微弱信号检测PDF电子书下载

第1章 微弱信号检测与随机噪声 1

1．1 微弱信号检测概述 1

1．2 常规小信号检测方法 2

1．2．1 滤波 3

1．2．2 调制放大与解调 5

1．2．3 零位法 7

1．2．4 反馈补偿法 8

1．3 随机噪声及其统计特征 9

1．3．1 随机噪声的概率密度函数 10

1．3．2 随机噪声的均值、方差和均方值 11

1．3．3 随机噪声的相关函数与协方差函数 12

1．3．4 随机噪声的功率谱密度函数 18

1．4 常见随机噪声 21

1．4．1 白噪声与有色噪声 21

1．4．2 窄带噪声 23

1．5 随机噪声通过电路系统的响应 28

1．5．1 随机噪声通过线性系统的响应 28

1．5．2 非平稳随机噪声通过线性系统的响应 31

1．5．3 随机噪声通过非线性系统的响应 32

1．6 等效噪声带宽 36

1．6．1 等效噪声带宽的定义 36

1．6．2 等效噪声带宽的计算方法 37

第2章 放大器的噪声源和噪声特性 41

2．1 电子系统内部的固有噪声源 41

2．1．1 电阻的热噪声 42

2．1．2 PN结的散弹噪声 46

2．1．3 l／f噪声 47

2．1．4 爆裂噪声 49

2．2 放大器的噪声指标与噪声特性 50

2．2．1 噪声系数和噪声因数 50

2．2．2 级联放大器的噪声系数 52

2．2．3 放大器的噪声模型 54

2．2．4 放大器的噪声特性 56

2．3 二极管和双极型晶体管的噪声特性 61

2．3．1 半导体二极管的噪声模型 61

2．3．2 双极型晶体管的噪声模型 62

2．3．3 双极型晶体管的等效输入噪声 64

2．3．4 双极型晶体管的噪声因数频率分布 67

2．4 场效应管的噪声特性 70

2．4．1 场效应管的内部噪声源 71

2．4．2 场效应管的噪声等效电路与噪声特性 72

2．5 运算放大器的噪声特性 75

2．5．1 运算放大器的等效输入噪声模型 75

2．5．2 运算放大器的噪声性能计算 76

2．6 低噪声放大器设计 80

2．6．1 有源器件的选择 80

2．6．2 偏置电路与直流工作点选择 82

2．6．3 噪声匹配 86

2．6．4 反馈电路对噪声特性的影响 91

2．6．5 高频低噪声放大器设计考虑 94

2．7 噪声特性测量 96

2．7．1 噪声功率和有效值测量 96

2．7．2 噪声功率谱密度测量 101

2．7．3 噪声系数测量 104

2．7．4 其他噪声特性的测量和计算 110

第3章 干扰噪声及其抑制 114

3．1 环境干扰噪声 114

3．1．1 干扰噪声源 114

3．1．2 干扰噪声的频谱分布 119

3．2 干扰耦合途径 120

3．2．1 传导耦合 121

3．2．2 电场耦合 124

3．2．3 磁场耦合 127

3．2．4 电磁辐射耦合 132

3．3 屏蔽 133

3．3．1 场传播与波阻抗 134

3．3．2 屏蔽层的吸收损耗 136

3．3．3 屏蔽层的反射损耗 137

3．3．4 屏蔽效果分析 141

3．4 电缆屏蔽层接地 147

3．4．1 电缆屏蔽层和芯线之间的耦合 147

3．4．2 电缆屏蔽层接地抑制电场耦合噪声 149

3．4．3 电缆屏蔽层接地抑制磁场耦合噪声 152

3．4．4 屏蔽层接地点的选择 155

3．5 电路接地 157

3．5．1 电路的接地方式 157

3．5．2 放大器输入信号回路接地 159

3．6 其他噪声抑制技术 163

3．6．1 隔离 163

3．6．2 共模扼流圈 165

3．6．3 信号线和电源线的抗干扰措施 167

第4章 锁定放大 171

4．1 概述 171

4．2 相敏检测 173

4．2．1 模拟乘法器型相敏检测器 173

4．2．2 电子开关型相敏检测器 182

4．3 锁定放大器的组成与部件 185

4．3．1 锁定放大器的基本组成与部件 185

4．3．2 正交矢量型锁定放大器 190

4．3．3 外差式锁定放大器 191

4．3．4 微机化数字式相敏检测器 193

4．4 旋转电容滤波及其在锁定放大器中的应用 195

4．4．1 旋转电容滤波器的工作原理 195

4．4．2 基于旋转电容滤波器的同步外差锁定放大器 200

4．5 锁定放大器的性能指标与动态协调 204

4．5．1 锁定放大器的主要性能指标 204

4．5．2 动态范围与动态协调 206

4．6 锁定放大器应用 208

4．6．1 阻抗测量 208

4．6．2 放大器噪声系数测量 212

4．6．3 其他应用 214

第5章 取样积分与数字式平均 218

5．1 取样积分的基本原理 218

5．1．1 线性门积分 219

5．1．2 指数式门积分 221

5．2 指数式门积分器分析 222

5．2．1 取样过程频域分析 222

5．2．2 指数式门积分器电路频域分析 224

5．2．3 指数式门积分器的输出特性 225

5．2．4 指数式门积分的信噪改善比 227

5．3 取样积分器的工作方式 228

5．3．1 定点工作方式 228

5．3．2 扫描工作方式 230

5．4 取样积分器的参数选择及应用 234

5．4．1 取样积分器的参数选择 234

5．4．2 基线取样与双通道取样积分器 237

5．4．3 多点取样积分器系统 239

5．4．4 取样积分器应用实例 241

5．5 数字式平均 243

5．5．1 数字式平均的原理及实现 244

5．5．2 数字式平均的信噪改善比 245

5．5．3 数字式平均的频域分析 247

5．5．4 数字式平均算法 250

第6章 相关检测 255

6．1 概述 255

6．2 相关函数的实际运算及误差分析 258

6．2．1 相关函数的实际运算 258

6．2．2 运算误差分析 259

6．3 相关函数算法及实现 261

6．3．1 递推算法 262

6．3．2 继电式相关算法 263

6．3．3 极性相关算法 265

6．3．4 其他相关算法 267

6．4 相关函数峰点位置跟踪 269

6．5 相关检测应用 271

6．5．1 噪声中信号的恢复 271

6．5．2 延时测量 277

6．5．3 泄漏检测 278

6．5．4 运动速度测量 280

6．5．5 流速测量 281

6．5．6 系统辨识 286

第7章 自适应噪声抵消 291

7．1 自适应噪声抵消原理 291

7．1．1 简述 291

7．1．2 基于最小MSE准则的自适应噪声抵消原理 293

7．1．3 自适应FIR维纳滤波器 295

7．2 最陡下降法 297

7．2．1 最陡下降法的递推公式 297

7．2．2 最陡下降法的性能分析 298

7．3 最小均方算法 302

7．3．1 LMS算法的原理 303

7．3．2 LMS算法的性能分析 304

7．4 其他自适应算法 310

7．4．1 归一化LMS算法 310

7．4．2 LMS符号算法 312

7．5 卡尔曼滤波 314

7．5．1 标量信号的卡尔曼滤波 315

7．5．2 向量信号的卡尔曼滤波 320

7．6 自适应滤波器应用 323

7．6．1 消除心电图的工频干扰 323

7．6．2 胎儿心电图检测 325

7．6．3 涡街流量检测中机械振动噪声的抑制 326

7．6．4 窄带信号和宽带信号的分离 327

7．6．5 自适应回声抵消 328

附录A 常用常数 331

附录B 线性二端口网络的噪声模型 333

附录C 磁场在薄屏蔽层中的多次反射 335

参考文献 337