∑△ A/D转换技术在信号调理中的应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:菲利普

出品人:

页数:227

译者:

出版时间:2006-12

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787030182487

丛书系列:

图书标签:

• 专业书
• A/D转换
• 信号调理
• 模拟电路
• 数字电路
• 电子工程
• 数据采集
• 传感器
• 精密测量
• 嵌入式系统
• 电路设计

信号调理与数据采集系统设计：从理论到实践的全面解析 导言： 在现代电子系统和自动化领域中，精确、可靠地获取和处理模拟信号是至关重要的基础环节。无论是工业控制、医疗设备、环境监测，还是消费电子产品，原始的物理信号（如温度、压力、光照、声波等）都必须经过一系列前端处理，才能被数字系统准确识别和利用。这套前端处理流程，即信号调理（Signal Conditioning），是连接物理世界与数字大脑的桥梁。 本书旨在为工程师、技术人员和相关专业的学生提供一个深入且实用的指南，全面覆盖信号调理和数据采集系统的设计、实现与优化。我们将聚焦于如何构建一个稳健、高精度、低噪声的信号处理链，确保数据的完整性和可靠性。本书内容严格围绕信号调理的各个关键环节展开，不涉及特定的模拟数字转换（A/D转换）技术细节，而是专注于前端模拟信号的预处理、优化与适配。 --- 第一部分：信号调理基础与系统架构 本部分为理解整个信号处理链奠定坚实的基础，深入剖析了为什么需要信号调理，以及构成一个完整调理系统的基本模块。 第一章：信号调理的必要性与基本概念 传感器输出的挑战： 探讨传感器信号的固有特性——微弱、高阻抗、共模噪声、漂移和非线性等问题，阐述这些特性对后续数字处理的负面影响。 调理系统的目标： 定义信号调理的四大核心目标：放大、滤波、隔离和线性化。 信号链的结构化分析： 绘制并分析一个典型的信号采集系统框图，明确信号调理模块在整个链条中的位置和作用，强调其作为第一道防线的关键性。 性能指标的基石： 介绍影响调理系统性能的关键参数，如精度（Accuracy）、分辨率（Resolution）、带宽（Bandwidth）、稳定性和漂移（Drift）。 第二章：信号源特性分析与接口设计 准确地识别和匹配信号源是调理设计的第一步。 传感器类型概述与输出模型： 详细分类介绍热电偶、应变片、压力传感器、光电传感器等常见传感器的输出特性（电压源、电流源、电荷输出）。 阻抗匹配与负载效应： 深入分析源阻抗与输入阻抗之间的关系，阐述不匹配导致的信号衰减和失真，并介绍如何通过缓冲级（Buffer Stage）解决高阻抗问题。 信号标准与规范： 讨论工业和实验室中常用的标准信号格式（如4-20mA电流环、0-10V电压信号），以及如何设计接口电路以兼容这些标准。 --- 第二部分：核心调理模块的深度剖析 本部分将分解信号调理电路中的核心功能模块，重点讲解运算放大器（Op-Amp）在这些模块中的应用，以及如何根据应用需求选择合适的器件和拓扑结构。 第三章：信号放大技术与增益结构 放大是信号调理中最常见也是最关键的一步，需要精确控制增益而不引入额外噪声。 基本放大器配置的重新审视： 回顾反相、同相、差分放大器的基本原理，并重点分析其输入阻抗、共模抑制比（CMRR）的实际影响。 可编程增益放大器（PGA）的应用： 讨论PGA的设计优势，特别是在处理动态范围较大的信号场景中的必要性。介绍固定增益和可变增益的设计考量。 噪声优化与低噪声放大器（LNA）的选择： 分析噪声源（热噪声、闪烁噪声）在放大过程中如何被引入和叠加，并指导读者如何根据信号频率和幅度选择低输入电压噪声密度或低输入电流噪声密度的运算放大器。 精确的直流（DC）和交流（AC）增益实现： 讨论如何利用精密电阻网络实现高稳定性的增益设置。 第四章：滤波技术在信号调理中的应用 滤波是消除干扰和限制带宽，保护后续电路的关键步骤。 噪声与干扰的频谱分析： 学习如何通过傅里叶分析识别信号中的有用带宽和有害干扰频率（如电源50/60Hz及其谐波）。 低通滤波器的设计与实现： 详细介绍一阶、二阶巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）等经典滤波器拓扑的元件值计算、响应特性分析，以及有源滤波器和无源滤波器的优劣对比。 高通与带阻滤波器的作用： 讨论如何利用高通滤波器去除直流偏置或缓慢漂移的基线信号，以及如何使用陷波滤波器（Notch Filter）针对性地抑制特定频率干扰。 抗混叠滤波器的设计原则： 虽然不涉及A/D转换技术本身，但必须详细阐述抗混叠滤波器的截止频率选择、滚降要求及其在信号链中的位置重要性。 第五章：信号线性化与失真校正 现实世界的传感器信号往往是非线性的，这需要在调理阶段进行修正。 非线性源的分析： 探讨传感器本身的非线性、元件的公差导致的非线性（如电阻温度系数的影响）。 线性化技术概述： 介绍查表法（Look-Up Table, LUT）在硬件中的初步实现思路，以及使用多项式拟合（Polynomial Fitting）来构建补偿电路的基础概念。 信号削波与保护： 设计齐纳二极管、钳位电路等保护机制，防止过载信号损坏后续精密电路。 --- 第三部分：高级调理与系统集成 本部分关注在复杂环境中保证信号完整性的高级技术，以及如何将各个模块有效地组合成一个可靠的系统。 第六章：信号隔离与接地策略 在工业和医疗应用中，共模电压和地电位差是主要的信号破坏者。 共模电压与差模电压的分离： 深入讲解差分放大器如何最大化地抑制共模信号，并分析影响CMRR的实际因素（元器件匹配）。 电隔离技术基础： 介绍光耦（Optocoupler）和隔离放大器（Isolation Amplifier）的工作原理，及其在隔离高压环境信号或生物电信号时的应用场景。 精密接地设计： 详细讨论单点接地、星形接地、混合接地法的适用性。强调如何管理信号地、数字地和电源地之间的电流回路，以最小化地噪声耦合。 第七章：系统级设计与元器件选择实践 本章是理论到实践的桥梁，指导读者进行实际的电路板布局和系统集成。 电源系统的质量对调理的影响： 阐述电源纹波（Ripple）如何耦合到信号路径，讲解使用LDO（低压差线性稳压器）和DC/DC转换器时的噪声控制技术。 PCB布局与走线技术： 讨论关键的PCB设计原则，包括敏感模拟信号线与噪声数字信号线的隔离、屏蔽（Shielding）技术的应用、返回路径的优化以及元件的物理布局对噪声性能的决定性影响。 系统级误差预算（Error Budgeting）： 教授如何将单个模块的规格（如放大器的输入失调电压、漂移、噪声）累加起来，构建一个可接受的整体系统误差预算，以确保最终输出精度满足设计要求。 总结： 本书提供了一条清晰的路径，从理解微弱模拟信号的局限性开始，逐步构建、优化和验证一个高性能的信号调理前端。通过对放大、滤波、线性化和隔离等核心环节的精细化处理，读者将掌握设计出能够可靠地将物理世界转化为数字世界所需信息的关键技能。本书专注于模拟前端的处理艺术与工程实践，是构建任何高精度数据采集系统的必备参考。

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作为一名在嵌入式系统开发领域摸爬滚打多年的工程师，我深知信号调理的重要性，它常常是项目成功的关键，却也常常被忽视。这本书的名字——∑△ A/D转换技术在信号调理中的应用，直接击中了我的痛点。我一直在寻找一本能够系统性梳理 A/D 转换和信号调理之间关系的著作。很多时候，我们拿到传感器输出的信号，可能伴随着各种干扰，比如电源噪声、地线噪声、电磁干扰等等，这些都可能严重影响 A/D 转换的精度。而信号调理，就是一种“驯服”这些野性信号的过程。我希望这本书能够详细讲解如何设计有效的抗干扰电路，如何进行精密滤波以去除不需要的频率分量，以及如何根据被测信号的特点来选择合适的放大器和运放电路。特别是“∑△”这个符号，我猜测它暗示着书中可能对Σ-Δ型 A/D 转换器有深入的探讨，这种转换器以其高分辨率和低成本的优势，在许多精密测量领域有着广泛的应用。我很想了解它在信号调理方面的具体优势，以及如何配合特定的前端电路来实现最佳的测量效果。这本书的出版，无疑为我们这些在实际工程中遇到类似问题的开发者提供了宝贵的参考。

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我是一名对仪器仪表设计充满热情的学生，平时喜欢钻研各种测量原理和技术。这本书的标题——∑△ A/D转换技术在信号调理中的应用，让我感到非常好奇。从标题来看，它似乎是聚焦于 A/D 转换技术本身，并且强调了其在信号调理这一关键环节的应用。我一直认为，无论是多么先进的 A/D 转换器，如果前端的信号调理做得不好，其性能都将大打折扣。我希望能在这本书中看到关于信号调理的基本概念和重要性，以及各种信号调理电路的设计原则。特别是“∑△”这个符号，让我联想到 Σ-Δ 调制器，这是一种在高分辨率 A/D 转换中应用广泛的技术。我很想了解 Σ-Δ 转换器在信号调理过程中扮演的角色，以及如何通过合理的信号调理电路来充分发挥其高精度、低噪声的优势。书中是否会包含一些具体的电路图、设计步骤，甚至是相关的仿真分析？这些内容如果能有，那将对我理解和掌握 A/D 转换技术在实际应用中的复杂性非常有帮助。

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最近在研究生物医学信号采集系统，对其中涉及的模拟前端设计感到非常困惑。传感器输出的信号往往非常微弱，而且容易受到肌电、心电等干扰的影响。在这种情况下，精确的 A/D 转换和有效的信号调理就显得尤为重要。看到这本书的题目——∑△ A/D转换技术在信号调理中的应用，我顿时眼前一亮。我一直对 Σ-Δ 调制器在高精度 A/D 转换中的应用很感兴趣，而信号调理更是整个信号链的基石。我非常希望这本书能详细介绍如何针对不同类型的生物信号，设计出低噪声、高共模抑制比的模拟前端电路。例如，如何有效地去除电源纹波对信号的影响？如何设计滤波器来分离不同频段的信号？如何处理传感器与前端电路之间的阻抗不匹配问题？我对书中是否会涉及到一些具体的应用案例，比如 ECG（心电图）、EEG（脑电图）等信号的采集和处理，充满了期待。如果书中能够提供一些实际的设计流程和关键参数的计算方法，那将对我目前的研究工作有巨大的帮助。

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这本书的封面设计真是太别致了！∑△ 这个希腊字母与 A/D 转换技术结合，再加上“信号调理”，光是看书名就充满了科学探索的意味。我一直对信号处理领域非常感兴趣，尤其是在实际应用层面，能够将理论知识转化为解决问题的工具。这本书的标题直接点出了核心内容——A/D 转换技术在信号调理中的应用。我猜想，这本书不仅仅是罗列 A/D 转换器的技术参数和选型指南，更重要的是会深入探讨 A/D 转换过程中可能遇到的各种挑战，以及如何通过有效的信号调理技术来优化数据采集的质量。例如，在低噪声环境下采集微弱信号时，前端的放大、滤波、阻抗匹配等信号调理环节至关重要，它们直接决定了 A/D 转换器能否捕捉到真正有用的信息。我很期待书中能够详细阐述这些预处理的原理和实现方法，或许会包含一些具体的电路设计实例，甚至是使用特定软件进行仿真分析的案例。当然，了解不同类型的 A/D 转换器（如逐次逼近型、Σ-Δ 型、流水线型等）的特性，以及它们在不同应用场景下的优势与劣势，也是我非常想学习的部分。这本书的出现，感觉就像是为我打开了一扇通往更高精度、更可靠数据采集世界的大门。

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作为一名长期从事电子测量设备研发的技术人员，我深知信号的“纯净度”对于最终测量结果的准确性至关重要。很多时候，我们面临的挑战是如何从充满噪声的原始信号中提取出我们真正关心的信息。这本书的题目，∑△ A/D转换技术在信号调理中的应用，恰恰触及了这个问题。我非常看重它在“信号调理”方面的侧重，因为这涉及到如何对原始信号进行预处理，使其更适合 A/D 转换器进行数字化。特别是“∑△”这个符号，似乎暗示着该书会重点介绍 Σ-Δ 型 A/D 转换器，这类转换器在需要极高分辨率的测量场合，如音频、精密仪器等领域，有着不可替代的地位。我期待书中能够详细阐述针对 Σ-Δ A/D 转换器，如何设计有效的模拟前端，包括低噪声放大、精细滤波、抗干扰等技术。如何选择合适的滤波器类型、设计滤波器的截止频率和阶数，以及如何处理电源噪声和地线噪声，这些都是我在工作中经常遇到的难题。如果书中能提供一些针对特定应用场景（如传感器信号采集、通信信号处理等）的信号调理方案和设计实例，那将对我的工作具有极大的指导意义。

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