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7自由度车辆模型，可以进行车辆多种运行工况的动力学分析，精度较高。

MATLAB-SIMULINK通信系统建模与仿真实例分析,Simulink在通信上应用，非常实用的一本书。內容簡介本書系統地介紹了通信建模仿真方法和模型驗證技術,並結合作者近年在教學科硏中所設計的大量基礎的和較深入的建模仿真實例,詳細討論了 Matlab/ Simulink作為仿真實現平台在電子與通信工程中應用的基木方法、技巧和難點。木書重點討論了建模仿真原理和相鬨的數值計算方法、模擬通信系統、模數轉換、調製貝編碼、信道模擬、載波與符號同步、信道均衡、跳頻系統和直接擴頻系統、通信模型正確性評估、仿寘數據驗證和數據處理技術等內容,並在仿真實例中展示了科學研究論文和報告所必須的數據處理和表現技巧本書提供了約150個建模仿真實例,80多道思考題,以及全部實例代碼和一個電子教案這些實例根據基木數學原理,結合 Simulink的S凼數編程,也使用了通信工具箱、信婋處理工具箱和相關模型庫的模塊和函數,以便於讀者追源求本,深入理解建模和仿真的實質。本書可作為高等院校通信工程、電子信息類專業的本科生和硏究生系統仿真課程的教材或進行相關課題硏究的參考書,也可作為相關專業課程設計和畢業設計等綜合性實踐教學的指導材料,還可供通信工程專業技術人員、教師等作為解決通笮系統設計、評估和建模仿真領域實際問題的參考資料。前Matlab語言由於其語法的簡潔性、代碼接近於自然數學措述方式以及具有豐富的專業凶數庫等諸多優點吸引了眾多的科學研究工作者,越來越成為科學研究、數值計算、建模仿真以及學術交流的事實標準。 Simulink作為 Matlab語言上的一個可視化建模仿真平台,起源於對自動控制系統的仿真霱求,它採用方框圖建模的形式,更加貼近於工稈習慣。目前, Matlab/ Simulink的應用已經遠遠超越了数值計算和控制系統仿真等傳統領域,在幾乎所有理工學科中形成了為數眾多的專業L具庫和函數庫,口益成為科學研究和上程設計中口常的計算和仿真試驗工具。隨著 Matlab/ Simulink通信、信號處理專業函數庫和專業工貝箱的成熟,他們日益為廣人通信技術領域的專家學者和工程師所熟悉,在通信理論硏究、算法設計、系統設計、建模仿真和性能分析驗證等方面的應用也更加鷹泛。 Simulink可化仿真工具能夠以很直觀的方框晑方式形象地對通信系統進行建模,並以「實時」和動畫的方式來將模型仿貞結果(如波形、頻譜、敷據曲線等)顯小岀來,更便於對通信系統的物理概念和運行過程的直覲理解,所以近年來在通信工程專業中得到了廣人師生的重視和廣泛應用,在理論教學、課程實踐環節以及理論和技術前沿的研究中發揮了重要作用。本書以通信原理為主線,從系統建模原理和仿真的數值計算方法入手,詳細介紹了 Matlab/ Simulink在通信系統建模和仿貞中的應用原理、內容方法和特點,並結合作者在科研和教學中的應用硏究,列舉了大量的仿真實例。通過這些實例,以期逹到兩個目的:其一是通過系統建模過程對 Matlab/ Simulink基本建模仿真方法的實質性理解,以掌握通信系統仿真的思維方法;其二是通過仿真過程和仿真結果分炘對基本通信系統原理的理解,並逐漸培養系統建模和設計的自主能力和創造力本書的特點是:(1)本書重黠討論通信工程相開專業旳系統仿真原理和應用,以通信系統媾成為主線介紹系統仿真方法,以微分方程的數偵求解和概率論為數學基礎,注重介紹通信仿真技術中基礎性的,本質性的內容,並強調仿真的數學原理和方法,而不作為一本 Matlab語言或仿真編程的介紹手間哩論的學習必須要有實踐的支持,理諍的檢驗和驗證也必須通過實踐。數理基礎在通信工程專業中的地位應當得到重視。系統仿真技術是專業理諭和系統實驗相結合的有效途徑之一,學習通信系統仿真不是學習某個系統仿真軟件的功能,而是在紮實的數理基礎和通信理論基礎上以系統仿真軟件作為工具平台的實踐活動。基於這種認織,本書沒有系統介紹 Matlab/ Simulink軟件的使用方沄和編程函數,而是把 Matlab/ Simulink視為一種方便的仿真軟件工只在通信系統建模和仿真中加以應用。因,掌握本書所介紹的系統仿真思想方法也就意味著可以使用任何計算機語言來進行通信系統的建模仿真實踐(2)本書詳細請述了 Matlab/ Simulink的建模仿真原理,把S函數作為掌握 Simulink仿真的根本,並將 Simulink可視化建模和 Matlab語言編程統一起來。並通過眾多的實例,加強了對仿手段、思想方法以及系統原理等抽像內谷的理解和應用。讓者可以運行這些實例,或改變實例中系統模塊的參敷來進行實驗,甚仝可以在這些實例的基礎上媾建更加複雜的系統模型。(3)本書在內容編排上注意由淺入深,逐本求源,由普遍方法論到實際建模實驗,中通信單元模塊的建模到綜合系統仿真,循序漸進,便於閱讀和學習。本書對通信系統建模的敭學原哩的講述比峧詳細,重視數哩基礎在通信程中的應用,注重原理的論述,授人以漁以 Matlab/ Simulink作為實驗台。特別注重講解通信系統建模和仿真理諭中根本性的和基礎性的內容。(4)鑒於通信系統仿真涉及的內容廣泛,對數學基礎要求和的通信基本理論的理解要求較髙,又特別強調矩陣數值計算方法的編程實現能力,因此在每章之未總結了主要內容並對相開的參考資料進行了綜述,以供讀者進“步深入學習相開內容時參考。本書共分八章。第一章概述了通信系統仿真的原理和方法。對仿真建模的意義、模型的類型以及仿真的數學方法進行了論述。第二章是本書的基礎,主要介紹了 Matlab/ Simulink編程和建模仿真的原理,並通過大量的實例演示了應用 Matlab/ Simulink建模仿真的方法、關鍵問題和處理技巧。希望通過這些實例和實驗實作來使讀者對 Matlab/ Simulink的建模和仿真有一個實質性的理解第三章以通信系統的基本構造為主線,對通信系統基本模塊的原理和建模方法進行了剖論,並介紹了 Matlab/ / Simulink通信τ具箱和信號處理工具箱中的常用模塊及其原理和使用方法。以這些基本模塊為元素,給岀了通信系統中從信源、調製、信道到接收解調、同步等基木單元的仿真實例第四章簡要闡述了通信系統整體構架和層次伈建模的思想要點,比較了模擬通信系統和數字通信系統的仿真框架和兩者的異冋點,並討論了描述通信系統質量和性能的主要指標第五章對模擬通信系統的建模和彷寘問題進行了詳細的討論,包括對調幅廣播波形和頻譜、傳輸、接收機自動增益控原理和性能、檢波和解調、單邊帶通佁機、調頻立體聲系統以及彩色電視信婋和系統的仿真實例。對模擬通信系統運行原理的理解能力可以视為無線電和電子工程師最基本的專業素質來衡量第六章討論了模擬信號數字化問題的原理和仿寘實例,內容包括採樣定理的原理性仿真、Δ①D轉換、非均勻量化的原理和性能仿真、pCM編解碼過程、自適應PCM以及增量調製的原理仿真和性能結果等等。第七章以數字通信系統的關鍵技術和一些較深入的問題為饼究對象,討論了以誤碼率為性能指熛的蒙特卡羅仿真建模方法,基帶數據傳輸的碼型設計與仿真,基帶帶限傳輸系統、眼圖以及信道均衡問題,數字調製的波形和頻譜仿寘問題等等。以仿真實例介紹了擴頻抗干擾系統的原理和性能分析,包括直接序列擴頻系統和跳頻系統的仿真實例第八章討諭了通信系統模型評估和仿真結果的正確性驗證等問題。鮫詳細地介紹了苳特卡羅仿真方法的實現要點,隨機數的產生,各種隨機分佈以及他們之間的關係,並討諭了以數理統計方法為主的模型和仿真數據評估方法,插值和擬合等實驗數據處理方法等。對特卡羅仿真方法的試驗精度等方面進行了性能分析。全書所有實例的模型文件和程序代碼在 Matlab(R13)版本下調試通過。另外,還提供了個電子教案。讀者需要只有微積分、概率賏統計、信號貝系統、數字信號處理和通信原理的背景知識。本書計劃學時為40學時,課堂上重點是講述通信系統仿真的概念、方法和實例應用,而在教學實踐環節中可以通過本書的眾多實例以及各章的思考題來加深對仿真方法的掌握。建議讀者在哩解仿貞原理的基礎上,對本書列舉的實例給岀自己的仿貞模型和設計參數,然後與本書的模型和程序結果進行對比,這樣比單純運行、硏究實例模型將吏能夠激發讀者的創造力,也更具趣味性和挑戰性。本書給岀的思考題一般是對實例問題的深化或拓展以及對正文的補充。許多思考題在仿真條件、系統建模上給讀者預留了很大的創造空間,解答可以靈活多樣感謝澳大利亞新南威籣士大學電了與電氣工程學院的 Jinhong Yuan教授,在我做訪問學者期間,他提供了良好的學術研究環境。在與他以及他的同事們的學術交流中得到了許多啟迪,促成了本書的完成。本書在成書過程中得到了許多專家、教授的關心和幫助,特別是在與徐眀遠教授、姚紹文教授、龍華教授、劉增力卲教授等前輩和專家的父流中深受教益。在本書的寫作和相關課程教學和輔導工作中得到了宋耀蓮、楊秋萍、朵晽老師的幫助和攴持。龍洋、吳熹等研究生也幫助完成了本書部分章節的校閱工作。清華大學岀版社的魏江冮編輯對本書的策劃、編輯和校對付出了辛苦的勞動,在此對他們表示衷心地感謝。最後要感謝我的家人,沒有他們的關心和支持,本書是不能完成的本書可作為高等院校通信工程、電子信息類專業的本科生和硏究生系統仿真課程的教材或進行相闋課題硏究的參考書,乜可作為相關專業課程設計和畢業設計等綜合性實踐教學的指導材料。現代通信系統仿真技術不僅僅是對通信理論的驗證于段,也日遆成為通信新理論硏究、新協議、新算法開發和系統總體設計的重要實驗硏究途徑,因此,本書所介紹的系統仿真思想方法對於從事通信系統設計的專業技術人員也很具有參考價值。限於筆者水平,木書定有不妥甚至錯誤之處,懇請讀者予以批評指正。作者的聯繄電子郵件地址是: shaoyun999 sina. cor。邵玉斌零零七年|二月目錄前言第1章通信系統仿真的原理和方法論1.1通信系統仿真的現實意義·11.2計算機仿真的過程1.2.1系統仿真的數學基礎1.2.2計算機仿真的一般過程1.3通信系統模型的分類1.3.1按照系統層次分類1.3.2按照信號類型分類1.33按照系統特徵分類1.4通信系統仿真的方法14.1基於動態系統模型的狀態方程求解方法∵·14.2基於概率模型的蒙特卡羅方法∴1.43混合方法171.5通信系統仿真的優點和局限性1.6系統建模仿真方法與仿真工具···16.1系統建模仿真方法與仿真工具的關係1.6.2仿真環境的構成和要求1.6.3常用仿真工貝的選擇1.7小結舆文獻綜述1.8思考題第2章 Matlab/ Simulink系統建模和仿真基礎」2.1 Matlab編程仿真的方法21.1概述2.1.2靜態系統的 Matlab編程仿真2.1.3連續動態系統的 Matlab編程仿真2.1.4離散動態系統的 Matlab編程仿真2.1.5基於數據流和基於時間流的仿真方法2.2 Simulink仿真基礎2.1系統模型的方程和圖形化描述222 Simulink仿真平台2.2.3構建一個簡覃的 Simulink仿真系統224 Simulink子系統構建、封裝和自定義模塊庫23 Simulink的工作原理—S函數23.1S函數的工作原理2.32用 Matlab語言編寫S函數2.4用S函數編寫 Simulink基本模塊·2.4.1信源模塊·.··2.4.2信宿和信號顯示模塊952.4.3信號傳輸模塊2.5 Simulink仿真的數據結構和編程調用方法1082.51 Simulink中數據流的向量和矩陣形式2.52 Simulink中數據結構的轉換·253 Simulink與 Matlab的交互·1212.5.4編程調用仿真模型1242.6 Simulink在電子與通信系統仿真中的幾個關鍵問題12626.1系統仿真速率的設計和選擇12626,2並/串轉換和混合速率系統仿真2.6.3不同層次的仿真模型1302.6.4用 Simulink求解方程·……2.6.5同一數學模型的多種計算機仿真實现方法1372.7聲卡在 Simulink仿真模型中的應用·13727.1 Matlab興聲卜的接口函數∵1382.7.2 Simulink與聲卡的接口模塊139273在 Simulink中組建虚擬儀器2.8小結與文獻綜述1452.9思考題146第3章基本通信模塊的建模與分析1493.1濾波器模型1493.1.1濾波器的類型、參數指熛與設計1493.L.2瀘波器的實現1593.2信源模型1623.2.1確定信源1623.2.2偽隨機碼源1633.2.3統計信源一噪聲源1643.3信號參數的測量和分析3.3.1信號的能量和功率1653.3.2信號直流份量和交流份量1653.3.3離散時間信號的統計參數1663.3.4信號的頻域參數1693.4信道模型1903.4.1加性高斯白噪聲信道1903.42帶限加性噪聲信道·19134.3離散時間信道指標的定量計算1923.4.4錯誤概率信道∵1943.5調製舆解調3.5.1調製的通帶和基帶模型1973.5.2模擬調製與解調模型3.5.3數字調製與解調模型2043.6鎖相環和載波提取20636.1鎖相環的構成和建模仿真·2063.6.2用於或波提取的鎖相環仿真3.6.3鎖相頻率合成器的仿真3.7小結舆文獻綜述··2193.8思考題第4章構建通信系統仿真模型2214.1通信系統的基本模型4.1.1模擬通信系統基本模型·4.1.2數字通信系統基本模型234.2通信系統主要性能指標2244.3通信系統建模的要點4.4小結和文獻綜述·2:304.5思考題·第5章模擬通信系統的建模仿真5.1詞幅廣播系統的仿真5.2調幅的包絡檢波和相干解調性能仿頁比較5.3頻分復用和超外差接收機的仿真模型·365.4自動增益控制(AGC)原理與仿真2385.5調頻立體聲廣播系統的建模仿真55.1調頻立體聲廣播的信號結構和仿真模型··5.5.2調頻立體聲接收機模型5.6單邊帶調幅系統的建模仿真·445.6.1希爾伯特變換445.6.2單邊帶調嗝與解調原理56.3一個簡化的單邊帶電台仿真57彩色電視系統的建模仿真2535.7.1電視掃瞄原理的仿真5.7.2彩色電視信號的構成和頻譜仿真5.7.3簡化的彩色電視接收機仿真5.8小結與文獻綜述59思考题第6章模擬信號數字化6.1採樣定理的原理仿頁62A/D和D/A轉換器的仿真2676.3PCM編碼和解碼6.3.1信號的壓縮和擴張2686.3:2PCM編碼和解碼2716.4DPM編碼與解碼2766.5增量讖製2796.6小結與文獻綜述6.7思考题.第章數字通信系統的建模仿真857.1進制傳輸的錯誤率仿真·7.2基帶傳輸碼型設計··2877.2.1二電平碼2887.22三電平碼·7.3帶限基帶傳輸系統的仿真2947.3.1眼圖和無碼間串擾波形·7.32基帶傳輸系統的仿真2977.3.3定時提取系統的仿真7.3.4信道的時域均衡·3007.4數字調製的仿真3057.4.1信號的向量表小∵·3064.2數字調製信號的向量表示和仿真3077.5擴頻系統的仿真5.1偽隨機碼的產生7.5.2直接序列擴頻系統53跳擴類系統··317.6小結興文獻綜述3347.7思考题第8章通信系統建模仿真的評估3378.1概运8.2概率模型和蒙特卡羅方法∵3398.3隨機數的產生和常用隨機分佈8.3.1均勻分佈隨機數的產生3108.32產生其他常用隨機分佈的方法833產生任意指定區間上的均勻分佈3438.3.4三角分佈

讲述了如何利用matlab语言进行模糊神经网络的训练与仿真及其实现方法

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一种基于模糊算法的移动机器人路径规划策略． 利用超声波传感器对环境进行探测， 得到关于障碍物和目标的信息． 运用模糊推理将障碍位置信息与目标位置信息模糊化，建立模糊规则并解模糊最终使机器人可以很好的避障，从而实现了移动机器人的路径规划。第4期陈卫东:基于模糊算法的移动机器人路径规划按照同样的方法,可以建立起多种条件下的控制规则的合成隶属度结果规则.类似于这样的控制规则可归纳总结为很多条.在模糊控制规则的制定上采用基于控制器行为特性的方NB NSPS PBNBSPS PBA0.7式,将动作分为若干基本行为,复杂的行为可由几个简0.303X)嬷单行为按次序构成,可简化模糊控制规则的确定,并可10-5减少模糊控制规则的数目,避开被控对象的特性建模cmis-10-510 cm/s(a)左轮加速度b)右轮加速度3.4模糊推理图8左右轮合成隶属度函数模糊推理是模糊控制器的核心,它具有模拟人的3.5解模糊基于模糊概念的推理能力,该推理过程是基于模糊逻通过模糊推理得到的结果是一个模糊集合.但在辑中的蕴含关系及推理规则来进行的由模糊规则推实际模糊控制中,必须要有一个确定值才能控制或驱理出输岀量的隶属度根据 Mamdani模糊推理方法求取动执行机构.将模糊推理结果转化为精确值的过程称模糊关系矩阵0为解模糊.所以,解模糊的作用是将模糊集合映射为为了说明模糊推理控制器的工作过程,这里以机个确定的点.也就是把上面推理合成得到的左右轮加器人在FD=105cm;ID=117cm;RD=40cm;θ=45deg;υ速度模糊集合转化为一个精确值来控制机器人的运=3.5cm/s的状态为例来说明推理决策的过程.査询数动解模糊方法的选择与隶属度函数形状的选择、推理据库中的规则,此状态下的模糊规则为表格中的第5、方法的选择相关. MATLAB提供5种解模糊方法:面积6、11和12.由模糊规则的推理与合成(取极小,取极大)重心法、面积等分法、平均最大隶属度法、最大隶属度得到输出的隶属度如下取小法和最大隶属度取大法.本文仿真采用的重心第五个规则推理结果法.这种方法也称为质心法或面积中心法,是所有解模糊化方法中最为合理、最流行和引人关注的方法.该方NB NS 1Z PS PBNB NS 1ZPSPB法的数学表达式是0.3031p1(a)d(a1)10 cm/s2左轮加速度2)ALaI(a)左轮加速度b)右轮加速度图4规则5推理的左右轮合成隶属度函数第六规则推理结果:ar uR(ar)d(a,)右轮加速度=(3)NB NS IZ PS PBNB NSPS PB式中,表示输出模糊子集所有元素的隶属度值在连续0.20.2论域上的代数积分,而加速度的取值是表示其左右两0m/s2-10-5cn边的面积为相等.该方法计算复杂,但它包含了输出模(a)左轮加速度(b)右轮加速度图5规则6推理的左右轮合成隶属度函数糊子集所有元素的信息,也较精确.采用重心法将模糊第十一规则推理结果量转换成清晰量,再经过线性尺度变换为实际输入给直流电机的控制量控制移动机器人的移动NB NS 1Z PS PBNB NS IZ PS PB0.74仿真实验及结果分析为了验证本文提出的模糊控制方法的可行性,在10-5105cm/s210-5cnMatlab中利用 Simulink建立系统仿真模型,对控制规则(a)左轮加速度(b)右轮加速度图6规则11推理的左右轮合成隶属度函数进行了仿真,假设移动机器人的行驶速度为0.6m/s,使第十二规则推理结果:用 Fuzzy logic工具箱软件对模糊算法进行了仿真.在仿n真过程中,起点和终点的位置可以任意设置,障碍物的NB NS IZ PS PBPS大小、形状和位置也可以任意设置,这样就可以在任意环境下检验算法的正确性和可靠性0.20.2图9为当起点为(0,0),目标点为(9,9),在障碍物100cm/s2-10-5cmls存在时模糊算法和势场法的路径规划仿真.由图我们(a)左轮加速度(b)右轮加速度图7规则12推理的左右轮合成隶属度函数可以看出,模糊算法比势场法规划的路径更优.其工作4电子学报011年代价更小,行走的路径也更短由于速度的控制,比文5结论献[12]中只对转向角进行控制节省大量时间移动机器人由于传感器的限制以及周围环境的不移动机器人路径规划仿真确定性,很难预先对机器人的移动路径进行规划.本文目标点釆用了的模糊控制算法对移动机器人进行控制.这种8算法对移动机器人的运行环境几乎没有什么限制,它能在情况很复杂的未知环境里运行.对障碍物的形状及其个数也没有什么约束.并可避开传统算法中存在障碍物的对移动机器人的定位精度敏感,对环境信息依赖性强等缺点.并且通过对速度的控制使机器人比以前只2模糊算法路径dd对转角控制进行路径规划节省时间,具有很强的时效性.从实验中的移动轨迹可以看出,移动机器人的行为0起始点势场法路径表现出很好的一致性、连续性和稳定性参考文献10x/m图9模糊算法和势场法的仿真对比图[1]李磊,叶涛,谭民,等.移动机器人技术研究现状与未来在相同的环境下用A算法和模糊算法也进行了J].机器人,2002,24(5):475-480仿真对比,仿真路径图如图10.应用两种算法获得的最Li Lei, Ye Tao, Tan Ming. Present state and future development优路径如图所示.其中,A*算法计算量较大,并且Aof mobile robot technology research [J. Robot. 2002, 24(5)算法只能在环境信息已知的情况下找到路径而不适合475-480.(in Chinese)部分环境信息已知的情况,而且很不适合动态环境的2 Pradhan, DR Parhi, A K Panda. Potential feld method to路径规划.模糊算法显然比A算法规划的路径更优,navigate several mobile robots[ J. Applied Intelligence, 2006(25):321-333并且能够实现移动机器人的实时避障3]郝宗波,洪炳熔.未知环境下基于传感器的移动机器人路移动机器人路径规划仿真径规划[J].电子学报,2006,34(5):953-956目标点Hao Zong-bo, Hong Bing-rong Sensor-based path planning for8mobile robot in unknown environment[J. Acta ElectronicaSinica, 2006, 34(5): 953-956(in Chinese)64]周兰凤,洪炳熔.用基于知识的遗传算法实现移动机器人障碍物路径规划[J].电子学报,2006,34(5):911-914Zhou Lan-feng; Hong Bing-rong. a knowledge based geneticalgorithm for path planning of a mobile robot[ J. Acta Elec2模糊算法路径tronic Sinica, 2006, 34 (5): 911-914(in Chinese0[5]高庆吉,雷亚莉,胡丹丹,等.基于自适应感知复位算法的起始点A*算法路径移动机器人定位[J.电子学报,2007,35(11):2166-217110Gao Qing-ji, Lei Ya-li, Hu Dan-dan. A robot localizationr/m图10模糊算法和A*算法的仿真对比图method based on adaptive sensor resetting algorithm[ J].Acta对比实验表明,模糊算法不但优于人工势场法,也Electronica Sinica, 2007, 35(11): 2166-2171.(in Chinese)优于A算法模糊算法大大优化移动机器人的路径规6TLLe,C-JWu. Fuzzy motion planning of mobile robots in划,是一种很智能的路径规划方法.模糊算法仿真成功unknown environments[J]. Journal of Intelligent and RoboticSystems,2003,37(2):177-191(下转第980页)证明使用模糊控制进行路径规划时对移动机器人的运行环境几乎没有什么限制,它能在未知环境里运行.对作者简介障碍物的形状及其个数也没有什么约東.从仿真实验陈卫东男,1972年生于吉林长春,教授,主要研究方向为机器中的移动轨迹可以看出,移动机器人的行为表现出比人控制,智能算法及其应用,图像处理等较好的一致性、连续性和稳定性.采用模糊控制算法避E-mail:wdchen@ysu.edu.cn开了传统算法中存在的对移动机器人的定位精度敏朱奇光男,1978年生于浙江宁波,讲师,博士研究生,主要研究感、对环境的信息依赖性强等缺点方向为机器人控制,智能算法及其应用第4期陈卫东:基于模糊算法的移动机器人路径规划

本书致力于利用随机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。。。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随机噪声理论分析和解释电子系统中噪声的产生和传播冋题,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。木书可用作电子工程、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。本书封面贴有清华大学出版社防伪标签,无标签者不得销售版权所有,侵权必究。侵权举报电话:010-6278298913701121933图书在版编目(CIP)数据电子噪声与低噪声设计/高晋占编著.一北京:清华大学出版社,2016ISBN978-7302-43559-4I.①电…Ⅱ.①高…Ⅲ.①电子系统一噪声②电子系统一低噪声一设计ⅣN.①TN911.4②TN722.3中国版本图书馆CIP数据核字(2016)第081960号责任编辑:王一玲封面设计:常雪影责任校对:梁毅责任印制:沈露出版发行:清华大学出版社pogtlt:http://www.tup.com.cn,http://www.wqbook.com地址:北京清华大学学研大厦A座邮编:100084社总机:010-62770175邮购:010-62786544投稿与读者服务:010-62776969,c-service(@tup.tsinghua.edu.cn质量反馈:010-62772015, zhiliang tup. tsinghua.edu.cn印装者:清华大学印刷厂经销:全国新华书店开本:185mm×260mm印张:21字数:522千字版次:2016年6月第1版印次:2016年6月第1次印刷印数:1~1500定价:59.00元产品编号:06269401在电子电路和系统中,噪声是个重要问题。噪声污染有用信号,并使信号包含的信息增加了不确定性。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。即使在噪声阈值较高的数字电路和计算机系统中,严重的噪声可能造成存储位的变化和程序运行混乱噪声包括内部固有噪声和外部干扰噪声。内部固有噪声是由载流子的随机运动引起的,有些固有噪声源可以通过在制造过程中提高加工质量加以控制,但其中大多数是基础噪声,不取决于技术。而外部干扰噪声是由外部噪声源发岀,经过某种耦合渠道对电路污染的结果。这两种噪声具有不同原因,它们需要不同的处理方法,在多数书籍和文献中,这两种噪声都是分别对待的,外部干扰噪声通常是电磁兼容性(EMC)相关书籍的主题。但是,这两种噪声引起的问题是类似的,应该综合在一起考虑。在处理其中的一种噪声时,有理由必须把另一种噪声也考虑在内。例如,当处理弱信号的电路无法正常工作时,污染了有用信号的噪声是源自于该电路本身还是从外部拾取的,从用户的角度来看都是无关紧要的。在这两种情况下噪声都会掩盖信号,在最坏的情况下则不能恢复信息内容。因此,只努力抑制电路的固有噪声,但缺乏抵御干扰噪声的保护手段,电路的噪声特性就会大打折扣。另外,在设计屏蔽措施时,努力把干扰噪声降低到固有噪声幅度之下,往往没有多大意义。本书涵盖上述两种噪声,致力于分析和解释电子系统中各种噪声的来源和性质,介绍各种噪声源的机制和模型,说明不同噪声的特性和耦合方式,以及线性电路中的噪声分析方法和噪声特性测量方法,介绍各种噪声的抑制措施,给出低噪声设计的规则和方法。许多种噪声具有随机性,其描述方式和分析方法不同于确定性信号,不太容易理解,本书第1章首先介绍随机噪声的基本原理和特性,这是后续各章及延续阅读的理论基础。第2~5章致力于固有噪声,这种噪声取决于电子器件和电路设计。第2章介绍各种固有噪声源的特性和描述方法;第3章介绍各种噪声参数和噪声分析方法;第4章介绍电子系统中常见的电子器件的噪声源、噪声模型和噪声特性;第5章介绍常用的噪声性能测量方法。前言第6~8章致力于外部干扰噪声,这种噪声受设备的物理结构和电路布局的影响很大。第6章介绍各种干扰噪声源和干扰耦合途径,除电磁噪声外,还特别介绍机械原因或温度扰动引起的噪声;第7章介绍干扰噪声抑制方法,重点是屏蔽和接地;第8章介绍常见干扰噪声源的噪声产生机制和预防措施。第9章介绍低噪声电路设计的方法和技术,包括选择低噪声有源器件,确定电路组态和工作点,噪声匹配的实现等,特别分析了反馈对噪声性能的影响。本书可用作电子、通信、自动化、测试技术与仪器等专业的高年级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。由于作者水平所限,书中难免存在缺点和错误,恳请广大读者批评指正高晋占2015年10月于清华园符号說明1.基本符号X电抗的通用符号,单位为Ω频率通用符号,单位为Hz导纳的通用符号,单位为Sfo中心频率,单位为Hz阻抗的通用符号,单位为Ω截止频率,单位为Hz角频率通用符号,单位为rad/s电流通用符号,单位为A2.线性系统符号距离或长度,单位为mA(t)幅度函数电压通用符号,单位为V)相位函数器件内部的等效电阻,单位为9G(a)幅频特性函数B系统频带宽度,单位为Hz相频特性函数B电纳的通用符号,单位为Sh(t)冲激响应函数C电容的通用符号,单位为FH(j)频率响应函数E数学期望运算子H()传递函数电导的通用符号,单位为SH(x1)离散传递函数电流的有效值,单位为A3.随机噪声符号平均直流电流,单位为A噪声电压L电感的通用符号,单位为H噪声电流互感的通用符号,单位为H噪声电压的均方值P功率的通用符号,单位为W噪声电流的均方值R电阻或等效电阻,单位为ΩE电路的输入电阻,单位为Ω噪声电压的有效值,En=√eR电路的输出电阻,单位为噪声电流的有效值,n=√R负载电阻,单位为Ω噪声电压的平方根谱密度,单位R信号源内阻,单位为Ω为V/√Hz电压的有效值,单位为V噪声电流的平方根谱密度,单位热力学温度(旧称绝对温度),单为A/√Hz位为K热噪声电压符号说明热噪声电流共射接法下集射极之间的微变电散弹噪声电压阻散弹噪声电流场效应管漏源之间的等效电阻1/f噪声电压导通电阻1/f噪声电流二极管,场效应管的漏极F噪声系数( noise factor)场效应管的栅极噪声因数( noise figure),单位为dBS场效应管的源极S信噪比二极管电流,漏极电流B等效噪声带宽共射接法下的基极电流△f窄带宽度共射接法下的集电极电流p(x)x的概率密度函数共射接法下的发射极电流x的均值共基接法下的电流放大倍数,a=x的方差△Ic/△Ix的标准差共射接法下的电流放大倍数,B=x的均方值△Ic/△IBC2(x)x的自协方差函数共射接法下的直流电流放大倍Cx(x)x的归一化自协方差函数数,B=Ic/IBCx(z)x和y的互协方差函数5.其他符号Cx(x)x和y的归一化互协方差函数电磁辐射速度,c=2.998×10m/sR2(r)x的自相关函数h普朗克( Planck)常数,h=6.62R2(x)x和y的互相关函数1034JsS(f)噪声的功率谱密度函数k玻耳兹曼( Boltzmann)常数,k=S2(f)噪声电压的功率谱密度函数1.38×1023J/K(f)噪声电流的功率谱密度函数电子电荷,q=1.602×10-°C2(f)x的功率谱密度函数波长,mS2(f)x和y的互功率谱密度函数介质的介电常数p(x)x的归一化自相关函数自由空间的介电常数,Eo=8.85×(x)x和y的归一化互相关函数10 pF/mmJ|雅可比( Jacobi)行列式对自由空间的相对介电常数,En=4.半导体器件参数符号基极介质的磁导率C集电极自由空间的磁导率,A0=4x发射极10Hm1=4x×10pH/mmfr晶体管的特征频率,即共射接法对自由空间的相对磁导率,=下电流放大倍数为1的频率,单/0位为Hz介质的电导g跨导铜的电导,=5.82×107S/m基区体电阻对铜的相对电导,01=a/0rb’e发射结的微变等效电阻CMRR共模抑制比第1章随机噪声基础1.1随机噪声概述…………1.1.1噪声定义与分类1111.1.2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随机噪声的概率分析方法…3471.3随机噪声的统计特征…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151.4常见随机噪声171.4.1白噪声与有色噪声171.4.2窄带噪声………………………………………………………191.5随机噪声通过电路系统的响应…211.5.1随机噪声通过线性系统的响应……………………………211.5.2随机噪声通过非线性系统的响应24第2章电子系统中的固有噪声源……………………………………………………292.1热噪声302.1.1热噪声的起源…302.1.2热噪声的特性……………………302.2扩散噪声……………………………………352.3散弹噪声362.4量子噪声………………………………………………………………………………39Ⅵ目录2.5产生-复合噪声(G-R噪声)…………………………………………………………402.61/f噪声…422.7爆裂噪声……………………………………………………………………452.8雪崩噪声…第3章噪声参数与噪声分析503.1.功率和增益3.1.1功率的各种常用定义513.1.2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553.2等效噪声带宽…563.3线性一端口的噪声参数……603.3.1等效噪声电阻…………………………………613.3.2等效噪声温度623.3.3其他噪声参数……633.4线性二端口的噪声模型与噪声参数653.4.1E-Ⅰ噪声模型及等效输入噪声电阻…………………3.4.2等效输入噪声温度………693.4.3工作噪声温度……………723.4.4噪声系数……733.4.5噪声测度………………………………………………………………813.5二端口噪声分析………833.5.1二端口的噪声模型变换…………………………………………………833.5.2等效噪声源相关时二端口的噪声分析…………84第4章电子器件噪声884.1电阻噪声………884.1.1电阻的噪声机制与噪声指标…………………………894.1.2低噪声电阻的选择4.2电容、电感和电池噪声934.3半导体二极管的噪声特性…………………………………………………………954.4双极型晶体管(BJT)的噪声特性……994.4.1BJT的结构、等效电路和噪声源………………………………………994.4.2BJT的噪声参数1024.4.3BJT噪声的频率分布……………………………………………………1044.5场效应管(FET)的噪声特性1075.1FET的结构与噪声源…………1074.5.2FET的噪声等效电路与噪声参数1104.6运算放大器的噪声特性………………………………………………………113目录4.6.1运算放大器的等效输入噪声模型………………………………1134.6.2运算放大器噪声性能计算1164.7传感器电路噪声分析………………………………………………………122第5章噪声性能测量1335.1噪声测量常用方法……1335.2噪声测量中的检波器和平均器………………………………………………………1365.3噪声功率和有效值的测量误差1404噪声功率谱密度测量………………………………………………………1425.5二端口等效输人噪声测量1465.6噪声系数测量…………………………………………………………………1475.7噪声温度测量……1545.8其他噪声性能的测量和计算………………………………………………1575.9噪声发生器160第6章干扰噪声1666.1外部噪声源………………………………………1676.1.1自然噪声源…1686.1.2电磁噪声源1706.1.3静电噪声源…1736.1.4非电起源的干扰噪声源………………………………………………1746.1.5干扰噪声的频谱分布1766.2干扰噪声耦合途径……………………………………………………………1776.2.1传导耦合…1796.2.2电场耦合………………………………………………………1836.2.3磁场耦合………1866.2.4电磁辐射耦合………1916.2.5耦合模式……………………………193第7章干扰噪声抑制方法…1967.1电磁屏蔽………………………………………………………………………1967.1.1场传播与波阻抗1977.1.2屏蔽层的吸收损耗……………………………………………………2007.1.3屏蔽层的反射损耗2027.1.4屏蔽层中的多次反射…………………………………………2067.1.5屏蔽效能分析与综合2087.1.6影响屏蔽效能的其他因素…………………………………2117.1.7屏蔽总结2147.2电缆屏蔽层接地216