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伊朗胡森·贝赫Hussein Baher著 戴澜 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111512479

商品编码：29483686769

包装：平装

出版时间：2016-01-01

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

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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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

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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

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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

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文摘

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序言

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《电磁波的奥秘与通信系统的基石》 穿越看不见的海洋：探索信号的本质与应用 想象一下，我们生活的世界是一个由无数 invisible waves 构成的海洋。从广播电视的传播，到手机的通话，再到 Wi-Fi 的连接，甚至是你手中的遥控器，无不依赖着这些看不见的波——电磁波。它们承载着信息，跨越空间，连接着你我，构建起现代社会高效便捷的通信网络。本书将带领您深入探索电磁波的奇妙世界，揭示信号处理的核心原理，并展示它们如何在现代通信系统中发挥至关重要的作用，成为构建信息时代坚实基石的技术。 第一部分：电磁波的语言——信号的本质与变换 电磁波并非神秘莫测，它们是电场和磁场相互激发、相互传播的一种能量形式。本书将从最基础的物理概念出发，系统地阐述电磁波的产生、传播与接收过程。我们将深入浅出地介绍电磁波的频谱特性，理解不同频率的电磁波如何承载不同的信息，从低频的音频信号到高频的射频信号，再到更高频的微波和毫米波。 更重要的是，本书将聚焦于“信号”本身。信号是信息的载体，它可以是连续的模拟信号，也可以是离散的数字信号。我们将学习如何用数学的语言来描述和分析这些信号，包括信号的幅度、频率、相位等关键特征。您将了解到傅里叶变换、拉普拉斯变换等强大的数学工具，它们如同信号的“解剖刀”，能够将复杂的信号分解成基本的频率成分，揭示其内在的结构和规律。通过这些变换，我们可以深刻理解信号的频谱特性，为后续的信号处理奠定坚实的基础。 除了分析信号，我们还将学习如何对信号进行“加工”——信号的变换。这包括但不限于信号的滤波，去除噪声，提取有用信息；信号的调制，将信息“打包”到高频载波上，以便高效传输；以及信号的解调，从接收到的信号中“还原”原始信息。这些信号处理技术是实现可靠通信的关键，它们如同信号的“翻译官”和“快递员”，确保信息能够准确无误地从发送端传递到接收端。 第二部分：信号处理的艺术——从理论到实践 信号处理并非枯燥的理论推演，它是一门充满艺术的实践学科。本书将深入探讨各种核心的信号处理算法和技术，并结合实际应用场景进行讲解。 滤波技术： 学习如何设计和实现各种滤波器，如低通、高通、带通和带阻滤波器。您将了解它们如何应用于音频降噪，图像增强，以及通信系统中滤除干扰信号。我们将深入探讨数字滤波器，如FIR（有限脉冲响应）和IIR（无限脉冲响应）滤波器，以及它们的设计方法和性能评估。 调制与解调： 深入理解各种调制方式，包括幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM），以及更先进的数字调制技术，如ASK、FSK、PSK、QAM等。了解它们的工作原理，优缺点，以及在不同通信场景下的应用。同时，我们将学习相应的解调技术，如何从复杂的接收信号中精确地恢复出原始信息。 采样与量化： 对于数字信号的处理，采样和量化是不可或缺的步骤。本书将详细讲解奈奎斯特采样定理，以及过采样和欠采样的概念。您将理解量化误差的来源，以及如何通过增加量化位数来提高信号的精度。 相关与卷积： 学习如何利用相关和卷积来分析信号的相似性，以及系统对信号的响应。这些工具在信号检测，模式识别，以及系统辨识等领域有着广泛的应用。 现代信号处理技术： 介绍一些更前沿的信号处理技术，如自适应滤波，盲信号分离，以及小波变换等，这些技术在应对复杂多变的信号环境时展现出强大的能力。 本书将通过丰富的图示、清晰的数学推导和实际的案例分析，帮助读者建立对信号处理技术的直观理解。我们将不仅仅停留在理论层面，更会探讨这些技术在实际通信系统中的具体实现方式和面临的挑战。 第三部分：通信系统的基石——信号处理的应用 电磁波和信号处理的强大之处在于它们的广泛应用，尤其是在构建现代通信系统时，它们扮演着不可替代的角色。本书的第三部分将聚焦于这些实际应用，展示信号处理技术如何为我们构建起连接世界的通信网络。 无线通信系统： 从最基础的广播电视到我们手中不可或缺的手机，无线通信是信号处理技术最直接的应用领域。我们将探讨蜂窝通信系统（如2G、3G、4G、5G）的工作原理，包括多址技术（FDMA, TDMA, CDMA, OFDMA），信道编码，以及MIMO（多输入多输出）技术等。了解它们如何克服无线信道的衰落、干扰和噪声，实现高效稳定的通信。 卫星通信： 探索信号处理如何在远距离的卫星通信中发挥作用，包括信号的上行传输、卫星转发以及下行接收。我们将了解如何处理由于长距离传输带来的信号延迟和衰减问题。 光纤通信： 虽然光纤通信主要基于光信号，但其内部的信号处理技术与电磁波信号处理有着异曲同工之妙。我们将简要介绍光信号的调制、解调以及在光纤传输中的各种损耗和干扰的处理。 传感器网络与物联网（IoT）： 随着物联网的飞速发展，大量的传感器设备需要进行数据的采集、传输和处理。本书将探讨信号处理技术如何在这些资源受限的环境下，实现高效的数据采集和通信。 其他应用领域： 除了通信，信号处理技术还广泛应用于雷达、声纳、医学成像（如MRI, CT）、音频工程、图像处理、以及金融数据分析等众多领域。我们将通过一些典型的例子，展现信号处理技术的强大生命力。 本书并非一本简单的技术手册，它更希望成为您探索电磁波世界和信号处理奥秘的向导。我们鼓励读者带着好奇心去阅读，去思考，去实践。通过对本书内容的学习，您将不仅能够理解电磁波和信号处理的基本原理，更能洞察现代通信系统的运行机制，从而更好地理解我们所处的这个信息时代。无论您是电子工程专业的学生，还是对通信技术充满兴趣的爱好者，抑或是希望提升专业技能的工程师，本书都将为您提供一条清晰的学习路径，助您在这个充满活力的领域中不断前进。

评分☆☆☆☆☆

一直以来，我都被“芯片”这个词所吸引，它看似微小，却蕴含着无穷的智慧和巨大的能量，驱动着我们这个数字化的时代。《信号处理与集成电路》这本书的书名，让我觉得它触及到了芯片最核心的秘密——如何处理信号，以及如何用集成电路来实现这一切。我特别希望书中能够深入浅出地讲解一些关于集成电路的制造工艺和设计流程，比如光刻、刻蚀等，这些技术细节总是让我觉得非常神奇，它们是如何将抽象的设计转化为物理的电路？书中会不会介绍一些不同工艺节点下集成电路设计的特点和挑战？我还对书中关于测试和验证的部分很感兴趣，一块芯片是如何保证其设计是正确的，并且能够稳定可靠地工作？此外，我一直在关注着人工智能和机器学习的发展，它们在信号处理和集成电路领域也扮演着越来越重要的角色。我非常期待书中能有一些章节探讨如何将AI技术应用于信号处理算法的设计，或者如何利用AI来优化集成电路的设计和验证流程。这本书能否为我揭示芯片世界的更深层次的奥秘，让我对这个日新月异的行业有更全面的认识？

评分☆☆☆☆☆

对于我来说，一本好的技术书籍不仅要讲解理论，更重要的是要能够启发思考，引发更深层次的探索。《信号处理与集成电路》这本书，从书名上看，似乎是一本非常扎实的理论与实践相结合的书籍。我比较关注书中是否会涉及到一些前沿的信号处理技术，例如在通信领域，OFDM（正交频分复用）和 MIMO（多输入多输出）技术在现代无线通信中起着至关重要的作用，书中会对这些技术在集成电路中的实现进行详细的介绍吗？我希望能够从中学习到如何设计和优化这些复杂的信号处理算法，并将其高效地移植到集成电路中。同时，对于集成电路设计方面，我特别关注书中是否会介绍一些先进的低功耗设计技术和高可靠性设计方法。在当今对能源效率和产品稳定性的要求越来越高的背景下，这些技术显得尤为重要。例如，书中会不会探讨一些动态电压频率调整（DVFS）技术，或者如何通过电路拓扑和器件选择来降低功耗？另外，我也非常好奇书中是否会包含一些关于集成电路的知识产权保护和安全方面的内容，这是一个越来越受到关注的议题。这本书能否为我提供一些关于未来集成电路发展趋势的洞见，让我能够更好地把握行业的发展方向？

评分☆☆☆☆☆

我是一名初入模拟集成电路设计领域的研究生，对于《信号处理与集成电路》这本书，我更多的是从一个系统设计的角度去审视它。在我看来，信号处理理论是构建任何集成电路系统的基础，而集成电路则是实现这些信号处理功能的载体。我非常关注书中在模拟信号处理部分的讲解，特别是关于放大器、滤波器、振荡器等基本模拟电路模块的设计原理和性能分析。我期待书中能够详细介绍这些基础模块在实际集成电路中的实现方式，以及它们在不同应用场景下的权衡与选择。例如，对于低噪声放大器（LNA）的设计，书中会提供哪些关键的设计考虑因素和优化技巧？对于模拟滤波器，其传递函数的设计、元件的选择以及寄生参数的影响，书中又会如何阐述？同时，我也对书中关于数模混合信号处理的讲解抱有很大的期待。随着集成电路的不断发展，数模混合信号处理已成为许多高性能应用的关键。我希望这本书能够深入讲解ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）的设计原理、性能指标及其在实际电路中的应用。此外，书中关于功耗管理和噪声抑制等方面的讨论，对于我进行低功耗、高性能的模拟集成电路设计至关重要，我非常期待从中学习到宝贵的经验和方法。

评分☆☆☆☆☆

刚拿到这本《信号处理与集成电路》，这本书的包装设计就很有质感，厚实的纸张和清晰的排版，让人一看就觉得是本值得细细品味的书。我一直对电子世界的底层逻辑充满好奇，尤其是那些能够将抽象的信号转化为实际应用的集成电路，它们就像是现代科技的基石，无处不在却又神秘莫测。这本书的书名就精准地击中了我的兴趣点，我期待它能像一位经验丰富的工程师，带领我一步步深入信号的世界，理解那些跳动的脉冲、流淌的波形，是如何被巧妙地捕捉、分析、处理，并最终在集成电路中实现功能的。特别是那些复杂的算法和设计原理，希望这本书能用清晰易懂的方式呈现，让我这个非科班出身的读者也能有所领悟。我非常好奇书中会涉及哪些具体的信号处理技术，比如傅里叶变换、小波分析等等，它们在实际的集成电路设计中又扮演着怎样的角色？这本书会从理论到实践，为我揭开这层面纱吗？我对集成电路的设计流程也充满疑问，从概念的提出到最终芯片的诞生，这中间的每一个环节都充满了挑战和智慧。我期待这本书能够提供一些经典的案例分析，让我看到理论知识是如何在实际工程中落地生花的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，恰逢我最近在尝试一些基于FPGA的图像处理项目，深感信号处理和集成电路知识的重要性。尽管我已经在网上查阅了不少资料，但总觉得零散且不够系统。《信号处理与集成电路》这本书的出现，就像是为我搭建了一个坚实的知识框架。我对其中关于数字信号处理（DSP）部分的内容尤其感兴趣，它在现代通信、音频、视频等领域扮演着核心角色。我迫切想知道书中是如何讲解数字滤波器的设计与实现的，它们是如何从模拟信号的世界延伸到数字世界的？书中会不会对一些主流的DSP算法进行深入剖析，比如FFT（快速傅里叶变换），它的原理和在集成电路中的具体实现会是怎样的？我特别期待书中能提供一些实际的电路设计示例，能够结合理论讲解，让我明白如何将这些信号处理的理论转化为具体的硬件设计。同时，我对集成电路的设计流程也有很多困惑，比如如何进行逻辑综合、布局布线以及时序分析。我希望这本书能在我现有的知识基础上，更进一步地拓展我的视野，让我对高性能DSP芯片的设计和优化有一个更深入的了解，从而更好地指导我的FPGA项目实践，解决我在实际开发中遇到的瓶颈。