iLAB Analog 类比电路设计、模拟测试与硬体除错 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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现代数字信号处理与嵌入式系统实现 面向前沿技术、工程实践与系统级思维的综合指南 本书旨在为读者提供一套全面、深入且极具实践指导意义的知识体系，涵盖现代数字信号处理（DSP）的核心理论、关键算法，以及这些算法在嵌入式系统平台上的高效实现技术。我们摒弃了对传统模拟电路理论的冗余探讨，而是聚焦于当前电子工程、通信技术、物联网（IoT）以及人工智能（AI）等领域的核心驱动力——数字域的信号分析与系统构建。 本书内容结构清晰，从基础的数学工具出发，逐步深入到复杂的系统架构设计，确保读者不仅理解“如何做”，更能洞悉“为何要这样做”。全书内容高度凝练，紧密贴合当前工业界对复合型人才的需求。 第一部分：数字信号处理核心理论与算法精讲 本部分致力于夯实读者在离散时间系统分析上的理论基础，并系统介绍在现代工程中不可或缺的经典与前沿DSP算法。 第一章：离散时间系统基础与Z变换 本章详尽阐述了离散时间信号的表示、采样理论的严谨性（包括奈奎斯特-香农采样定理的精确理解与实际应用中的限制），以及线性时不变（LTI）系统的离散化表示。重点在于Z变换的性质推导、收敛域的分析及其在系统稳定性和因果性判断中的关键作用。不同于传统的频域分析侧重于连续时间系统，本章深入探讨了数字域下的冲激响应、阶跃响应的计算方法，以及如何利用Z域多项式分解进行系统分析。 第二章：有限脉冲响应（FIR）与无限脉冲响应（IIR）滤波器设计 滤波器是DSP的基石。本章首先从理论上区分FIR和IIR滤波器的特性、优缺点，以及它们在资源消耗和相位特性上的权衡。 FIR设计： 详细介绍了窗函数法（如汉宁窗、海明窗、Blackman窗）在设计过程中的误差分析与优化。重点解析了频率采样法与Parks-McClellan算法（最优等波纹滤波器设计），展示如何精确控制通带与阻带的纹波水平。 IIR设计： 基于经典模拟滤波器（巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器）的频率变换技术，如双线性变换法（Bilinear Transformation），是本章的核心。详细讨论了预畸变（Pre-warping）技术对频率响应精确性的保持作用，以及在数字化过程中可能出现的极点映射问题及其解决方案。 第三章：离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT） DFT是连接时域与频域的桥梁。本章深入剖析了DFT的定义、周期性和共轭对称性。接下来的核心内容是快速傅里叶变换（FFT）算法，特别是蝶形运算（Butterfly Diagram）的结构。我们将从基-2（Radix-2）算法的分解原理出发，探讨对输入数据长度的限制，并介绍更具灵活性的混合基数FFT以及其在实际应用中对运算量和缓存访问效率的影响。此外，本章还将涉及DFT在频谱泄露、栅栏效应（Scalloping）问题上的应用与缓解措施。 第四章：自适应滤波与谱估计 本章面向更高级的应用场景，如噪声消除、信道均衡和回声消除。 自适应滤波： 详细讲解最小均方（LMS）算法和归一化LMS（NLMS）算法的迭代过程，侧重于步长参数（$mu$）的选择对收敛速度和稳态误差的影响。 谱估计： 区别经典（周期图法）与现代（子空间法）谱估计技术。重点分析了多重信号分类法（MUSIC）和特征分解法（ESPRIT）在提高频率分辨率和抑制噪声方面的优势。 第二部分：嵌入式系统与硬件加速实现 本部分将理论知识转化为可执行的系统，聚焦于现代高性能数字处理如何在资源受限的嵌入式环境中高效运行。 第五章：DSP架构与指令集优化 本章针对主流的DSP处理器（如TI C6000系列或类ARM Cortex-M7/R52的DSP扩展单元）进行架构解析。重点关注： 哈佛架构与并行处理单元： 乘加单元（MAC）的数量、数据路径宽度及其对吞吐量的决定性影响。 特殊指令集： 饱和运算、循环缓冲（Circular Buffer）机制、零开销循环（Zero-overhead Looping）等，这些是实现高效卷积和FFT的关键。 定点运算的挑战： 与浮点运算相比，定点运算在精度、动态范围和资源占用上的权衡，以及如何精确处理溢出和截断误差（量化噪声）。 第六章：高性能软件实现技巧 本章提供了一系列提升DSP算法执行效率的工程实践技巧。 数据结构优化： 讲解如何优化内存访问模式，以最大化L1/L2缓存的命中率，这对于递归滤波器和FFT算法至关重要。 编译器优化与内在函数（Intrinsics）： 如何利用编译器特定的优化标志（如 `-O3`, `-mfpu=neon`）以及直接调用底层DSP指令集（如SIMD/Vector化指令）来实现代码级别的加速。 流水线化与并发性： 探讨如何通过任务分解和软件流水线设计，使得数据采集、计算处理和结果输出能够并行执行，提高系统实时性。 第七章：实时操作系统（RTOS）与任务调度 对于复杂的嵌入式信号处理系统，RTOS是管理资源和保证时序的关键。本章分析了优先级反转、死锁等实时系统常见问题，并重点介绍了信号处理任务在RTOS中的调度策略（如固定优先级抢占式调度）。如何使用消息队列、信号量和事件标志组来实现数据流和控制流的可靠同步，是本章的实践核心。 第八章：FPGA与硬件加速概述（硬件描述语言视角） 虽然本书侧重于软件实现，但本章作为前沿展望，简要介绍了使用硬件描述语言（HDL）实现DSP算法的必要性。内容将聚焦于并行化和流水线化的设计理念在FPGA上的映射。讨论如何将FIR滤波器设计为专用的硬件卷积引擎，以及如何利用有限状态机（FSM）来控制数据流和控制流，以实现超越通用CPU的极高吞吐量。 总结 本书内容聚焦于数字信号的理论建模、算法选择与高性能嵌入式平台上的精确落地。它假设读者已具备基础的电子工程和微处理器知识，旨在培养读者从系统级需求出发，选择并优化最合适的数字处理技术，最终实现高可靠、低延迟的数字系统。全书注重算法的严谨推导与工程实现的可行性验证，是致力于现代通信、控制、自动化及嵌入式人工智能领域工程师的必备参考书。

第一章　射极接地放大器
第二章　集极接地放大器
第三章　基极接地放大器
第四章　放大器的串连和输入输出电阻的测量
第五章　差动型放大器和电流源
第六章　 运算放大器
第七章　音频振盪器
第八章　主动式泸波器
第九章　高频、中频、频率的产生和混合器
第十章　类比与数位的转换与交连
第十一章　频率锁相电路 PLL
第十二章　传感器与执行器

序言
　　
　　这本实作讲义，是针对同学在校实作，因时数不足，无法领会到类比电路在设计、建构、和除错等应有技能，进而影响到日后就业及面试上的困难。
 
　　作者早年毕业于台北工专，曾任教于母校十年。去国后先后任职于美国的 General Instruments、Texas Instruments 及 IBM 共 30 年。2005 年退休回国后，曾在金门技术学院，担任讲座教授共 5 年，暸解国内的教学及就业环境。
 
　　2012年，美国Digilent Inc. 推出 Analog Discovery Module，它是一个 Software Defined Instruments，在软体和PC的配合下，可以完成二部Arbitrary Waveform Generators、二部浮动式输入的示波器、16个Channels的Triggered Digital Analyzer和Pattern Generator、另外还有一个Network Analyzer、一个Spectrum Analyzer和二个一正一负5 V / 50 mA的电源。自此Module上巿以来，由于它的实用性质，加上对在校学生的优惠价，已被美国多所大学普遍採用。同时也引起了本人的注意。
 
　　基于这个Module，我写了一份报告及计划，给北科大的姚校长，感谢他的赞同和大力支助，除了拨款购买40个Modules，以供新学期一个实验班的40位学生使用之外，更提供多名工读生来协助加速实作原型板的制作，让这本讲义能提早付印。
 
　　实作讲义须借助于教师重点的引导。除了授课时间之外，完成课外实作部分，约需要8~12小时。这个实作课程，除了每週须缴验类似工程师笔记之外，同时还有期中及期末考试，借以反映同学对课程了解和吸收的程度。
 
　　实作讲义取名为 iLAB 的原因，是对于每一件实作，应聚合一切可能获得的工具，在最短的时间内，来帮助完成实作。譬如C/C++ Program帮助或加速计算、Simulator能帮助暸解电路的运作特性、Analog Discovery Module 能帮助硬体的测试和除错，并提供实作所需的各项讯号，对比并验证Simulator的预测。这种聚合 (Integrated) 各种软体和硬体的实作，最简单的名称就是iLAB了。
 
　　组成iLAB-Analog 共12章。每章都包括了简单的介绍，或计算。还有LTspice模拟测试，最后才是实作。同学们将会在这门课里，领悟到模拟测试与硬体实作，在哪些地方有差别，和差别的程度。每章内的范例、实作重点提示、参考资料、和最新的修正等，都登录在网路上，以便下载。

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说实话，我这人比较实际，看书最怕的就是那些讲理论讲得天花乱坠，但实际操作起来完全是另一回事的书。尤其是在电子工程这个领域，理论跟实践的鸿沟有时候真的挺大的。这本《iLAB Analog 类比电路设计、模拟测试与硬体除错》光看书名，就给我一种“接地气”的感觉。它强调了“模拟测试”和“硬体除错”，这正是很多初学者，甚至是一些有些经验的工程师都会感到头疼的地方。我记得我刚开始接触类比电路的时候，光是理解op-amp的各种工作状态就已经费了九牛二虎之力，更别说要自己设计一个稳定的、性能达标的电路了。有时候，仿真软件里的波形看起来很完美，但实际拿到手做的板子，往往会出现各种奇奇怪怪的问题，比如噪声太大、频率响应不理想、甚至根本就不工作。这时候，如果没有一套系统的除错方法，真的是叫天天不应，叫地地不灵。我非常期待这本书能够分享一些实用的、经过验证的硬体除错技巧，比如如何通过示波器、万用表等工具来定位问题，以及如何分析电路的异常表现，找到根本原因。另外，“类比电路设计”部分，我希望它能提供一些经典的电路设计范例，并且深入剖析这些范例的设计思路和考量，而不是简单地给出一堆公式。毕竟，学习最好的方式就是通过具体的例子来理解抽象的概念。如果这本书能做到这一点，那真的是一本值得深入研究的工具书。

评分☆☆☆☆☆

哈哈，最近在找一些关于类比电路设计的参考书，毕竟这个领域的东西真的太重要了，而且有时候感觉像是黑魔法一样，一个不小心就踩雷。偶然间看到这本《iLAB Analog 类比电路设计、模拟测试与硬体除错》，名字听起来就挺扎实的，不是那种浮夸的营销词汇。台湾的读者嘛，都知道学电的，类比绝对是个大坎，很多基础课程讲得都是皮毛，真到了实际操作，尤其是毕业设计或者进入职场，才发现自己有多菜。我当初毕业设计的时候，一个简单的滤波器就要调试到怀疑人生，那时候要是早点看到这本书，估计能省下不少头发。书名里的“模拟测试”和“硬体除错”尤其吸引我，因为理论再好，实操才是王道。很多时候，我们以为自己设计得天衣无缝，仿真结果也好看得不得了，结果一上板子就傻眼了，各种噪声、干扰、失真冒出来，那时候真的叫天天不应，叫地地不灵。所以，如果这本书能提供一些实在的、贴近实际的除错技巧和方法，那简直就是救星。我特别好奇它会不会讲到一些常见的设计陷阱，以及如何避免这些陷阱，比如元件的选择、PCB布局的考量等等。毕竟，类比电路的设计往往跟细节息息相关，一个不起眼的电容、电阻，或者走线的粗细，都可能对性能产生巨大的影响。希望这本书能像一本经验丰富的导师，手把手地教你如何把理论知识转化为实际可用的电路，并且在遇到问题时，知道该往哪里下手，而不是像无头苍蝇一样乱撞。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我一直觉得类比电路设计这块儿，真的是工程师的“内功”。现在很多东西都往数位化发展，好像类比电路就没那么热门了，但实际上，很多底层的东西，比如电源、传感器接口、射频等等，都离不开类比电路。这本《iLAB Analog 类比电路设计、模拟测试与硬体除错》的书名就很直接，目标明确。我特别好奇它对于“硬体除错”这块会讲到什么程度。我之前接触过的很多类比电路书，在硬体部分都比较含糊，最多告诉你“要小心PCB布局”，但具体怎么小心，怎么排查问题，就说得不多了。很多时候，电路设计的时候看着都很顺，仿真的数据也很好，结果一上板子，就开始出现各种奇怪的毛病，比如一个滤波器，你理论上算好了中心频率，结果实际做的东西，中心频率跑偏了，或者Q值不对。这时候，你可能需要去检查元件的容差，PCB的寄生参数，甚至是你焊接的手法都会有影响。所以，如果这本书能提供一些“踩坑”经验，告诉我们常见的类比电路问题出现在哪里，以及如何用最有效率的方式去找出问题所在，那这本书的价值就太大了。我特别想知道它会不会分享一些“独门秘籍”，或者是一些作者在实际工作中积累的宝贵经验，而不是千篇一律的教科书式的内容。毕竟，类比电路的调试，有时候真的需要一点“感觉”，而这种感觉，往往是靠经验积累起来的。

评分☆☆☆☆☆

一直觉得类比电路设计这块儿，是工程师“内功”的体现，因为它涉及到太多微妙的物理现象和元件特性。这本《iLAB Analog 类比电路设计、模拟测试与硬体除错》，光从书名看，就给了我一种“实在”的感觉。现在很多书都喜欢讲高大上的数位信号处理，但很多底层的东西，比如传感器接口、电源管理、射频前端等等，都离不开扎实的类比电路基础。我特别好奇它在“硬体除错”部分会讲到什么程度。我过去在学习类比电路的时候，经常会遇到一个困境：理论上自己设计得挺好，仿真软件也跑得没问题，结果一上到实际的电路板上，就各种不理想，要么噪声大，要么性能不稳定，要么干脆就不工作。这时候，我常常不知道该从何下手去排查问题。是元件的问题？是PCB布局的问题？还是测试方法的问题？所以，如果这本书能提供一些实操性强的除错技巧和方法，比如如何用示波器来分析噪声源，如何判断元件的性能是否达标，甚至是如何优化PCB布局来减少寄生效应，那这本书的价值就无法估量了。我希望它能分享一些作者在实际工程经验中积累下来的“经验之谈”，而不是那些在教科书里随处可见的通用理论。毕竟，类比电路的设计和调试，往往是经验和直觉相结合的过程，而这些，往往比理论公式更难得。

评分☆☆☆☆☆

我对这本《iLAB Analog 类比电路设计、模拟测试与硬体除错》的书名，第一印象就是“有料”。现在的电子技术发展这么快，很多时候我们都沉浸在数位信号处理的乐趣里，但其实，很多最基础、最核心的东西，还是源自于类比的世界。而且，类比电路的设计，跟数位电路最大的不同在于，它对实际的物理特性、元件特性、甚至周围环境都有很高的敏感度。我曾经在做个低噪声放大器的时候，为了解决一个底噪问题，折腾了好久，最后发现是因为PCB上的一个电容耦合了外部的电源噪声，而这个细节，在仿真的时候根本就体现不出来。所以，看到书名里有“模拟测试”和“硬体除错”，我眼前一亮。我希望这本书不仅仅是讲理论，更重要的是能教我们如何在实际的硬件中去验证设计，并且在出现问题的时候，能够有条理地去分析和解决。类比电路的除错，有时候真的很像在“寻宝”，你需要一层一层地剥开，找到那个隐藏在背后的“罪魁祸首”。我尤其期待书中能提供一些具体的案例分析，比如某个实际电路出现的典型问题，以及作者是如何一步一步地定位和解决的。这样的内容，对我来说比单纯的理论公式更有价值。毕竟，书本上的理论只是一个起点，真正的功力，往往体现在解决实际问题的时候。