Sensors and Sensing in Biology and Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Barth, Friedrich G. (EDT)/ Humphrey, Joseph A. C. (EDT)/ Secomb, Timothy W. (EDT)

出品人:

页数:404

译者:

出版时间:2003-7-16

价格:USD 209.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783211837719

丛书系列:

图书标签:

• 生物传感器
• 传感器技术
• 生物工程
• 医学工程
• 信号处理
• 纳米传感器
• MEMS
• 生物医学应用
• 检测技术
• 仪器仪表

电子工程领域的前沿探索：信号处理、电路设计与系统集成 本卷聚焦于电子工程领域中至关重要的信号处理、高级电路设计与复杂系统集成技术，旨在为研究人员、工程师及高年级学生提供一个深入、全面的参考。本书内容独立于生物与工程中的传感技术本身，而是着重于支撑这些应用背后的核心电子学原理与工程实现。 第一部分：高级数字信号处理与信息抽取 本部分深入探讨了现代电子系统中信号采集后的关键处理技术，特别关注那些用于从噪声环境中提取有效信息的算法与实现。 第一章：自适应滤波理论与应用 本章详细阐述了自适应滤波器的基本结构，包括LMS（最小均方误差）算法、RLS（递归最小二乘）算法及其变体。我们着重分析了这些滤波器在通信系统中的信道均衡、噪声消除和回声消除中的实际部署。内容覆盖了误差信号的收敛性分析、步长参数的选择对性能的影响，以及在非平稳环境下的鲁棒性改进策略。特别地，我们对基于二阶最小二乘法的算法在需要快速收敛的应用场景中的优势进行了详细的数学推导和仿真演示。 第二章：高效傅里叶分析与变换 本章超越了标准FFT的应用，重点讨论了在资源受限环境中如何实现快速、低功耗的频谱分析。内容包括多速率信号处理技术，如抽取与插值滤波器组的设计，以及如何利用小波变换（Wavelet Transforms）在不同尺度上有效地捕获瞬态信号特征。我们对短时傅里叶变换（STFT）与梅林变换（Mellin Transform）在特定信号特征分析中的适用性进行了对比，并探讨了基于GPU或FPGA的并行化FFT算法的实现细节。 第三章：现代信源编码与压缩技术 本章聚焦于如何高效地存储和传输处理后的数字信号。涵盖了有损压缩（如基于心理声学模型的音频压缩和基于视觉模型的图像压缩标准概述）和无损压缩（如算术编码和霍夫曼编码的优化）。重点在于信息论基础，如香农熵的计算及其与实际编码效率的差距分析，以及差分编码技术在时间序列数据中的应用。 第二部分：高性能模拟与混合信号电路设计 本部分深入研究了构成现代电子系统的模拟前端和数据转换器的核心设计挑战与解决方案。 第四章：低噪声放大器（LNA）的设计原理与布局考量 本章详细分析了LNA在提高系统灵敏度方面的关键作用。内容包括噪声系数（NF）的理论分析，晶体管尺寸、偏置点对输入阻抗匹配（史密斯圆图分析）和增益带宽积的影响。我们对基于CMOS、BiCMOS和InP技术的高性能LNA拓扑结构（如共源共栅、反馈式）进行了细致的性能权衡对比，并强调了PCB布局中寄生电感和电容对高频性能的限制作用及规避策略。 第五章：高速模数转换器（ADC）与数模转换器（DAC） 本部分剖析了数据转换器的核心架构，包括Flash、流水线（Pipelined）、Sigma-Delta ($SigmaDelta$) 架构的优缺点。重点在于失真分析，如有效位数（ENOB）、积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）指标的测量与优化。对于$SigmaDelta$转换器，我们将详细阐述噪声塑形（Noise Shaping）技术，包括二阶和三阶调制器的设计参数选择。混合信号集成中的跨时钟域干扰（Clock Jitter and Skew）是本章的重点讨论对象。 第六章：锁相环（PLL）与频率合成技术 本章探讨了精确时钟生成在同步系统中的核心地位。内容涵盖了环路滤波器的设计，压控振荡器（VCO）的线性化技术，以及分频器和鉴相器（PD）的选择对整体抖动（Jitter）性能的影响。我们对分数N频率合成器中产生的杂散信号（Spurs）的成因进行了深入分析，并介绍了减少杂散的工程手段，如随机抖动（Random Jitter Injection）。 第三部分：系统级集成与电源完整性 本部分关注如何将设计好的子模块高效、稳定地集成到一个功能系统中，特别强调电源完整性（PI）在高速设计中的决定性作用。 第七章：高速互连与信号完整性（SI） 本章处理信号在PCB走线和封装引线中传输时遇到的失真问题。内容包括传输线理论、阻抗控制、串扰（Crosstalk）的耦合分析，以及如何利用过冲/下冲控制技术（如串联电阻和端接方案）来保证信号的边沿完整性。我们使用时域反射计（TDR）的原理来诊断PCB上的阻抗不连续性。 第八章：电源完整性（PI）与去耦网络优化 本章聚焦于如何为敏感的模拟和高速数字电路提供“干净”的电源。详细分析了电源分配网络（PDN）的阻抗要求，以及如何通过多层去耦电容（包括低频钽电容、高频陶瓷电容）的优化布局，在不同频率范围内将PDN阻抗保持在目标阈值以下。本章还包括对地弹（Ground Bounce）现象的建模与缓解措施。 第九章：嵌入式系统中的实时操作系统与硬件加速 本章从软件与硬件协同设计的角度，探讨了将复杂的信号处理算法部署到实际产品中的流程。内容涵盖了实时性要求下的任务调度、中断处理机制，以及在多核处理器或FPGA架构上实现算法并行化的策略。我们对比了不同硬件加速平台（如DSP、GPU、FPGA）在功耗、延迟和灵活性方面的工程取舍，强调了硬件描述语言（VHDL/Verilog）在系统级建模中的应用。 本卷结构旨在提供一个自底向上、层层递进的电子工程知识体系，重点关注从晶体管级性能优化到系统级稳定运行的全面工程实践。

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