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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：29658064567

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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《电子系统设计精要：从理论到实践的深度探索》 内容简介 本书是一部旨在为读者构建扎实电子系统设计基础的深度力作。它系统性地阐述了现代电子系统设计中至关重要的理论原理、核心技术以及实践方法，旨在帮助读者全面理解并掌握从概念到成品的全过程。全书以严谨的逻辑结构和清晰的语言，带领读者深入探索数字信号处理、模拟电路设计、微控制器原理、嵌入式系统开发以及集成电路（IC）基础等关键领域，并强调理论与实践相结合的重要性。 第一部分：数字信号处理的基石 本部分将从数字信号处理（DSP）的本质出发，逐步深入其核心概念。读者将首先接触到离散时间信号与系统，理解信号的采样、量化与编码过程，以及傅里叶变换、Z变换等数学工具在分析离散时间系统中的应用。我们将详细解析离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT），揭示其在频谱分析、滤波器设计等方面的强大威力。 接着，本书将聚焦于数字滤波器设计。读者将学习如何设计无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器，理解不同设计方法的优缺点，以及如何根据应用需求选择合适的滤波器类型和设计参数。我们将通过丰富的实例，演示滤波器设计过程中的关键步骤，并介绍实际应用中可能遇到的挑战及解决方案。 此外，本部分还将涵盖抽样定理、混叠现象及其消除方法，以及脉冲编码调制（PCM）等关键概念，为读者打下坚实的数字信号处理基础，为后续更复杂的系统设计奠定理论基石。 第二部分：模拟电路设计的艺术 模拟电路是构成一切电子系统的基础，本部分将对模拟电路的设计原理进行全面而深入的剖析。我们将从基本电子元器件（如电阻、电容、电感、二极管、三极管、场效应管）的特性与应用入手，建立读者对这些构建块的深刻理解。 随后，本书将重点讲解运算放大器（Op-amp）的理论与应用。读者将深入学习运算放大器的理想模型、各种反馈配置（如同相放大器、反相放大器、加法器、减法器），以及如何利用运算放大器构建滤波器、振荡器、比较器等功能电路。我们将详细分析运算放大器在实际应用中可能遇到的非理想因素，如输入偏置电流、输入失调电压、有限的开环增益、有限的带宽等，并提供相应的处理方法。 本书还将涵盖各种模拟信号处理电路的设计，包括但不限于低通、高通、带通和带阻滤波器，以及各种类型的信号发生器和调制解调电路。我们将重点介绍电路的稳定性分析、噪声抑制技术以及频率响应优化方法，帮助读者设计出高性能、高可靠性的模拟电路。 第三部分：微控制器与嵌入式系统的构建 微控制器（MCU）是实现嵌入式系统智能化的核心，本部分将带领读者走进微控制器和嵌入式系统的世界。我们将首先介绍微控制器的基本架构，包括CPU、内存（RAM、ROM）、输入/输出（I/O）接口、定时器、中断控制器等关键组成部分。 随后，我们将重点讲解一款或几款主流微控制器的体系结构和指令集，并结合实际开发板，演示如何使用汇编语言或C语言进行嵌入式程序开发。读者将学习如何配置和使用微控制器的各种外设，如GPIO、ADC、DAC、SPI、I2C、UART等，并理解中断处理机制的工作原理。 本书还将深入探讨嵌入式系统的软件开发流程，包括软件架构设计、实时操作系统（RTOS）的应用、驱动程序编写、应用程序开发以及调试技术。我们将通过实例，演示如何构建一个完整的嵌入式系统，涵盖从硬件选型、软件设计到系统集成与测试的全过程。 第四部分：集成电路（IC）基础与设计流程 集成电路是现代电子技术的基石，本部分将为读者揭示集成电路的奥秘。我们将从半导体材料的基本性质出发，介绍PN结、MOSFET等晶体管的工作原理，为理解IC的内部结构奠定基础。 本书将详细介绍数字集成电路的基本逻辑门电路，如AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR等，以及如何利用这些基本门电路构建更复杂的组合逻辑和时序逻辑电路，如加法器、寄存器、计数器、状态机等。 同时，我们将对模拟集成电路的基本设计理念进行介绍，如放大器、滤波器、振荡器等在IC中的实现方式。读者将了解MOSFET在模拟电路设计中的重要作用，以及如何进行偏置、稳定性和性能优化。 本书还将概述集成电路的设计流程，包括概念设计、逻辑设计（RTL）、综合、布局布线（Place and Route）、物理验证以及流片（Fabrication）等关键环节。虽然本书不深入探讨具体的EDA工具和先进的设计技术，但将为读者提供一个宏观的视角，理解IC从设计到制造的完整过程。 第五部分：系统级设计与实践挑战 本部分将超越单个模块的局限，聚焦于整个电子系统的设计与集成。我们将探讨不同模块（数字信号处理、模拟电路、微控制器）如何协同工作，构成一个完整的电子系统。 本书将深入讨论系统级功耗管理、信号完整性、电磁兼容性（EMC）等关键的设计挑战。我们将介绍功耗优化的策略，如时钟门控、低功耗模式等；讲解信号完整性问题，如串扰、反射、损耗等，以及相应的分析和改善方法；并阐述电磁兼容性设计的基本原则和测试要求。 此外，本书还将强调测试与验证的重要性。我们将讨论单元测试、集成测试、系统测试等不同层级的测试方法，以及如何利用仿真和原型开发来加速验证过程。 总结 《电子系统设计精要：从理论到实践的深度探索》旨在为有志于投身电子设计领域的工程师、学生和技术爱好者提供一份全面而深入的指南。本书内容涵盖了电子系统设计中的核心理论、关键技术和实践方法，通过理论讲解与案例分析相结合的方式，帮助读者构建扎实的专业知识体系，提升解决实际工程问题的能力。本书适合作为高等院校电子信息工程、自动化、计算机科学等相关专业的教材或参考书，同时也是工程师提升专业技能、应对复杂项目挑战的宝贵资源。本书力求内容详实，逻辑清晰，语言易懂，希望能成为读者在电子系统设计道路上的一盏明灯。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格透露出一种老派的、扎实的学术精神，没有太多花哨的语言，每一个句子似乎都承载着明确的信息量。我个人非常欣赏作者对于数学严谨性的坚持，尽管这让初学者望而却步，但对于有一定基础的工程师来说，这正是安全感和可靠性的来源。我特别关注了其中关于高速串行通信接口（如LVDS）中信号完整性章节的论述。作者没有停留在眼图（Eye Diagram）的定性分析上，而是引入了传输线理论和阻抗匹配的精确计算方法，甚至连PCB走线的介电常数对时序抖动（Jitter）的影响都有涉及。这种层层剥茧的分析方法，使得读者能够真正掌握底层物理现象，而不是仅仅停留在使用现成的设计工具层面。当我将书中的某些设计准则应用到我的调试工作中时，我发现系统的裕量（Margin）明显增大，可靠性得到了显著提升。这本书就像一位经验丰富的老工程师，不厌其烦地在你耳边解释每一个设计决策背后的物理意义，让你从根本上建立起对信号处理和集成电路设计的敬畏之心。

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这本书的排版和插图质量，绝对是业内顶尖水准。在讲解复杂的系统架构时，作者总能恰到好处地插入清晰的方框图和流程图，这些图示的逻辑性极强，往往比大段的文字描述更能直击要害。我特别喜欢它在讨论低噪声放大器（LNA）设计时的那几幅对比图，清晰地展示了不同反馈结构对输入阻抗匹配和噪声系数的影响。很多教材在处理这类复杂主题时，往往会因为追求篇幅或成本而牺牲图形质量，但这本书在这方面毫不妥协。此外，书中对各种设计权衡（Trade-off）的讨论也极其到位。例如，在讨论ADC（模数转换器）的设计时，它没有简单地罗列出各项指标，而是深入剖析了速度、精度和功耗三者之间微妙的制衡关系，并给出了针对不同应用场景的优化策略。这种“辩证法”的讲解方式，使得读者在学习过程中，能够更早地建立起面向实际需求的工程思维，而不是死守单一指标的教条。这本书的细节处理，体现了出版方对专业内容的尊重。

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我是在准备一个关于嵌入式系统信号采集模块的毕业设计时，被我的导师“强力推荐”的。起初我还有些抵触，觉得它可能过于偏向基础理论，对我的项目帮助不大。然而，我很快就发现，这本书对于理解“信号链”的每一个环节是多么关键。从前端的传感器接口电路到后端的数字滤波算法，它提供了一个完整的、无缝衔接的知识框架。书中对于噪声源的识别和抑制，特别是共模抑制比（CMRR）的优化，提供了几个我之前从未接触过的巧妙电路技巧。更让我惊喜的是，它并没有脱离实际的工艺限制去空谈完美的理论。作者在介绍高速运算放大器（Op-Amp）时，会特别强调由于有限的转换速率（Slew Rate）和带宽限制，实际信号波形会产生何种失真，以及如何通过补偿网络来缓解这些问题。这种对“非理想世界”的深刻洞察，让这本书从一本优秀的教科书，升华为一本实用的工程参考手册。它教给我的不只是“怎么做”，更是“为什么会这样”，这种深层次的理解是无可替代的。

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这本书的封面设计简直是理工科的“艺术品”，那种深邃的蓝色背景配上简洁的白色字体，透露出一种严谨而又充满智慧的气息。我是在一个技术论坛上偶然看到有人推荐的，当时我对模拟电路的理解还停留在教科书的表面，总觉得那些公式和定律离实际应用总有一层看不见的墙。拿到手后，我立刻被它详实的内容所吸引。它不是那种冷冰冰的理论堆砌，而是通过大量的实际案例，将信号处理的抽象概念具象化。比如，书中对傅里叶变换在实际滤波设计中的应用讲解，深入浅出，即便是初次接触数字信号处理（DSP）的读者，也能很快抓住核心思想。尤其值得称赞的是，作者在讲解经典滤波器设计时，不仅给出了理论推导，还配有详细的参数设置指南，这对于工程实践者来说，简直是无价之宝。我记得我当时为了解决一个项目中遇到的高频噪声问题，翻阅了这本书的相应章节，发现书中对于某些特定噪声的抑制方法，比我之前使用的教材更加贴合工业标准。这本书的价值，就在于它架起了理论与工程之间的那座桥梁，让原本高冷的学术知识，变得触手可及，让人由衷感到“学有所用”。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，这本书的阅读体验是一次充满挑战但又极其丰厚的旅程。它不像市面上那些“快速入门”的读物，翻几页就能掌握皮毛。相反，它要求读者具备一定的数学基础和电路分析能力。我记得有一次，我在阅读关于锁相环（PLL）设计的那一章时，卡住了整整一个下午。书中的数学推导层层深入，每一步的逻辑衔接都非常紧密，稍微一走神就可能跟不上思路。但正是这种“硬核”的深度，让我感觉物超所值。每当我攻克一个难点，那种豁然开朗的感觉，是其他轻松读物无法给予的。作者对集成电路部分的描述尤其精彩，他没有止步于理想化的器件模型，而是深入探讨了在实际芯片制造过程中，寄生参数、功耗限制以及版图布局对信号完整性的影响。这种从“电路图”到“物理实现”的完整视角，极大地拓宽了我对电子系统设计的认知。读完后，我感觉自己看待任何一个电子设备时，都会下意识地去思考其内部信号是如何被塑形和保护的，这是一种思维模式上的深刻转变。