超寬帶調頻收發機的分析與設計 針對醫療電子無綫體域網及無綫個人網 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

周波（Bo Zhou） 著

圖書標籤:

• 超寬帶
• UWB
• 調頻
• 收發機
• 醫療電子
• 無綫體域網
• 無綫個人網
• 通信係統
• 射頻電路
• 信號處理
• 低功耗設計

店鋪： 妙語書言圖書專營店

齣版社： 北京理工大學齣版社

ISBN：9787568213646

商品編碼：29372050960

包裝：平裝

齣版時間：2015-12-01

基本信息

書名：超寬帶調頻收發機的分析與設計 針對醫療電子無綫體域網及無綫個人網

定價：36.00元

作者：周波（Bo Zhou）

齣版社：北京理工大學齣版社

齣版日期：2015-12-01

ISBN：9787568213646

字數：

頁碼：149

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

---

內容提要

---

《超寬帶調頻收發機的分析與設計 針對醫療電子無綫體域網及無綫個人網》闡述瞭超寬帶調頻收發機的係統架構和工作原理，給齣瞭多款收發機設計實例及測試結果；介紹瞭眾多模擬和射頻子模塊的結構及電路實現；詳細闡釋瞭發射機及接收機設計，並給齣瞭係統級功耗優化方案。
　　全書內容共分8章：章介紹超寬帶調頻技術的應用及優勢；第2章闡述超寬帶調頻的原理、收發機架構及係統設計考慮；第3章介紹子載波生成的結構和電路設計，並給齣芯片Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的測試結果；第4章討論射頻頻率調製及中心頻率校正的電路實現，並給齣芯片Ⅳ和Ⅴ的測試結果；第5章闡述寬帶射頻鑒頻器及子載波處理的架構設計和電路實現，並給齣芯片Ⅵ和Ⅶ的測試結果；第6章介紹超寬帶調頻收發機的射頻前端模塊及超寬帶天綫的設計，並給齣係統級測試方案、測試結果和鏈路預算；第7章闡述低功耗收發機設計，提齣係統級功耗優化方案，並給齣芯片Ⅷ的測試結果；第8章補充介紹超寬帶調頻發射機的另類實現。

目錄

---

章 FM-UWB的應用及優勢
1．1 超寬帶技術
1．2 UWB的分類
1．2．1 IR-UWB
1．2．2 FM-UWB
1．2．3 Chirp-UWB
1．3 UWB在WBAN／WPAN及BioMedical上的應用
1．4 FM-UWB的優勢
1．5 本書內容安排

第2章 FM-UWB的原理、架構及係統設計考慮
2．1 FM-UWB的原理及收發機架構
2．2 FM-UWB收發機子模塊的實現
2．2．1 子載波生成
2．2．2 射頻頻率調製及中心頻率校正
2．2．3 寬帶射頻鑒頻器
2．2．4 子載波處理
2．3 FM-UWB收發機的係統參數
2．4 FM-UWB收發機的設計考慮
2．4．1 有限模和△一∑的比較
2．4．2 多相與單相結構的比較
2．4．3 高數據率實現
2．4．4 子載波波形選擇及失真考慮
2．4．5 子載波調製因子的選擇
2．4．6 射頻調製因子的選擇
2．4．7 低功耗設計考慮
2．4．8 可重構設計
2．5 本章小結

第3章 子載波生成
3．1 子載波生成的架構實現
3．2 子載波生成的電路實現
3．2．1 PFD
3．2．2 電荷泵
3．2．3 相位選擇與雙模分頻器
3．2．4 小數調製器
3．3 子載波生成的核心模塊——多相Relax VCO
3．3．1 常見的兩相結構
3．3．2 新型的四相結構
3．3．3 獨特的八相結構
3．4 帶Hvbrid-FIR濾波特性的子載波生成
3．5 測試結果
3．5．1 FSK子載波生成的測試結果
3．5．2 多相RelaxVC0的測試結果
3．6 本章小結

第4章 射頻頻率調製及中心頻率校正
4．1 射頻頻率調製
4．1．1 適閤RFFM的VC0類型
4．1．2 LCVC0的結構選擇
4．1．3 RFFM使用的LCVC0電路設計
4．2 射頻中心頻率校正及其設計考慮
4．3 中心頻率校正的電路實現
4．3．1 係統框圖
4．3．2 高頻分頻器
4．3．3 數字鑒頻器
4．3．4 積分器
4．3．5 亞連續操作
4．3．6 時鍾頻率的選擇
4．4 雙通路射頻壓控振蕩器
4．5 測試結果
4．5．1 高βRF的測試結果
4．5．2 低βRF下的測試結果
4．6 本章小結

第5章 寬帶射頻鑒頻器及子載波處理
5．1 常用的寬帶射頻鑒頻器架構
5．1．1 可再生結構
5．1．2 延時相乘結構
5．2 寬帶射頻鑒頻器的電路實現
5．2．1 基於雙帶通濾波器的鑒頻電路
5．2．2 基於模擬相位內插型延遲綫的鑒頻電路
5．3 子載波處理的架構設計
5．3．1 四路過零點檢測型SCP
5．3．2 單路過零點檢測型SCP
5．4 子載波處理的電路實現
5．4．1 抗混疊濾波器
5．4．2 下變頻器
5．4．3 低通濾波器
5．4．4 限幅器
5．4．5 數字FSK解調
5．5 測試結果
5．6 本章小結

第6章 FM-UWB收發機的射頻前端、天綫及係統測試
6．1 發射端的輸齣放大器
6．2 接收端的預放大器
6．2．1 預放大器電路
6．2．2 預放大器噪聲分析
6．3 射頻前端寄生效應及封裝模型
6．4 UWB天綫
6．5 收發機的測試方案
6．6 收發機的測試結果
6．7 收發機的鏈路預算
6．8 本章小結

第7章 FM-UWB收發機的功耗優化及實現
7．1 收發機功耗優化的可行性分析
7．2 基於數據邊沿檢測觸發的動態功耗優化方法
7．3 動態功耗優化方法在收發機係統中的設計實現
7．4 功耗優化型收發機的設計實例
7．5 測試結果
7．6 本章小結

第8章 FM-UWB發射機的另類實現
8．1 基於電流型子載波的發射機結構
8．2 基於電流型子載波的發射機實現
8．2．1 電流型子載波生成
8．2．2 電流型射頻頻率調製
8．2．3 基於AFC的頻率校正
8．2．4 輸齣放大器
8．3 本章小結

參考文獻

作者介紹

---

文摘

---

序言

---

《超寬帶調頻收發機的分析與設計——賦能醫療電子無綫體域網及無綫個人網》 一、 內容概述 本書深入探討瞭超寬帶（UWB）調頻（FM）收發機的原理、關鍵技術、設計方法及其在醫療電子無綫體域網（WBAN）和無綫個人網（WPAN）領域的應用。旨在為讀者提供一個全麵、係統且具備前瞻性的技術指南，以應對日益增長的低功耗、高精度、短距離無綫通信需求，特彆是在對數據安全、隱私性和實時性有著嚴苛要求的醫療健康領域。 本書的內容結構緊湊，邏輯清晰，從基礎理論的引入，到關鍵技術環節的深入剖析，再到實際的設計與實現，最後落腳於具體的應用場景，層層遞進，力求為讀者構建一個完整而深刻的知識體係。 二、 核心技術與原理 1. 超寬帶（UWB）技術基礎： UWB的定義與特點： 詳細闡述UWB作為一種全新的無綫通信技術，其核心在於利用極寬的頻譜（通常為GHz級彆）來實現極短脈衝的傳輸。重點分析UWB的低功率譜密度、高數據傳輸速率、齣色的抗多徑能力、高定位精度以及優異的安全性等關鍵優勢，並將其與傳統窄帶通信技術進行對比，凸顯其獨特性。 UWB的頻譜劃分與應用： 介紹國際上對UWB頻譜的劃分原則和主要頻段，探討不同頻段在特定應用場景下的優勢和限製。 UWB的物理層關鍵技術： 深入解析UWB信號的産生方式，如脈衝無綫電（Impulse Radio, IR-UWB）和多載波UWB（Multi-band OFDM, MB-OFDM）等主流技術。詳細講解脈衝的編碼、調製（如PAM、PPM、PPM/PAM組閤等）以及時域和頻域的特徵。 2. 調頻（FM）在UWB中的應用： FM調製原理迴顧： 簡要迴顧經典的模擬調頻（FM）和數字調頻（FM）調製原理，為理解UWB-FM結閤奠定基礎。 UWB-FM收發機的優勢： 重點分析將FM調製技術引入UWB信號的必要性和優勢。探討FM調製如何與UWB的短脈衝特性相結閤，以實現更靈活的信號設計、更簡化的收發機結構、更強的抗乾擾能力以及在某些場景下更低的功耗。尤其強調FM在保持UWB固有優勢的同時，可能帶來的頻譜利用效率提升以及在特定應用中的適用性。 UWB-FM信號的時域與頻域特性： 詳細分析UWB-FM信號在時域上的脈衝形狀、周期以及頻率的變化規律，並在頻域上展示其寬頻譜特性，以及FM調製對頻譜分布的影響。 3. UWB-FM收發機的關鍵模塊分析： UWB信號産生模塊： 探討實現UWB脈衝信號産生的方法，包括振蕩器（如壓控振蕩器VCO）、脈衝整形電路（如微分器、積分器）以及驅動電路等。詳細分析不同電路拓撲對脈衝形狀、寬度和頻率的控製能力。 FM調製模塊： 講解如何將基帶信息信號（如醫療數據、控製信號）加載到UWB脈衝的瞬時頻率上。分析壓控振蕩器（VCO）作為FM調製核心的實現方式，以及與之匹配的濾波器和耦閤電路。 UWB信號接收模塊： 剖析UWB-FM信號的接收流程，包括天綫、低噪聲放大器（LNA）、混頻器、中頻（IF）濾波器、解調器和基帶處理電路。重點分析UWB信號的窄脈衝對接收鏈路設計提齣的挑戰，以及如何通過高效的匹配濾波、時序恢復和數據判決來提高接收性能。 FM解調模塊： 詳細介紹UWB-FM信號的解調方法，如斜坡檢測器、鎖相環（PLL）解調器或數字解調技術。分析不同解調方式的優缺點及其在UWB-FM係統中的適用性。 基帶信號處理模塊： 探討接收到的基帶信號的後續處理，包括信號放大、濾波、模數轉換（ADC）、數據解碼、糾錯編碼（ECC）以及信息提取等。 三、 設計方法與優化策略 1. 電路設計與仿真： 器件選型： 詳細指導讀者如何根據UWB-FM收發機的性能指標（如工作頻率、帶寬、功耗、噪聲係數、綫性度等）來選擇閤適的半導體器件，包括高頻晶體管、二極管、電感、電容以及IC芯片等。 電路拓撲選擇： 深入分析不同電路拓撲在UWB-FM收發機中的優劣，例如直放式接收機、超外差接收機、零中頻（Zero-IF）接收機等，並結閤UWB-FM的特性進行比較和推薦。 PCB版圖設計： 強調UWB頻率下的PCB版圖設計的重要性，包括阻抗匹配、信號完整性、串擾抑製、接地策略以及電磁兼容性（EMC）等方麵的注意事項。 仿真工具應用： 指導讀者如何使用主流的電路仿真軟件（如ADS, Cadence, Spectre等）對設計的電路進行建模、仿真和性能分析，以驗證設計方案並指導優化。 2. 性能指標分析與優化： 靈敏度： 分析影響接收機靈敏度的關鍵因素，如噪聲係數（NF）、帶寬、匹配濾波器的性能等，並提齣優化策略。 動態範圍： 探討接收機在處理強弱信號時的能力，分析阻塞信號和互調失真對動態範圍的影響，以及如何通過增益控製、濾波器設計等手段來改善。 抗乾擾能力： 詳細分析UWB-FM收發機在復雜電磁環境下的抗乾擾機製，以及如何通過選擇閤適的調製方式、濾波器和信號處理算法來提高抗乾擾性能。 功耗優化： 針對醫療電子應用中低功耗的需求，詳細介紹功耗優化的方法，包括器件的低功耗設計、低功耗工作模式、動態電壓與頻率調整（DVFS）以及高效的電源管理等。 時序同步與定位精度： 探討UWB技術在精確測距和定位方麵的優勢，以及如何通過高精度時序同步算法和接收端的設計來最大化定位精度，這對於醫療監測尤為重要。 四、 醫療電子無綫體域網（WBAN）及無綫個人網（WPAN）應用 1. WBAN在醫療健康領域的應用： 概念與特點： 詳細闡述WBAN是指在人體周圍形成的一個小型無綫網絡，用於連接植入式、穿戴式或附近的醫療傳感器設備，實現對生理信號的實時監測。強調其在低功耗、低數據率、高可靠性和高安全性等方麵的需求。 UWB-FM在WBAN中的優勢： 重點分析UWB-FM收發機如何滿足WBAN的嚴苛要求。例如，UWB的短脈衝和窄帶寬特性有助於降低功耗和減少乾擾；FM調製可以簡化硬件設計，提高頻譜利用率；高精度定位能力可以用於患者的精確定位和醫療設備的追蹤；良好的安全性則能保護敏感的患者數據。 典型應用場景： 遠程生理信號監測： 如心電圖（ECG）、血壓、血氧、體溫、血糖等傳感器的無綫數據采集與傳輸，為慢性病管理、老年護理和術後康復提供支持。 植入式醫療設備通信： 如心髒起搏器、胰島素泵、神經刺激器等與外部控製設備的通信，實現參數設置、數據讀取和固件升級。 智能醫療器械連接： 如無綫連接的聽診器、血壓計、體溫計等，方便醫護人員進行數據采集和分析。 跌倒檢測與緊急呼叫： 利用UWB的定位和運動檢測能力，實現跌倒的自動檢測並觸發緊急求助信號。 醫療設備資産追蹤： 在醫院內部對醫療設備進行實時定位和追蹤，提高管理效率。 2. WPAN在個人及傢庭健康領域的應用： 概念與特點： WPAN是連接個人設備（如智能手機、平闆電腦、智能穿戴設備）的短距離無綫網絡，可以延伸至傢庭環境，實現設備間的互聯互通。 UWB-FM在WPAN中的應用： 智能傢居健康管理： 連接智能傢居中的健康監測設備（如智能體重秤、智能床墊、智能鏡子等），實現健康數據的集中管理和分析。 個性化健康助手： 通過智能手機或智能手錶等設備，配閤UWB-FM收發機，實現對個人健康信息的實時追蹤、運動分析和健康建議。 無綫醫療數據同步與共享： 將個人健康數據安全地同步到雲端或分享給醫生，方便遠程診斷和個性化治療。 增強現實（AR）/虛擬現實（VR）在健康應用中的支持： UWB的低延遲和高精度特性可以為AR/VR在醫療培訓、康復治療等領域的應用提供更好的用戶體驗。 3. 係統集成與互操作性： 與現有通信標準的兼容性： 討論UWB-FM係統如何與現有的Wi-Fi、藍牙、Zigbee等通信標準進行協同工作，以及在異構網絡環境下的互操作性問題。 協議棧設計： 介紹適用於WBAN和WPAN的UWB-FM協議棧設計，包括MAC層、網絡層和應用層，確保數據的可靠傳輸和有效的網絡管理。 安全性考量： 重點分析UWB-FM在醫療電子應用中的安全性需求，包括數據加密、認證、訪問控製和隱私保護等，並探討相應的安全機製和設計。 五、 未來展望 本書最後將展望UWB-FM收發機在醫療電子WBAN和WPAN領域未來的發展趨勢，例如： 更高的集成度與智能化： 討論將UWB-FM收發機集成到更小的芯片中，並賦予其更強的AI處理能力，實現更智能的健康監測和預警。 與其他新興技術的融閤： 如與5G/6G、人工智能、大數據等技術的結閤，構建更強大、更普惠的智慧醫療生態係統。 在更多前沿醫療領域的應用： 如手術機器人、遠程手術、個性化精準醫療等。 總結： 《超寬帶調頻收發機的分析與設計——賦能醫療電子無綫體域網及無綫個人網》是一本集理論深度、技術廣度與應用實踐於一體的專業著作。它不僅為研究人員和工程師提供瞭堅實的技術基礎和實用的設計方法，更為推動醫療電子和個人健康通信技術的發展貢獻瞭重要的參考價值。通過對UWB-FM收發機的深入剖析，本書將有力地支持無綫健康監測、遠程醫療和個性化健康管理等關鍵領域的技術創新和應用落地。

評分☆☆☆☆☆

這本書在設計流程的敘述上，給我一種“先有理論，再找應用”的倒置感，而不是當前工程師更傾嚮的“由應用需求驅動設計”的模式。例如，它在介紹如何設計一個用於高精度體溫傳感的UWB鏈路時，沒有首先明確指齣醫療級傳感所需的最小可分辨溫差（Equivalent Temperature Resolution）對應的精度要求，也沒有直接給齣實現該精度的所需時間分辨率或脈衝帶寬的量化指標。所有的設計參數似乎都是基於一個通用的UWB模型推導齣來的，缺乏與具體醫療參數（如血糖監測的實時性、心電信號采集的帶寬要求等）的強耦閤。這使得讀者很難將書中的數學公式直接轉化為實際的産品規格書。要讓這本書真正成為一本實用的設計手冊，它需要引入更多自頂嚮下（Top-Down）的設計實例，從具體的醫療需求齣發，反嚮推導齣收發機的關鍵指標，例如如何通過優化脈衝塑形來最大化信噪比（SNR），同時將功耗控製在微瓦級彆，這纔是超寬帶技術在可穿戴醫療設備中真正需要攻剋的難題。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和排版初看之下頗為專業，但深入閱讀後，我發現其對“調頻（FM）”這一概念的理解和應用似乎與當前UWB領域的主流技術路徑存在一定的認知錯位。當前UWB技術在實現高精度定位和低功耗通信時，更多地依賴於脈衝的超寬帶特性和時域分析，而非傳統的窄帶FM調製方案。雖然書中花費瞭不少篇幅討論瞭如何將FM技術融入到某些特定的超寬帶架構中，但這種結閤的必要性和優越性並未得到充分有力的論證。讀者很難從中獲得一個清晰的認知：為什麼在已經有成熟的脈衝重復頻率（PRF）調製或直接序列擴頻UWB方案時，我們還需要費力地去設計一個“超寬帶調頻收發機”？書中對相關技術指標的對比分析顯得不夠全麵和客觀。例如，在討論功耗和頻譜效率時，它似乎忽略瞭商業化産品中對兼容性的嚴格要求——UWB輻射功率必須遠低於噪聲水平，以避免乾擾現有窄帶係統。如果書中能更集中火力探討如何利用FM的某些獨特優勢來解決WBAN/WPAN中特有的安全性和抗竊聽問題，或許這本書的價值會顯著提升。目前的呈現更像是對兩種技術的簡單疊加，而非深度融閤後的創新。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書時，我發現它在係統架構的層次劃分上顯得有些陳舊。在討論醫療電子應用時，它似乎仍然主要圍繞著傳統的點對點通信模型進行展開，對於當前醫療物聯網的趨勢——即分布式、自組織網狀網絡（Mesh Networking）和動態頻譜共享（DSS）的概念涉獵不足。WBAN和WPAN的未來必然是多節點協同工作，需要收發機具備強大的網絡接入能力和智能的波束形成（Beamforming）能力，尤其是在涉及植入式設備時，多普勒效應導緻的頻率偏移和信道衰落需要更精妙的接收機設計來補償。書中對MIMO（多輸入多輸齣）技術在UWB-WBAN環境中的應用潛力提及甚少，這在提升數據吞吐量和鏈路可靠性方麵是至關重要的。一個真正麵嚮未來設計的收發機，必須內置高效率的能耗管理模塊，能夠根據數據傳輸的重要性動態調整發射功率和工作周期。本書如果能在這些更具前瞻性的網絡層和應用層接口上增加討論，它將更具參考價值。

評分☆☆☆☆☆

對於一個緻力於開發下一代無綫個人網（WPAN）解決方案的開發者而言，本書在電磁兼容性（EMC）和人體安全（SAR）評估方麵的論述力度實在不夠。超寬帶技術的一個核心優勢是其極低的發射功率，這本應是其在醫療應用中大獲全勝的關鍵。然而，書中對如何進行精確的SAR（比吸收率）計算，以及如何設計符閤國際嚴格標準的濾波和屏蔽結構，隻是泛泛而談。在實際的PCB設計層麵，UWB收發機對走綫阻抗控製、耦閤抑製的要求極高，這本書中缺乏對高頻PCB布局與走綫藝術的深入指導。我特彆希望看到關於如何設計多層闆堆疊結構以最小化地綫反彈噪聲（Ground Bounce）的實例，以及如何有效隔離發射和接收路徑，以防止大功率發射脈衝淹沒微弱的接收信號。這些都是決定一個原型闆能否成功通過認證並進入臨床試用的“生死綫”。現在看來，這本書更像是一份停留在設計原理階段的教科書，距離我們實際麵對的製造挑戰和規範遵循還有一段距離。

評分☆☆☆☆☆

作為一名長期關注前沿通信技術在健康領域應用的研究者，我最近終於拜讀瞭這本《超寬帶調頻收發機的分析與設計 針對醫療電子無綫體域網及無綫個人網》。首先必須承認，這本書的選題非常抓人眼球，它精準地落在瞭當前最具爆發潛力的兩個熱點——UWB（超寬帶）技術和醫療物聯網的交匯點上。然而，我閱讀下來，最大的感受是它在理論深度與工程實踐的銜接上，似乎留下瞭一些讓人略感遺憾的空間。例如，書中對UWB脈衝的生成與接收機製的闡述，雖然涵蓋瞭基本原理，但對於如何在高噪聲、低功耗要求的醫療環境中，設計齣具備足夠抗乾擾能力和精確測距性能的實際收發鏈路，缺乏更深入的係統級仿真和硬件實現層麵的剖析。特彆是關於多徑效應在人體附近復雜的非視距（NLOS）傳播環境中如何被有效抑製和利用，書中給齣的方案略顯保守，更側重於理論模型的推導，而不是針對特定醫療應用場景（如跌倒檢測或生命體徵監測）的優化算法探討。我期待看到更多關於軟硬件協同設計的案例，例如如何利用FPGA或專用ASIC來實現實時數字信號處理，以適應無綫體域網（WBAN）對極低延遲和高數據率的動態需求。總體而言，它是一本閤格的理論入門讀物，但對於希望將UWB技術快速落地到臨床環境的工程師來說，可能還需要查閱更多具體的標準化文檔和實測報告來彌補這方麵的不足。