信号处理与集成电路

译者序

原书前言

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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最大平坦群延迟响应93

55FIR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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10MATLAB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

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

《Matlab数字信号处理与应用》是李正周编著的一本图书。数字信号处理概述、MATLAB信号处理工具、离散时间系统与Z变换、数字滤波器及其设计、平稳随机信号分析与处理、非平稳信号分析与处理、自适应信号分析与处理。该书主要介绍基于MATLAB R2006a的信号分析与处理的原理和应用。该书可作为高等学校数字信号处理等课程的教材或参考书，对于从事信号处理及相关领域的工程技术人员也具有重要的参考价值。

全书共分为7章:第1章对MATLAB R2006a的特点与MATALB的基本使用进行了介绍，第2章~第7章分别讲述了MATLAB中信号处理工具、MATLAB离散时间系统与Z变换、数字滤波器及其设计、平稳随机信号分析、非平稳信号分析与处理以及自适应信号分析与处理，并且每一章节都较详细地分析了包括雷达信号、图像信号和语音信号等信号处理综合应用实例。

本书内容结构合理，论述循序渐进，特别是盲信源分离和盲信道均衡的一些应用实例有利于启发读者联系实际，解决具体问题。

内容简介 近年来，盲信号处理的新概念、新技术迅速发展。盲信源分离和盲信道均衡是信号处理的两项重要任务。盲信源分离技术可以应用于阵列信号处理、医学信号处理、语音信号处理、图像信号处理以及其他信号处理领域。盲信道均衡的一个重要应用是恢复因信号通过信道传输而产生的失真信号，在数字通信中，以盲的方式消除码间干扰。

尽管盲信源分离和盲信道均衡以各自独立的模式发展，但是事实上它们之间具有密切的关系。本书共分5章:第1章介绍盲信号处理;第2章提供盲信号处理的理论基础;第3章研究盲信源分离;第4章考虑盲信道均衡;第5章讨论盲信源分离和盲信道均衡之间的关系。

本书可作为从事信号处理、图像处理、通信和计算机专业的高年级本科生和研究生的参考书，也可供相关领域的科研人员参考。