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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

10.3.7 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