微弱信號檢測

目 錄第 1 章? 緒論 ………………………………………………………………………………… 11.1
微弱信號檢測的背景與概念 ……………………………………………………… 11.2
常規小信號檢測方法 ……………………………………………………………… 21.2.1
最常規方法—濾波 ………………………………………………………… 31.2.2
直流小信號檢測—調制放大解調 ………………………………………… 41.2.3
利用參考量—零位法 ……………………………………………………… 61.2.4
閉環檢測—反饋補償法 …………………………………………………… 71.3
微弱信號檢測的常用指標與方法 ………………………………………………… 8
思考與練習 ……………………………………………………………………………… 9
第 2 章? 隨機噪聲及其統計特性 ………………………………………………………102.1
電路噪聲的隨機特性—統計特性 ………………………………………………102.2
隨機噪聲的相關函數與功率譜密度函數 …………………………………………122.2.1
自相關函數 ……………………………………………………………………122.2.2
互相關函數與互協方差函數 …………………………………………………132.2.3
功率譜密度函數 ………………………………………………………………142.2.4
多噪聲源同時存在的情況 ……………………………………………………162.3
隨機噪聲特性 ………………………………………………………………………172.3.1
隨機噪聲時域幅度分布—高斯噪聲 ………………………………………172.3.2
常見隨機噪聲功率譜密度函數—白噪聲和有色噪聲 ……………………… 182.4
隨機噪聲通過線性時不變系統 ……………………………………………………212.5
等效噪聲帶寬 ………………………………………………………………………23
思考與練習 ………………………………………………………………………………25
第 3 章? 電路噪聲與低噪聲電路 ………………………………………………………263.1
固有噪聲的來源—元器件噪聲 …………………………………………………263.1.1
電阻噪聲特性 …………………………………………………………………263.1.2
電容和電感噪聲特性 …………………………………………………………323.1.3
二極管噪聲特性 ………………………………………………………………343.1.4
雙極型晶體管噪聲特性 ………………………………………………………353.1.5
場效應管噪聲特性 ……………………………………………………………40VI 微弱信號檢測
3.2 運算放大器噪聲 ……………………………………………………………………433.3
噪聲系數 ……………………………………………………………………………453.3.1
噪聲系數的定義 ………………………………………………………………453.3.2
最佳源電阻與最小噪聲系數 …………………………………………………473.3.3
放大器的極限靈敏度 …………………………………………………………473.3.4
級聯放大器的噪聲系數—弗裏斯公式 ……………………………………483.4
低噪聲電路的噪聲分析 ……………………………………………………………493.4.1
示例電路的噪聲分析 …………………………………………………………493.4.2
同相運算放大電路的噪聲分析 ………………………………………………543.4.3
反相運算放大電路的噪聲分析 ………………………………………………553.5
低噪聲電路設計 ……………………………………………………………………573.5.1
元器件的選擇 …………………………………………………………………573.5.2
噪聲匹配 ………………………………………………………………………59
思考與練習 ………………………………………………………………………………63
第 4 章? 幹擾及對幹擾的抑制 …………………………………………………………654.1
幹擾源及特性 ………………………………………………………………………654.2
幹擾耦合途徑及屏蔽方式 …………………………………………………………674.2.1
電場耦合幹擾與屏蔽 …………………………………………………………684.2.2
磁場耦合幹擾與屏蔽 …………………………………………………………694.2.3
傳導耦合、公共阻抗耦合與電源耦合 ………………………………………714.3
接地 …………………………………………………………………………………724.3.1
接地方式 ………………………………………………………………………724.3.2
地回路電流的影響及抑制 ……………………………………………………75
思考與練習 ………………………………………………………………………………78
第 5 章? 鎖定放大器 ………………………………………………………………………795.1
相關檢測概述 ………………………………………………………………………795.2
鎖定放大器中的相關結構 …………………………………………………………815.2.1
自相關檢測與互相關檢測 ……………………………………………………815.2.2
相關檢測中的頻譜搬移 ………………………………………………………855.2.3
相關器結構與特性 ……………………………………………………………865.2.4
相關器的性能參數 ……………………………………………………………935.2.5
典型相關器示例 ………………………………………………………………975.2.6
相關器變種：同步積分器與旋轉電容濾波器 ………………………………… 985.3
鎖定放大器的結構與特性 ……………………………………………………… 1125.3.1
鎖定放大器的結構 ………………………………………………………… 1135.3.2
鎖定放大器的性能指標與動態協調 ……………………………………… 1155.3.3
鎖定放大器的應用 ………………………………………………………… 122
目?錄 VII5.4 數字鎖定放大器 ………………………………………………………………… 134
思考與練習 …………………………………………………………………………… 139
第 6 章? 取樣積分器與數字多點平均器 …………………………………………… 140
6.1 取樣積分器 ……………………………………………………………………… 140
6.1.1 取樣積分的基本原理 ……………………………………………………… 141
6.1.2 取樣積分器的原理與特性 ………………………………………………… 147
6.1.3 取樣積分器的傳輸特性 …………………………………………………… 151
6.1.4 取樣積分器的參數選擇 …………………………………………………… 156
6.1.5 對取樣積分器的基線補償方法 …………………………………………… 160
6.2 數字多點平均器 ………………………………………………………………… 162
6.2.1 數字多點平均器的原理 …………………………………………………… 163
6.2.2 數字多點平均器的實現方式 ……………………………………………… 164
6.2.3 數字多點平均器的傳輸特性 ……………………………………………… 166
思考與練習 …………………………………………………………………………… 168
第 7 章? 隨機微弱信號的濾波檢測 ………………………………………………… 169
7.1 隨機微弱信號的最優濾波 ……………………………………………………… 170
7.1.1 維納濾波 …………………………………………………………………… 170
7.1.2 卡爾曼濾波 ………………………………………………………………… 176
7.2 隨機微弱信號的自適應濾波 …………………………………………………… 180
7.2.1 自適應橫向濾波器 ………………………………………………………… 180
7.2.2 最陡下降法 ………………………………………………………………… 185
7.2.3 最小均方算法 ……………………………………………………………… 187
思考與練習 …………………………………………………………………………… 189
附錄 A ……………………………………………………………………………………… 190