iLAB Analog 類比電路設計、模擬測試與硬體除錯 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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現代數字信號處理與嵌入式係統實現 麵嚮前沿技術、工程實踐與係統級思維的綜閤指南 本書旨在為讀者提供一套全麵、深入且極具實踐指導意義的知識體係，涵蓋現代數字信號處理（DSP）的核心理論、關鍵算法，以及這些算法在嵌入式係統平颱上的高效實現技術。我們摒棄瞭對傳統模擬電路理論的冗餘探討，而是聚焦於當前電子工程、通信技術、物聯網（IoT）以及人工智能（AI）等領域的核心驅動力——數字域的信號分析與係統構建。 本書內容結構清晰，從基礎的數學工具齣發，逐步深入到復雜的係統架構設計，確保讀者不僅理解“如何做”，更能洞悉“為何要這樣做”。全書內容高度凝練，緊密貼閤當前工業界對復閤型人纔的需求。 第一部分：數字信號處理核心理論與算法精講 本部分緻力於夯實讀者在離散時間係統分析上的理論基礎，並係統介紹在現代工程中不可或缺的經典與前沿DSP算法。 第一章：離散時間係統基礎與Z變換 本章詳盡闡述瞭離散時間信號的錶示、采樣理論的嚴謹性（包括奈奎斯特-香農采樣定理的精確理解與實際應用中的限製），以及綫性時不變（LTI）係統的離散化錶示。重點在於Z變換的性質推導、收斂域的分析及其在係統穩定性和因果性判斷中的關鍵作用。不同於傳統的頻域分析側重於連續時間係統，本章深入探討瞭數字域下的衝激響應、階躍響應的計算方法，以及如何利用Z域多項式分解進行係統分析。 第二章：有限脈衝響應（FIR）與無限脈衝響應（IIR）濾波器設計 濾波器是DSP的基石。本章首先從理論上區分FIR和IIR濾波器的特性、優缺點，以及它們在資源消耗和相位特性上的權衡。 FIR設計： 詳細介紹瞭窗函數法（如漢寜窗、海明窗、Blackman窗）在設計過程中的誤差分析與優化。重點解析瞭頻率采樣法與Parks-McClellan算法（最優等波紋濾波器設計），展示如何精確控製通帶與阻帶的紋波水平。 IIR設計： 基於經典模擬濾波器（巴特沃斯、切比雪夫、橢圓濾波器）的頻率變換技術，如雙綫性變換法（Bilinear Transformation），是本章的核心。詳細討論瞭預畸變（Pre-warping）技術對頻率響應精確性的保持作用，以及在數字化過程中可能齣現的極點映射問題及其解決方案。 第三章：離散傅裏葉變換（DFT）及其快速算法（FFT） DFT是連接時域與頻域的橋梁。本章深入剖析瞭DFT的定義、周期性和共軛對稱性。接下來的核心內容是快速傅裏葉變換（FFT）算法，特彆是蝶形運算（Butterfly Diagram）的結構。我們將從基-2（Radix-2）算法的分解原理齣發，探討對輸入數據長度的限製，並介紹更具靈活性的混閤基數FFT以及其在實際應用中對運算量和緩存訪問效率的影響。此外，本章還將涉及DFT在頻譜泄露、柵欄效應（Scalloping）問題上的應用與緩解措施。 第四章：自適應濾波與譜估計 本章麵嚮更高級的應用場景，如噪聲消除、信道均衡和迴聲消除。 自適應濾波： 詳細講解最小均方（LMS）算法和歸一化LMS（NLMS）算法的迭代過程，側重於步長參數（$mu$）的選擇對收斂速度和穩態誤差的影響。 譜估計： 區彆經典（周期圖法）與現代（子空間法）譜估計技術。重點分析瞭多重信號分類法（MUSIC）和特徵分解法（ESPRIT）在提高頻率分辨率和抑製噪聲方麵的優勢。 第二部分：嵌入式係統與硬件加速實現 本部分將理論知識轉化為可執行的係統，聚焦於現代高性能數字處理如何在資源受限的嵌入式環境中高效運行。 第五章：DSP架構與指令集優化 本章針對主流的DSP處理器（如TI C6000係列或類ARM Cortex-M7/R52的DSP擴展單元）進行架構解析。重點關注： 哈佛架構與並行處理單元： 乘加單元（MAC）的數量、數據路徑寬度及其對吞吐量的決定性影響。 特殊指令集： 飽和運算、循環緩衝（Circular Buffer）機製、零開銷循環（Zero-overhead Looping）等，這些是實現高效捲積和FFT的關鍵。 定點運算的挑戰： 與浮點運算相比，定點運算在精度、動態範圍和資源占用上的權衡，以及如何精確處理溢齣和截斷誤差（量化噪聲）。 第六章：高性能軟件實現技巧 本章提供瞭一係列提升DSP算法執行效率的工程實踐技巧。 數據結構優化： 講解如何優化內存訪問模式，以最大化L1/L2緩存的命中率，這對於遞歸濾波器和FFT算法至關重要。 編譯器優化與內在函數（Intrinsics）： 如何利用編譯器特定的優化標誌（如 `-O3`, `-mfpu=neon`）以及直接調用底層DSP指令集（如SIMD/Vector化指令）來實現代碼級彆的加速。 流水綫化與並發性： 探討如何通過任務分解和軟件流水綫設計，使得數據采集、計算處理和結果輸齣能夠並行執行，提高係統實時性。 第七章：實時操作係統（RTOS）與任務調度 對於復雜的嵌入式信號處理係統，RTOS是管理資源和保證時序的關鍵。本章分析瞭優先級反轉、死鎖等實時係統常見問題，並重點介紹瞭信號處理任務在RTOS中的調度策略（如固定優先級搶占式調度）。如何使用消息隊列、信號量和事件標誌組來實現數據流和控製流的可靠同步，是本章的實踐核心。 第八章：FPGA與硬件加速概述（硬件描述語言視角） 雖然本書側重於軟件實現，但本章作為前沿展望，簡要介紹瞭使用硬件描述語言（HDL）實現DSP算法的必要性。內容將聚焦於並行化和流水綫化的設計理念在FPGA上的映射。討論如何將FIR濾波器設計為專用的硬件捲積引擎，以及如何利用有限狀態機（FSM）來控製數據流和控製流，以實現超越通用CPU的極高吞吐量。 總結 本書內容聚焦於數字信號的理論建模、算法選擇與高性能嵌入式平颱上的精確落地。它假設讀者已具備基礎的電子工程和微處理器知識，旨在培養讀者從係統級需求齣發，選擇並優化最閤適的數字處理技術，最終實現高可靠、低延遲的數字係統。全書注重算法的嚴謹推導與工程實現的可行性驗證，是緻力於現代通信、控製、自動化及嵌入式人工智能領域工程師的必備參考書。

第一章　射極接地放大器
第二章　集極接地放大器
第三章　基極接地放大器
第四章　放大器的串連和輸入輸齣電阻的測量
第五章　差動型放大器和電流源
第六章　 運算放大器
第七章　音頻振盪器
第八章　主動式濾波器
第九章　高頻、中頻、頻率的産生和混閤器
第十章　類比與數位的轉換與交連
第十一章　頻率鎖相電路 PLL
第十二章　傳感器與執行器

序言
　　
　　這本實作講義，是針對同學在校實作，因時數不足，無法領會到類比電路在設計、建構、和除錯等應有技能，進而影響到日後就業及麵試上的睏難。
 
　　作者早年畢業於颱北工專，曾任教於母校十年。去國後先後任職於美國的 General Instruments、Texas Instruments 及 IBM 共 30 年。2005 年退休迴國後，曾在金門技術學院，擔任講座教授共 5 年，暸解國內的教學及就業環境。
 
　　2012年，美國Digilent Inc. 推齣 Analog Discovery Module，它是一個 Software Defined Instruments，在軟體和PC的配閤下，可以完成二部Arbitrary Waveform Generators、二部浮動式輸入的示波器、16個Channels的Triggered Digital Analyzer和Pattern Generator、另外還有一個Network Analyzer、一個Spectrum Analyzer和二個一正一負5 V / 50 mA的電源。自此Module上巿以來，由於它的實用性質，加上對在校學生的優惠價，已被美國多所大學普遍採用。同時也引起瞭本人的注意。
 
　　基於這個Module，我寫瞭一份報告及計劃，給北科大的姚校長，感謝他的贊同和大力支助，除瞭撥款購買40個Modules，以供新學期一個實驗班的40位學生使用之外，更提供多名工讀生來協助加速實作原型闆的製作，讓這本講義能提早付印。
 
　　實作講義須藉助於教師重點的引導。除瞭授課時間之外，完成課外實作部分，約需要8~12小時。這個實作課程，除瞭每週須繳驗類似工程師筆記之外，同時還有期中及期末考試，藉以反映同學對課程瞭解和吸收的程度。
 
　　實作講義取名為 iLAB 的原因，是對於每一件實作，應聚閤一切可能獲得的工具，在最短的時間內，來幫助完成實作。譬如C/C++ Program幫助或加速計算、Simulator能幫助暸解電路的運作特性、Analog Discovery Module 能幫助硬體的測試和除錯，並提供實作所需的各項訊號，對比並驗證Simulator的預測。這種聚閤 (Integrated) 各種軟體和硬體的實作，最簡單的名稱就是iLAB瞭。
 
　　組成iLAB-Analog 共12章。每章都包括瞭簡單的介紹，或計算。還有LTspice模擬測試，最後纔是實作。同學們將會在這門課裏，領悟到模擬測試與硬體實作，在哪些地方有差彆，和差彆的程度。每章內的範例、實作重點提示、參考資料、和最新的修正等，都登錄在網路上，以便下載。

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一直覺得類比電路設計這塊兒，是工程師“內功”的體現，因為它涉及到太多微妙的物理現象和元件特性。這本《iLAB Analog 類比電路設計、模擬測試與硬體除錯》，光從書名看，就給瞭我一種“實在”的感覺。現在很多書都喜歡講高大上的數位信號處理，但很多底層的東西，比如傳感器接口、電源管理、射頻前端等等，都離不開紮實的類比電路基礎。我特彆好奇它在“硬體除錯”部分會講到什麼程度。我過去在學習類比電路的時候，經常會遇到一個睏境：理論上自己設計得挺好，仿真軟件也跑得沒問題，結果一上到實際的電路闆上，就各種不理想，要麼噪聲大，要麼性能不穩定，要麼乾脆就不工作。這時候，我常常不知道該從何下手去排查問題。是元件的問題？是PCB布局的問題？還是測試方法的問題？所以，如果這本書能提供一些實操性強的除錯技巧和方法，比如如何用示波器來分析噪聲源，如何判斷元件的性能是否達標，甚至是如何優化PCB布局來減少寄生效應，那這本書的價值就無法估量瞭。我希望它能分享一些作者在實際工程經驗中積纍下來的“經驗之談”，而不是那些在教科書裏隨處可見的通用理論。畢竟，類比電路的設計和調試，往往是經驗和直覺相結閤的過程，而這些，往往比理論公式更難得。

评分☆☆☆☆☆

老實說，我一直覺得類比電路設計這塊兒，真的是工程師的“內功”。現在很多東西都往數位化發展，好像類比電路就沒那麼熱門瞭，但實際上，很多底層的東西，比如電源、傳感器接口、射頻等等，都離不開類比電路。這本《iLAB Analog 類比電路設計、模擬測試與硬體除錯》的書名就很直接，目標明確。我特彆好奇它對於“硬體除錯”這塊會講到什麼程度。我之前接觸過的很多類比電路書，在硬體部分都比較含糊，最多告訴你“要小心PCB布局”，但具體怎麼小心，怎麼排查問題，就說得不多瞭。很多時候，電路設計的時候看著都很順，仿真的數據也很好，結果一上闆子，就開始齣現各種奇怪的毛病，比如一個濾波器，你理論上算好瞭中心頻率，結果實際做的東西，中心頻率跑偏瞭，或者Q值不對。這時候，你可能需要去檢查元件的容差，PCB的寄生參數，甚至是你焊接的手法都會有影響。所以，如果這本書能提供一些“踩坑”經驗，告訴我們常見的類比電路問題齣現在哪裏，以及如何用最有效率的方式去找齣問題所在，那這本書的價值就太大瞭。我特彆想知道它會不會分享一些“獨門秘籍”，或者是一些作者在實際工作中積纍的寶貴經驗，而不是韆篇一律的教科書式的內容。畢竟，類比電路的調試，有時候真的需要一點“感覺”，而這種感覺，往往是靠經驗積纍起來的。

评分☆☆☆☆☆

我對這本《iLAB Analog 類比電路設計、模擬測試與硬體除錯》的書名，第一印象就是“有料”。現在的電子技術發展這麼快，很多時候我們都沉浸在數位信號處理的樂趣裏，但其實，很多最基礎、最核心的東西，還是源自於類比的世界。而且，類比電路的設計，跟數位電路最大的不同在於，它對實際的物理特性、元件特性、甚至周圍環境都有很高的敏感度。我曾經在做個低噪聲放大器的時候，為瞭解決一個底噪問題，摺騰瞭好久，最後發現是因為PCB上的一個電容耦閤瞭外部的電源噪聲，而這個細節，在仿真的時候根本就體現不齣來。所以，看到書名裏有“模擬測試”和“硬體除錯”，我眼前一亮。我希望這本書不僅僅是講理論，更重要的是能教我們如何在實際的硬件中去驗證設計，並且在齣現問題的時候，能夠有條理地去分析和解決。類比電路的除錯，有時候真的很像在“尋寶”，你需要一層一層地剝開，找到那個隱藏在背後的“罪魁禍首”。我尤其期待書中能提供一些具體的案例分析，比如某個實際電路齣現的典型問題，以及作者是如何一步一步地定位和解決的。這樣的內容，對我來說比單純的理論公式更有價值。畢竟，書本上的理論隻是一個起點，真正的功力，往往體現在解決實際問題的時候。

评分☆☆☆☆☆

哈哈，最近在找一些關於類比電路設計的參考書，畢竟這個領域的東西真的太重要瞭，而且有時候感覺像是黑魔法一樣，一個不小心就踩雷。偶然間看到這本《iLAB Analog 類比電路設計、模擬測試與硬體除錯》，名字聽起來就挺紮實的，不是那種浮誇的營銷詞匯。颱灣的讀者嘛，都知道學電的，類比絕對是個大坎，很多基礎課程講得都是皮毛，真到瞭實際操作，尤其是畢業設計或者進入職場，纔發現自己有多菜。我當初畢業設計的時候，一個簡單的濾波器就要調試到懷疑人生，那時候要是早點看到這本書，估計能省下不少頭發。書名裏的“模擬測試”和“硬體除錯”尤其吸引我，因為理論再好，實操纔是王道。很多時候，我們以為自己設計得天衣無縫，仿真結果也好看得不得瞭，結果一上闆子就傻眼瞭，各種噪聲、乾擾、失真冒齣來，那時候真的叫天天不應，叫地地不靈。所以，如果這本書能提供一些實在的、貼近實際的除錯技巧和方法，那簡直就是救星。我特彆好奇它會不會講到一些常見的設計陷阱，以及如何避免這些陷阱，比如元件的選擇、PCB布局的考量等等。畢竟，類比電路的設計往往跟細節息息相關，一個不起眼的電容、電阻，或者走綫的粗細，都可能對性能産生巨大的影響。希望這本書能像一本經驗豐富的導師，手把手地教你如何把理論知識轉化為實際可用的電路，並且在遇到問題時，知道該往哪裏下手，而不是像無頭蒼蠅一樣亂撞。

评分☆☆☆☆☆

說實話，我這人比較實際，看書最怕的就是那些講理論講得天花亂墜，但實際操作起來完全是另一迴事的書。尤其是在電子工程這個領域，理論跟實踐的鴻溝有時候真的挺大的。這本《iLAB Analog 類比電路設計、模擬測試與硬體除錯》光看書名，就給我一種“接地氣”的感覺。它強調瞭“模擬測試”和“硬體除錯”，這正是很多初學者，甚至是一些有些經驗的工程師都會感到頭疼的地方。我記得我剛開始接觸類比電路的時候，光是理解op-amp的各種工作狀態就已經費瞭九牛二虎之力，更彆說要自己設計一個穩定的、性能達標的電路瞭。有時候，仿真軟件裏的波形看起來很完美，但實際拿到手做的闆子，往往會齣現各種奇奇怪怪的問題，比如噪聲太大、頻率響應不理想、甚至根本就不工作。這時候，如果沒有一套係統的除錯方法，真的是叫天天不應，叫地地不靈。我非常期待這本書能夠分享一些實用的、經過驗證的硬體除錯技巧，比如如何通過示波器、萬用錶等工具來定位問題，以及如何分析電路的異常錶現，找到根本原因。另外，“類比電路設計”部分，我希望它能提供一些經典的電路設計範例，並且深入剖析這些範例的設計思路和考量，而不是簡單地給齣一堆公式。畢竟，學習最好的方式就是通過具體的例子來理解抽象的概念。如果這本書能做到這一點，那真的是一本值得深入研究的工具書。