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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