电子噪声与低噪声设计 高晋占 9787302435594 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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高晋占 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302435594

商品编码：29418634294

包装：平装

出版时间：2016-05-01

图书基本信息
图书名称	电子噪声与低噪声设计
作者	高晋占
定价	59.00元
出版社	清华大学出版社
ISBN	9787302435594
出版日期	2016-05-01
字数
页码	320
版次	1
装帧	平装
开本	16开
商品重量	0.4Kg

内容简介

电子噪声包括内部固有噪声和外部干扰噪声。电子噪声是影响检测系统性能的主要因素之一。在通信系统中，噪声可能导致信息传输错误。本书致力于利用噪声理论分析和解释电子系统中噪声的产生和传播问题，介绍各种噪声源相关的机制和模型，说明不同噪声的特性和传播方式，以及线性电路中的噪声分析方法和噪声特性测量方法，并详细介绍各种不同噪声的抑制方法，给出大量实例，总结出低噪声设计的规则和要点。本书可用作电子工程、自动化、测试技术与仪器等专业的本科生或研究生教材，也可供涉及电子噪声和电磁兼容性的工程技术人员参考。

作者简介

目录

编辑推荐

文摘

序言

章噪声基础 1.1噪声概述 1.1.1噪声定义与分类 1.1.2内部固有噪声和外部干扰噪声比较 1.1.3噪声的影响 1.2噪声的概率分析方法 1.3噪声的统计特征 1.3.1均值、方差与均方值 1.3.2相关函数与协方差函数 1.3.3功率谱密度函数 1.4常见噪声 1.4.1白噪声与有色噪声 1.4.2窄带噪声 1.5噪声通过电路系统的响应 1.5.1噪声通过线性系统的响应 1.5.2噪声通过非线性系统的响应 第2章电子系统中的固有噪声源 2.1热噪声 2.1.1热噪声的起源 2.1.2热噪声的特性 2.2扩散噪声 2.3散弹噪声 2.4量子噪声 2.5产生�哺春显肷�(G�睷噪声) 2.61/f噪声 2.7爆裂噪声 2.8雪崩噪声 第3章噪声参数与噪声分析 3.1功率和增益 3.1.1功率的各种常用定义 3.1.2资用功率和资用功率增益 3.1.3可交换功率和可交换功率增益 3.2等效噪声带宽 3.3线性一端口的噪声参数 3.3.1等效噪声电阻 3.3.2等效噪声温度 3.3.3其他噪声参数 3.4线性二端口的噪声模型与噪声参数 3.4.1En�睮n噪声模型及等效输入噪声电阻 3.4.2等效输入噪声温度 3.4.3工作噪声温度 3.4.4噪声系数 3.4.5噪声测度 3.5二端口噪声分析 3.5.1二端口的噪声模型变换 3.5.2等效噪声源相关时二端口的噪声分析 第4章电子器件噪声 4.1电阻噪声 4.1.1电阻的噪声机制与噪声指标 4.1.2低噪声电阻的选择 4.2电容、电感和电池噪声 4.3半导体二极管的噪声特性 4.4双极型晶体管(BJT)的噪声特性 4.4.1BJT的结构、等效电路和噪声源 4.4.2BJT的噪声参数 4.4.3BJT噪声的频率分布 4.5场效应管(FET)的噪声特性 4.5.1FET的结构与噪声源 4.5.2FET的噪声等效电路与噪声参数 4.6运算放大器的噪声特性 4.6.1运算放大器的等效输入噪声模型 4.6.2运算放大器噪声性能计算 4.7传感器电路噪声分析 第5章噪声性能测量 5.1噪声测量常用方法 5.2噪声测量中的检波器和平均器 5.3噪声功率和有效值的测量误差 5.4噪声功率谱密度测量 5.5二端口等效输入噪声测量 5.6噪声系数测量 5.7噪声温度测量 5.8其他噪声性能的测量和计算 5.9噪声发生器 第6章干扰噪声 6．1外部噪声源 6.1.1自然噪声源 6.1.2电磁噪声源 6.1.3静电噪声源 6.1.4非电起源的干扰噪声源 6.1.5干扰噪声的频谱分布 6．2干扰噪声耦合途径 6.2.1传导耦合 6.2.2电场耦合 6.2.3磁场耦合 6.2.4电磁辐射耦合 6.2.5耦合模式 第7章干扰噪声抑制方法 7.1电磁屏蔽 7.1.1场传播与波阻抗 7.1.2屏蔽层的吸收损耗 7.1.3屏蔽层的反射损耗 7.1.4屏蔽层中的多次反射 7.1.5屏蔽效能分析与综合 7.1.6影响屏蔽效能的其他因素 7.1.7屏蔽总结 7.2电缆屏蔽层接地 7.2.1电缆介绍 7.2.2电缆屏蔽层和芯线之间的耦合 7.2.3电缆屏蔽层接地抑制电场耦合噪声 7.2.4电缆屏蔽层接地抑制磁场耦合噪声 7.2.5电缆屏蔽层接地的实现 7.3电路接地 7.3.1接地概述 7.3.2电路的接地方式 7.3.3放大器输入信号回路接地 7.3.4防护屏蔽 7.4其他噪声抑制技术 7.4.1隔离 7.4.2共模扼流圈 7.4.3滤波 7.4.4铁氧体磁珠 7.4.5信号线和电源线的抗干扰措施 第8章减少干扰噪声发射的方法 8.1与交流供电有关的干扰噪声 8.2直流电源产生的噪声 8.2.1传统直流电源 8.2.2开关式电源 8.3机械触点开关产生的噪声 8.3.1辉光放电 8.3.2电弧放电 8.3.3触点保护基础 8.3.4触点保护网络 8.4数字电路发射的噪声 8.4.1感应噪声 8.4.2与时钟辐射相关的噪声 8.4.3电缆不匹配引起的反射 8.4.4直流电源的电流需求突变 8.5变压器噪声 8.6静电放电噪声 8.6.1静电积累 8.6.2静电放电 8.6.3ESD事件的预防和控制 第9章低噪声电路设计 9.1低噪声设计技术概述 9.2有源器件的选择 9.3直流工作点设置 9.4偏置电路低噪声设计 9.5噪声匹配 9.5.1附加电阻或电抗对噪声系数的影响 9.5.2调整工作点进行噪声匹配的局限性 9.5.3利用变压器实现噪声匹配 9.5.4有源器件并联法 9.6反馈 9.6.1反馈对噪声特性的影响 9.6.2不同组态反馈放大器噪声分析 9.7高频低噪声放大器设计考虑 9.8低噪声电路设计举例 9.9抑制干扰噪声的实用建议 附录常用常数 参考文献

电子噪声的迷雾与低噪声设计的奥秘 在纷繁复杂的电子世界里，信号如同生命的脉搏，承载着信息传递的重任。然而，在这精密运作的背后，一股无形的力量——电子噪声，时刻觊觎着，试图模糊信号的边界，吞噬数据的本质。它如同一层挥之不去的薄雾，遮蔽了信号的真实面貌；又似一场无声的侵蚀，削弱了系统的性能。理解电子噪声的起源、特性，并掌握规避与抑制它的低噪声设计之道，是每一个电子工程师追求卓越的必修课。 电子噪声：无处不在的扰动者 电子噪声并非单一的现象，而是多种物理机制共同作用的产物。它们在电路的各个环节中孕育而生，并以不同的形式表现出来，对电子系统的信噪比（SNR）产生深远影响。 热噪声（Johnson-Nyquist Noise）： 这是最普遍的电子噪声之一，源于导体中载流子（电子）的热运动。无论是否存在外加电压，只要导体存在温度，载流子就会随机运动，这种不规则的运动产生了微小的电流波动，从而表现为电压噪声。热噪声的功率谱密度是均匀的，即在很宽的频率范围内，噪声功率与频率无关。其均方根值与导体的电阻、温度和带宽成正比。在高温下或高电阻的电路中，热噪声的影响尤为显著。 散粒噪声（Shot Noise）： 这种噪声是由于电子在导体中的离散性以及在PN结等器件中的穿过量子化特性造成的。电子并非连续流动的流体，而是由一个个独立的粒子组成。当电子穿过势垒（如二极管的PN结）时，这种离散的到达时间会产生随机的电流波动。散粒噪声的功率谱密度同样是均匀的，其均方根值与直流电流的大小以及带宽成正比。因此，在低电流应用中，散粒噪声的影响相对较小，但在高频和高增益的电路中，它依然是不可忽视的干扰源。 闪烁噪声（Flicker Noise / 1/f Noise）： 相比于热噪声和散粒噪声，闪烁噪声的特性更为复杂，其功率谱密度与频率成反比，即频率越低，噪声功率越大，因此也被称为“1/f噪声”。这种噪声主要来源于半导体器件中的表面陷阱和体缺陷。当载流子在器件内部移动时，会与这些陷阱发生随机的捕获和释放过程，导致电荷数和迁移率的随机变化，从而产生低频的电流和电压噪声。闪烁噪声在直流和低频应用中尤为突出，对精密测量、传感器等系统造成严峻挑战。 陷波噪声（Generation-Recombination Noise）： 这种噪声与半导体材料中载流子的产生与复合过程有关。当电子和空穴在半导体材料中随机产生或复合时，会引起载流子浓度的局部随机波动，从而导致电流或电压的变化。陷波噪声的功率谱密度在一定频率范围内呈现一个“拐点”，并在更高频率处衰减。它与材料的特性、温度以及半导体器件的结构密切相关。 外部噪声（External Noise）： 除了器件内部产生的噪声，外部环境中的电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI）也是不可忽视的噪声来源。这些外部噪声可以通过空间耦合、传导耦合等方式侵入到电子系统中，影响信号的完整性。例如，开关电源的瞬态变化、电机的电磁辐射、甚至附近的无线电信号都可能成为外部噪声的源头。 低噪声设计：守护信号的纯净 在深刻理解了电子噪声的各种形态之后，工程师们便可以运用一系列精妙的设计策略来降低其对系统性能的负面影响。低噪声设计并非一蹴而就，而是贯穿于电路设计的每一个细节之中。 选择低噪声器件： 噪声的源头往往是元器件本身。因此，在设计初期，选择具有低噪声特性的元器件至关重要。例如，在放大器设计中，应优先选用低噪声系数（NF）的运算放大器或晶体管。低噪声电阻、低噪声电容等也应被纳入考量范围。对于特定的应用，甚至需要定制化的低噪声器件。 优化电路拓扑结构： 合适的电路结构能够有效地隔离和抑制噪声。例如，在信号采集前端，采用差分输入结构可以有效地抑制共模噪声；使用屏蔽层、接地网格等技术可以减少外部电磁干扰的侵入。对于高灵敏度的测量系统，采用零漂移技术、斩波放大器等可以有效降低闪烁噪声的影响。 精心的布局与布线： 物理布局和布线是降低噪声的关键环节。 接地设计： 良好的接地是降低噪声的基础。应采用单点接地或星型接地，避免地线环路，以减小地线阻抗和地线噪声的耦合。 电源去耦： 为每一个IC提供独立的电源去耦电容，能够有效地滤除电源线上的高频噪声和瞬态纹波。 信号走线： 关键的低电平信号线应尽量远离高频信号源和电源线，并采取屏蔽措施。差分信号的布线应保持等长和紧耦合，以提高其抗干扰能力。 屏蔽： 对于对噪声敏感的电路，应采用金属屏蔽罩来隔离外部电磁干扰。屏蔽层应可靠接地。 优化滤波技术： 滤波是抑制特定频率噪声的有效手段。 低通滤波器： 用于滤除高频噪声，保留低频信号。 高通滤波器： 用于滤除低频噪声（如直流漂移、闪烁噪声），保留高频信号。 带通滤波器： 用于仅允许特定频率范围内的信号通过，从而隔离带外噪声。 陷波滤波器： 用于精确地滤除特定干扰频率（如市电干扰50/60Hz）。 滤波器的选择与设计应根据信号的频率特性和噪声的频率分布来决定。 电流和电压控制： 噪声的产生往往与电流和电压的波动有关。 稳定的电源： 使用低噪声、高稳定度的电源供应器，能够为电路提供纯净的电压，从源头上降低噪声。 电流限制： 在某些情况下，限制工作电流可以降低散粒噪声和闪烁噪声的影响。 阻抗匹配： 合适的阻抗匹配可以最大化信号传输效率，并减小由阻抗失配引起的反射和噪声。 数字信号处理（DSP）： 在数字系统中，DSP技术提供了强大的噪声抑制能力。 平均法： 对多个信号样本进行平均，可以有效地降低随机噪声的均方根值。 滤波算法： 利用数字滤波器（如FIR滤波器、IIR滤波器）可以根据需要精确地滤除特定频率的噪声。 自适应滤波： 能够根据噪声的统计特性实时调整滤波参数，实现更优的降噪效果。 信号重构： 对于某些特定类型的信号，可以利用其已知的模型或约束来重构出更纯净的信号。 系统级的噪声分析与优化： 低噪声设计是一个系统工程，需要从整体上进行考虑。 噪声预算： 在设计初期，为系统的各个模块设定噪声预算，明确各部分允许的噪声贡献，有助于指导设计决策。 仿真与测试： 利用噪声仿真工具对电路进行建模和分析，提前预测潜在的噪声问题。在原型制作完成后，进行详细的噪声测试，验证设计效果，并找出需要改进的地方。 权衡取舍： 低噪声设计往往需要在性能、功耗、成本等多个方面进行权衡。例如，使用更低噪声的器件可能意味着更高的成本；过于复杂的滤波电路可能会增加信号延迟。因此，需要根据具体的应用需求，做出最合适的取舍。 低噪声设计的意义深远 在当今信息爆炸的时代，对信号纯净度的追求从未停止。从灵敏的生物传感器到精准的科学仪器，从高速通信系统到低功耗物联网设备，低噪声设计都是实现高性能的关键。 提升测量精度： 在科学研究和工业测量领域，微弱信号的检测至关重要。低噪声设计能够显著提高信噪比，使得微弱信号得以被清晰地捕捉和分析，从而获得更准确的测量结果。 提高通信速率与可靠性： 在通信系统中，噪声是限制传输速率和可靠性的重要因素。低噪声设计能够减少误码率，提高数据传输的稳定性和效率。 降低功耗： 在许多应用中，为了获得足够的信噪比，常常需要采用高增益的放大器，这会增加功耗。通过有效的低噪声设计，可以在较低的增益下达到同样的信噪比，从而降低系统功耗，延长电池寿命。 实现更小的信号检测： 随着技术的进步，对越来越微弱信号的检测需求日益增长，如脑电信号、心电信号等。低噪声设计是实现这些微弱信号检测的基础。 提升用户体验： 在消费电子产品中，如音频设备、图像传感器等，噪声的减少能够直接提升产品的音质、画质，从而改善用户体验。 电子噪声的迷雾无处不在，但低噪声设计的奥秘并非遥不可及。通过深入理解噪声的本质，并运用系统性的设计思维和精湛的工程技术，工程师们能够有效地驱散这层迷雾，守护信号的纯净，从而驱动电子技术的不断进步，为人类社会带来更多创新与可能。

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我是一名硬件发烧友，对音频设备尤其痴迷。我总觉得，那些真正能够打动人的声音，往往隐藏在极低的背景噪声之下。有时候，即使电路设计理论上很完美，但如果存在无法抑制的噪声，就会毁掉整个音频体验。我一直在寻找一些能够帮助我理解如何从源头上减少或者消除这些恼人的“嘶嘶声”、“嗡嗡声”的书籍。我希望这本书能够深入浅出地讲解各种可能影响音频信号纯净度的噪声源，无论是电源的纹流，还是器件本身的固有噪声，甚至是电磁干扰。更关键的是，我期待它能提供一些具体的、可操作的“秘诀”，告诉我如何去选择那些“宁静”的元器件，如何去设计低噪声的放大电路，如何去有效地屏蔽外部干扰，以及如何去优化PCB布局，让我的音频设备能够达到“静如止水”的境界。我追求的是那种能够让我听到音乐最细微之处的纯粹体验，这本书的出现，让我看到了实现这一目标的希望。我希望能从中学习到如何让我的设备在“寂静”中绽放音乐的魅力。

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收到！我将以五位风格迥异的读者的口吻，为您的图书《电子噪声与低噪声设计》（作者：高晋占，ISBN：9787302435594）撰写五段互不相似、且避免直接提及书中具体内容的图书评价。 --- 刚拿到这本书，还没来得及深入研读，但仅从包装和初步翻阅的印象来看，就觉得它沉甸甸的，充满了技术分量。封面设计算不上特别华丽，但那种朴实无华的感觉反而让我觉得它更专注于内容本身，而不是花哨的营销。我一直以来都在电子领域摸爬滚打，深知在这个快速迭代的行业里，基础理论的重要性不言而喻，而“噪声”这个概念，更是许多高性能电子系统设计的“拦路虎”。无论是音频处理、高精度测量，还是射频通信，噪声的存在都会直接影响最终的性能指标。我尤其关注那些能够提供系统性解决方案的书籍，而不是零散的技巧罗列。希望这本书能为我梳理清楚那些错综复杂的噪声源，并且能够提供一些切实可行的、具有工程实践指导意义的设计思路。我看重的是那种能够帮助我“举一反三”的知识体系，而不是仅仅复制粘贴的“模板”。我希望能从中找到关于如何从源头上抑制噪声，以及在无法完全消除的情况下，如何有效地进行补偿和滤波的深度解析。对于我来说，一本好的技术书籍，应该像一个经验丰富的老工匠，用最清晰的语言，引导我去理解那些看似抽象的物理原理，并将其转化为实际可操作的设计步骤。这本书的厚度预示着它应该涵盖了相当广泛的讨论范围，这一点让我充满期待。

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我是一名正在攻读研究生学位的学生，研究方向与微电子器件的性能优化有关。对于“噪声”这个话题，我一直觉得它既神秘又至关重要。在很多文献中，噪声往往被视为一个不可避免的“背景干扰”，但如何有效地“驯服”这个干扰，让我们的器件和系统发挥出最佳性能，却是一个充满挑战的课题。我非常希望能够通过阅读一本权威性的著作，来系统地学习关于电子噪声的理论基础，理解不同类型的噪声是如何产生的，它们各自的特性是什么，以及在不同应用场景下，哪种噪声是我们需要特别关注的。更让我期待的是，如果这本书能提供一些关于低噪声设计的工程实践指导，比如在器件选型、电路架构设计、以及系统级优化方面的一些原则和方法，那就太有帮助了。毕竟，理论知识最终需要转化为实际的设计能力。我尤其关注那些能够帮助我建立起对噪声问题的“直觉”的书籍，让我能够在设计初期就预见到潜在的噪声问题，并提前采取措施。这本书的出现，让我看到了一个系统性学习和解决噪声问题的机会，我希望能从中获得启发，为我的研究和未来的工程实践打下坚实的基础。

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作为一个已经从业多年的PCB设计工程师，我深知任何电子产品的最终性能，都与PCB上的布线、布局、接地以及电源分配息息相关，而“噪声”问题，更是其中最棘手的一环。我常常需要在设计后期，面对各种各样的信号完整性问题和电磁兼容（EMC）问题，而很多时候，这些问题的根源都指向了电子噪声。我非常希望能够通过阅读这样一本专业书籍，来更深入地理解各种噪声的物理本质，以及它们是如何在PCB层面产生的，比如串扰、地弹、电源耦合等等。我期待它能为我提供一套系统性的、基于PCB设计理念的噪声控制策略，例如如何进行合理的信号分层、如何设计高效的差分对布线、如何选择合适的过孔和去耦电容、以及如何进行有效的接地和屏蔽设计。我希望这本书能帮助我提升在PCB设计阶段就“消灭”噪声的能力，从而减少后期返工和调试的麻烦，最终为客户提供更加稳定可靠的高性能产品。我需要的是那种能够让我从“事后补救”转向“事前预防”的设计理念和方法论。

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作为一个长期在模拟电路设计一线工作的工程师，我不得不说，现在市面上很多关于“噪声”的书籍，要么过于理论化，要么就是浅尝辄止。我更倾向于那些能够直接触及设计痛点的著作，能够提供切实可行的解决方案，并且能帮助我理解背后的工程权衡。当我看到这本书的标题时，我的第一反应是它可能包含了对当前主流的低噪声设计技术，以及各种噪声抑制方法的全面梳理。我希望它能深入探讨各种噪声的产生机制，比如热噪声、散弹噪声、闪烁噪声等等，并提供详细的分析方法，让我能够准确地量化它们对电路性能的影响。更重要的是，我期望这本书能为我提供一些关于如何选择合适的器件、如何设计低噪声的偏置电路、如何优化PCB布局以减少耦合噪声，以及如何设计高效的滤波和屏蔽方案的指导。我希望它能不仅仅是理论的堆砌，更能体现出作者在实际工程中的经验和智慧。能够帮助我在面对复杂噪声问题时，不再感到束手无策，而是能有条理地进行分析和设计，找到最佳的解决方案，这才是这本书对我最大的价值所在。