国际信息工程先进技术译丛 信号处理与集成电路PDF电子书下载

第一部分 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 通带和阻带的最平坦化响应 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 最大平坦延迟响应 45

3.7 无源滤波器 47

3.8 有源滤波器 50

3.9 MATLAB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

3.10 MATLAB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

5.3 IIR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 最大平坦群延迟响应 93

5.5 FIR滤波器 95

5.5.1 精确的线性相位特征 95

5.5.2 傅里叶系数滤波器设计 101

5.5.3 最优约束数量下的单调振幅响应 109

5.5.4 通带和阻带中的最优等纹波响应 110

5.6 IIR和FIR滤波器的比较 114

5.7 MATLAB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 最优设计 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

6.10 MATLAB软件的使用 164

6.11 小结 165

习题 165

7 随机信号和功率谱 166

7.1 绪论 166

7.2 随机变量 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 模拟随机过程 169

7.3.1 随机过程统计 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 随机信号的功率谱 174

7.3.6 线性系统信号 178

7.4 离散时间随机过程 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、系统建模与最佳滤波器 215

9.4 最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 采用最小均方误差梯度算法的自适应滤波 225

9.6.3 最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

10 MOS晶体管与集成电路工艺 234

10.1 绪论 234

10.2 MOS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

10.2.4 PMOS晶体管和CMOS电路 241

10.2.5 耗尽型MOSFET 242

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

10.3.7 MOSFET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

10.5 MOSFET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

11.2 MOS有源电阻和负载器件 253

11.3 MOS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

11.6 CMOS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

12.4 CMOS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

13.2 CMOS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 293

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

14.2 MOS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

14.3 MOS开关 312

14.3.1 一种简单的开关电路 312

14.3.2 时钟馈通 313

14.3.3 CMOS开关：传输门 314

14.4 MOS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 最大动态范围缩放 351

16.6 最小电容缩放 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 案例分析：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