22第1章绪论路处理。究竞采用何种电路，则要视系统的要求和电路的性能而定。模拟电路的主要优点是它能工作在高频率和实时地处理信号。自前，模拟电路可工作在儿万兆赫的频率，而数字电路还远未达到这样的工作速度。但模拟电路也存在缺点，首先，在模拟电路中的有源器件绝天多数工作在放大状态，不像数字电路那样工作在饱和、截止状态。而器件在放大状态的工作参数与工作点等多种因素有关，因此使整个模拟电路工作参数的稳定性较差。其次，模拟电路的时间特性主要决定于电路中的电阻、电容和电感等元件。从目前情况看，利用这些元件得到准确、稳定的时间常数也有一定困难。第三，利用模拟电路对模拟信号进行延时、存储等处理比较困难。上述模拟电路的缺点在数字电路中不存在，而且随着数字信号处理技术的发展，许多原由模拟电路完成的功能都可以用数字电路实现，且数字电路易于大规模集成。因此，通信系统的发展愈来愈趋向于数字化。即使是模拟通信系统也趋向于尽可能多地使用数字信号处理技术和数字电路。另外，抽样数据电路也开始应用于通信系统中，像利用开关电容电路组成的话路滤波器等。抽样数据电路比模拟电路易于得到稳定、准确的时间常数，从构成上它又比数字电路简单，因此，抽样信号处理技术和抽样数据电路的应用正逐渐扩大。1.4关于本书的内容本书讨论发送与接收设备中所涉及的信号处理技术及一部分典型电路，即属于信号传输的技术与电路。其它问题，例如，多路复用技术与电路、对基带信号的预处理以及通信系统中的一些专用技术不在本书讨论。从信号传输角度看，发送设备的主要任务是把基带信号变换到适合在信道中传输的形式，接收设备的主要任务是把经过信道传输信号复原成基带信号。这里涉及信号变换的理论和技术及实现这些变换功能的电路等。下而对本书在这两方面讨论的内容做简要说明。目前，在通信系统中使用信号的频率范围很宽，从很低频率到光波频率，也就是说，从几赫甚至直流直到几万吉赫。不同频段的信号，使用的信道不同，而且所用电路、电路的工作原理与分析方法也不同。本书将限于能用集总参数电路处理的信号频率范围，不涉及分布参数电路的内容。1.4.1关于信号变换的理论和技术信号变换，不管是将基带信号变换到适于信道传输的信号，还是它的反变换，主要是一个信号通过线性系统和非线性系统的问题。关于信号通过线性系统的问题，在“信号与系统”课程中已有系统的说明
1.4关于本书的内容23本书主要利用这些知识，着重说明它们在信号变换中的应用。关于信号通过非线性系统的问题，考虑到先修课程对这方面内容讨论较少，而它在通信系统中又占有重要位置，所以本书设专门章节讨论。信号通过系统进行变换的理论和技术，在本书中具体化为以下几个问题：（1）信号的放大这里主要是指频带信号的电压故大与功率放大。（2）信号的滤波。(3）信号的频率变换这里主要是指信号频谱在频率轴上的移动和倍频等。（4）正弦信号的产生这里主要是指如何产生预定频率的正弦信号。(5）调制与解调。（6）自动增益控制、自动频率微调和锁相环路。（7）模拟数字与数字模拟转换。1.4.2关于电路实现上述各种处理功能需要各种电路，包括模拟电路、数字电路和抽样数据电路。选择哪种电路取决于能高质量地完成所需要的功能和便于系统集成，即易于将整个系统用集成电路实现。本书对所介绍具体电路的选择也是遵循这样的原则。考虑到通信电路的类型很多，完成同一功能的电路形式也多种多样，本书将侧重电路完成功能的原理的说明和些完成基本功能的典型电路，不罗列各种不同电路的形式，侧重主要功能的实现方法，不对电路做过细的分析
第2章滤波器2.1引言滤波是根据某一希望的指标对信号的频谱进行处理的过程，滤波器是完成这一功能的器件或电路。这些处理包括：对某一范围内或某一特定的频率分量无失真地保留或完全衰减；对某一范围内各频率分量之间的相对幅度和相位关系进行修正等。：滤波器在通信系统中可以完成多种功能，例如：形成传输电路中通频带以对信导进行限带处理，在频分复用系统中完成解复用功能，对传输信道的频率特性进行校正以及阻抗匹配与阻抗转换等，是通信系统重要的组成部分。本章2.2节介绍滤波器的特性和分类，包括：一个滤波器的主要参数和它们的含义，这些参数与滤波功能的联系以及从不同角度对滤波器的分类。以后各节分别介绍带用的滤波器实现方法和典型电路。2.3节介绍无源LC滤波器，这是一种由电感、电容和电阻组成的滤波器，这种滤波器的特性受元件的影响相对比较小，或者说它的特性对元件容差的灵敏度比较低，因而获得了广泛的应用。由于应用范围广，时间长，它的设计已经规范化并有大量的设计图表、曲线和数据表格提供设计者使用，使这种滤波器的设计很方便。所以其它滤波器往往以这种滤波器为原型进行设计，再转换成所需要的滤波器形式。这种滤波器的缺点是在频率比较低时电感和电容的数值比较大，难于以集成电路的形式实现。在集成化成为电子系统发展主流的今天，这个缺点显得十分突出，限制了这种滤波器的应用范围。但在高频率电路中，例如通信系统的射频前端，仍然大量应用。近年来，在GHz频段上，已经将电感集成到放大电路中，扩展了这种滤波器的应用。在这一节中，首先简述了串联和并联谐振回路作为滤波器时的特性，然后介绍了常用的四种无源LC滤波器的特点并举例说明了设计方法。2.4节介绍目前广泛使用的表面声波滤波器，这种滤波器具有良好的频率特性，并且工作稳定性好。其主要的缺点也是难于与电路集成在一个芯片上。在频率较高时，集成电路工艺过程具有将这种滤波器与电子线路集成在个芯片上的可能性，但过于复杂，目前还没有实用。本节介绍了这种滤波器的工作原理和典型电路
2.2滤波器的特性和分类252.5节介绍有源RC滤波器，这种滤波器由电容、电阻和放大器组成，适于集成化，因此受到人们的重视。但这种滤波器的工作频率受限，并且对元器件的容差灵敏度高，因而工作稳定性也是这种滤波器实用中的问题。本节介绍了这种滤波器的基本单元电路，举例说明了设计方法。2.6节介绍抽样数据滤波器，这是一种在离散时间域处理信号的电路，由于这种滤波器的频率特性决定于电容的比值和时钟频率，所以工作稳定性好，并且这种电路也适于集成，但这种电路需要一个比较高的时钟控制电路的工作，限制了工作频率的提高。本节介绍这种电路的工作原理，开关电容和开关电流的基本单元电路，并举例说明设计方法。滤波器的特性和分类2.22.2.1滤波器的特性滤波器的功能框图如图2.2.1所示，表征它的主要参数是传输函数和输入与输出阻抗。滤波器的复频域传输函数可表示为V;(s)V,(s)V.(s)_N(s)滤波器u,(t)U.(t)H(s)=V()-D(s)_b.s"+bis"-+++b.输入阻抗(2.2.1)输出阻抗s"+a,s"-i+..+an式中，N（s)称为分子多项式，Ds）称为分母图2.2.1滤波器的功能框图多项式。H（s）是s的有理函数，式中所有系数均为实数，且分子多项式的阶数m小子或等于分母多项式的阶数n。滤波器的复频域传输函数经常用其零、极点表示(s - S:1)(s - S2)..(s - Szm)H(s) - Ho (-(s - -n)(- -)(2.2.2)式中，S1，S2，，5m是H（s）的零点，Sp1，Sp2，"，Spm是H(s）的极点。由于所有系数均为实数，所以零点和极点必须是实数或共轭复数，而且，为使滤波器是稳定的，所有极点必须位于：平而的左半平面。显然，若零点和极点在复平面的位置分布确定，则该滤波器的频率特性就是确定的。滤波器的频率特性可用s二ia代人H（s）表示式得到V.(jw)H(j) = V(ja)(2.2.3)通常，将其用幅频特性|Hiw）和相频特性（w）表示
26第2章港波器H(jw) = [H(jw)lej(o)(2.2.4)其中，幅频特性|H(iw）表示为|H(j)/=((Re|H(j)/2 + /Im|H(jc)| 12)12(2.2.5)或据式（2.2.3），记为V,(jw)H(iw)|=(2.2.6)V(jw)它表示的是，不同频率信号通过滤波器后，其幅度所发生的变化。通常[H(iw）！2是w的有理函数，对实系数H（s）的有理分式，利用性质|H(jα)|2=H(jw)H(j)=H(j)H(-jw)(2.2.7)令j=s代人上式，可得[H(j) 2 = H(s)H(- s)(2.2.8)这样，如果给定H（j），即可得到H（s），实现所需滤波器的问题就变化为实现该传输函数的问题，在滤波器的性能指标中，幅频特性有时使用衰耗特性A（）表示，它是幅频特性的倒数，记为V,(jw)1A(α) = 20lg20lg10lgL(α)(2.2.9)H(jw)V.(ja)1式中,L(w")=H(ja)H(-j)。滤波器的相频特性用（α）表示Im[H(jw)](w)= arctan(2.2.10)ReH(jw（w）表示一个角频率为α的正弦信号通过滤波器后所附加的相位移。通过相频特性曲线可以得到两个信号通过滤波器的特性，相位延时和群延时。相位延时（）表示为(w)t,(w) =-(2.2.11)ty它表示的是一个角频率为的正弦信号通过滤波器后所产生的延时。群延时（）表示为de(w)rg(w)=-(2.2.12)da群延时描述的是一群不同频率的信号通过滤波器后所产生的时间延迟，它是在指定频率范围内，相位一频率特性曲线在不同频率处的斜率。当其值为常数时，表示信号中各频率分量的延迟时间相同，所以信号经过滤波器后不会产生失真；如果它不是常数，而是随频率不同而变化，则表示信号经过滤波器后将会产生相