗设计策略，包括时钟门控、电源门控、动态电压和频率调整（DVFS）以及亚阈值电路设计等。读者将学习如何通过电路级和架构级的优化来降低信号处理电路的功耗，延长电池寿命。 高性能模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）设计： ADC和DAC是连接模拟世界和数字世界的桥梁。本书将深入探讨ADC和DAC的各种架构，如逐次逼近（SAR）、流水线（Pipeline）、Σ-Δ（Sigma-Delta）和闪速（Flash）ADC，以及基于电阻网络的DAC和电流输出DAC。我们将分析不同架构的优缺点，以及如何在性能、功耗和分辨率之间进行权衡。 滤波器集成电路设计： 将数字滤波器实现为集成电路是信号处理应用中的关键环节。本书将介绍如何在数字域和模拟域实现滤波器，包括有限冲植响应（FIR）和无限冲植响应（IIR）滤波器的数字实现，以及开关电容滤波器和连续时间滤波器等模拟滤波器。读者将了解不同实现方式的权衡，并学习如何在特定的应用场景下选择最佳的滤波器集成电路设计方案。 传感器接口电路设计（概述）： 虽然本书的重点不是特定的传感器接口，但它会提供一个通用性的视角，说明信号处理和集成电路设计如何为各种传感器提供支持。例如，如何设计前端放大器和信号调理电路以匹配传感器输出，以及如何通过ADC进行信号数字化，以供后续的数字信号处理。本书将强调通用信号处理原理在不同传感器接口场景下的适应性。 结论 通过对信号处理基础理论、先进技术以及集成电路设计实现的全面介绍，本书旨在为读者构建一个坚实而全面的知识框架。无论是从事通信系统、嵌入式系统、音频/视频处理、生物医学工程还是其他相关领域的工程师和研究人员，都能从中获得宝贵的见解和实用的技能。本书所涵盖的知识体系将助力读者在快速发展的电子工程领域中，设计出更智能、更高效、更可靠的信号处理系统。

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这本书的封面设计充满了技术美感，黑白分明的线条勾勒出复杂的电路图，让人一眼就能感受到其专业性和深度。初读起来，感觉作者对模拟电路的理解达到了一个非常深刻的层次，特别是那些在通用教科书中常常被一笔带过的细节，在这里被娓娓道来。书中对各种传感器接口电路的分析，简直就像是为工程师提供了一份详尽的“手术刀”指南，每一个元件的选择、每一个拓扑结构的优化，都有其背后的严密逻辑支撑。我特别欣赏作者在讲解信号调理部分时所采用的“从物理现象到电路实现”的叙事方式，这使得原本抽象的理论变得触手可及。例如，书中对噪声分析的深入探讨，不再局限于简单的参数计算，而是结合实际应用场景，教读者如何构建一个“低噪庇护所”。读完前几章，我已经感觉自己对“什么是好的模拟设计”有了更具批判性的认识，不再满足于“能跑就行”，而是开始追求“最优解”。

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我喜欢这本书的“反思性”学习体验。它不仅仅是知识的传递，更是一种设计哲学的熏陶。作者似乎在不断地向读者提问：“你真的理解这个设计背后的物理限制了吗？” 在讲解过采样和欠采样技术时，他详细分析了数字域处理对模拟前端指标的“反向要求”，这种双向思维模式对我启发很大。书中对动态范围和信噪比的深入剖析，不再是孤立的指标比较，而是与实际数据转换器的性能紧密耦合。读完后，我感觉自己对待“性能指标”的态度从“追求最高值”转变为“追求最优平衡点”。这本书无疑是为那些渴望从“电路实现者”蜕变为“系统架构师”的工程师准备的，它提供的视角和深度，让它在浩如烟海的技术文献中显得格外珍贵。

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这本书的行文风格非常独特，它既有学术论文的严谨性，又不失工程师手册的实用性。作者似乎非常善于抓住读者的思维盲点，总能在你感到困惑的那个节点，提供一个清晰、优雅的解决方案。我注意到，书中对“电压模式”和“电流模式”这两种主流接口范式的对比分析尤为精彩。作者没有简单地宣告哪种模式更优越，而是通过大量实例，展示了它们在不同应用（如高精度测量与快速响应系统）中的权衡取舍。这种平衡的视角，极大地拓宽了我的设计思路。更值得称赞的是，书中对于非线性误差的讨论，细致入微，它教会了我如何通过巧妙的反馈和补偿机制来“驯服”这些不理想的特性。每次读到关键公式的推导，都能体会到作者在实际调试中积累的丰富经验，那是一种超越书本知识的“匠人精神”。

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坦白说，这本书的难度不低，但其回报是巨大的。它绝非那种可以囫囵吞枣读完的入门读物，更像是一本“武功秘籍”，需要反复揣摩才能领悟其中的精髓。我印象最深的是关于精密基准源和低功耗设计的章节。作者在讲解如何设计出超低漂移的基准电压时，那种对热噪声、闪烁噪声的数学建模和实际电路实现之间的桥接，堪称教科书级别的典范。我甚至拿书中的某个运放驱动电路拓扑去和手头一个老项目对比，发现仅仅是调整了几个反馈电阻的比例，系统的瞬态响应就有质的飞跃。这本书迫使我重新审视自己过去的一些“拿来主义”的设计习惯，它教会我如何从最基础的物理定律出发，去构建每一个功能模块。读完这一部分，我感觉自己对模拟前端的掌控力提升了一个台阶。

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这本书的结构组织非常流畅，它像一条精心铺设的管道，引导读者从基础概念平稳地过渡到前沿应用。尤其是在系统级的集成讨论部分，作者将分散在各章的知识点串联起来，形成了一个完整的传感器接口系统图景。我特别欣赏作者在阐述如何处理环境影响（如温度、湿度对阻抗匹配的影响）时所展现出的系统思维。他不仅仅是给出了电路方案，更深入地探讨了PCB布局、走线电磁兼容性（EMC）对最终性能的影响，这在许多纯理论书籍中是看不到的。这种“软硬兼施”的教学方法，让这本书的实用价值飙升。我甚至在设计一个医疗级传感器时，直接参考了书中关于共模抑制比优化的一整套流程，效果立竿见影。

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一切还得靠自己...

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