下载文档原格式
高速数字系统设计2007年3月1日第一章基本知识1-1 信号与信号完整性（Signal Integrity）1-2 频率与时间1-3时间与距离1-4集总系统与分布系统1-5-3dB频率与上升时间1-6四种电抗1-7高速数字系统中的电阻、电容和电感元件中国科大快电子学安琪21-1 信号与信号完整性（Signal Integrity）信号：“信号”是一个使用非常广泛的名词。
从信息论的观点出发，信号是信息的一种物理体现，或者说：信号是信息的载体。
广义而言：信号被定义为一个随时间（和位置）变化的物理量。
模拟信号：在规定的连续时间范围内，信号的幅度值可以取连续范围的任意数值。
简单地讲：是指时间和幅度均是连续的物理量。
数字信号：在时间和幅度上都量化后取得的信号。
它是以某种时间间隔依次出现的数字序列。
简单地讲：是指时间和幅度均是离散的物理量。
A/D模拟信号数字信号D/A中国科大快电子学安琪3中国科大快电子学安琪4分析方法：时域和频域时域分析方法：用两维空间内的函数作为信号的数学模型，即时间变量t 和幅度变量f(t)（电压、电流或功率）。
X 轴是时间变量，Y轴是表示物理量的幅度变量。
t －f(t)时域是真实存在的域，是唯一实际存在的域。
中国科大快电子学安琪5频域分析方法所谓的频域分析，仍然用两维空间内的函数作为模拟信号的数学模型，描述模拟信号的两个最基本参数是频率和幅度。
采用频率变量（f ）代替时间变量（t ），幅度变量（电压、电流和功率: G(f)）是频率的函数。
X 轴是频率变量，Y 轴是表示物理量的幅度变量。
正弦波是频域中唯一存在的波形，其特征： 频率； 幅度；相位中国科大快电子学安琪6时域时域-频域的关系)(t f 频域dte tfg t j ωω－∫∞∞−=)()(傅立叶变换dte g tf t j ωω∫∞∞−=)()(傅立叶反变换)(ωg 从频谱分析的角度上看，时域中的任何信号, 都可以用若干个不同频率，不同幅度的正弦波信号叠加来表示。
MATLAB及其应用MATLAB and Its Application武汉大学电子信息学院陈晶课程邮箱：whumatlab2013@keyword: matlab2013学习目的：掌握用计算机建模、计算，以及用图表形象表达分析结果从而促进逻辑思维的系统方法。
缩短研究周期，加快探索步伐，激发创作灵感。
不希望学生在编程上化太多时间，课程目的不是学习编程。
紧密结合科学的前沿。
论文=Matlab+word 。
MATLAB的特点：编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题。
语法非常简单，编程效率高，易学易懂，方便实用。
没有编程基础的学生也可以很快地编写出程序。
可以直接在Word中被调用，使用相当方便实用。
强大的科学计算能力、卓越的可视化功能、开放式可扩展环境。
不同的应用学科几十种应用工具箱a.研究人员可以直观、方便地进行分析、计算和设计工作，b.应用工具箱可以更进一步简化编程，甚至给很复杂的问题提供―傻瓜照相式‖的解决办法，极大地提高了工作效率。
可实现MATLAB与Visual C++等通用编程平台的混合编程。
取长补短，以提高程序的运行效率，丰富程序开发的手段。
MATLAB的普及：经历了实践的检验、市场的筛选和时间的凝练，日益融入到数学、物理、化学、信息工程、生物医学工程、金融、管理和社会科学等许多学科专业。
在大学、科研机构和各大公司中，MATLAB得到了广泛的应用，已经成为计算机辅助设计和分析、科学计算和应用开发的基本工具。
在当今欧美大学的许多专业中，MATLAB已成为大学生必须掌握的科学计算软件。
课程主要内容：基础准备及入门符号计算数值数组及向量化运算数值计算数据和函数的可视化M文件Notebook…….教学特点：算例的计算结果（包括数据和图形等）现场实时产生感受计算过程和计算结果教材：《MATLAB教程》R2012a（2012年修订） 2013年印刷,张志涌等编著，北京航空航天大学出版社参考文献：精通MATLAB R2011a，张志涌等编著，北京航空航天大学出版社， 2011-11-1 MATLAB在数学建模中的应用，卓金武主编，北京航空航天大学出版社，2011 ......网上资源：国内中文站点：1. MATLAB教学网2. /……国外站点：1. MathWorks公司主页 ……基础准备及入门一 MATLAB正常运行所必须具备的基础条件；二 MATLAB及其操作桌面的基本使用方法；三 MATLAB的帮助系统。
高速数字系统设计2007年3月8日第一章基本知识1-1 信号与信号完整性（Signal Integrity）1-2 频率与时间1-3 时间与距离1-4 -3dB频率与上升时间1-5 集总系统与分布系统1-6 四种电抗1-7 高速数字系统中的电阻、电容和电感元件中国科大快电子学安琪21-5 集总系统与分布系统一. 信号传输的四种电性等效模型全波模型分布模型（离散模型）集总模型直流模型中国科大快电子学安琪31. 全波模型理论：“麦克斯威方程组”。
假设电磁波在一个无限大的平面上行进：电场指向x方向；磁场指向y方向；整个电磁场往z方向行进。
传播速度：光速，阻抗：电场对磁场的比值，在自由空间里为377Ω。
当平面波遇到一个高传导物体时，传播方向会随即发生变化。
如果适当地调整传播的物体，则平面波可以被导入到一个传输线里，这个我们称为“全波模型”。
选择“边界条件”用以代表实际物体的几何结构以及所使用的材料，来求解全波模型的麦克斯威方程组。
即使非常简单的结构体，方程组也很难解出。
中国科大快电子学安琪42.分布系统简化数学模型：用“电容”来描述电能用“电感”来表示磁能，用“电阻”来代表转换为热的能量损耗。
分布模型（离散模型）示意图 这些元件被定义成没有实际尺寸，由无损和无延迟的导线将它们连接起来。
有了这些电路元件就不再需要麦克斯威方程组和边界条件，利用它们就可以来描述一个所谓的理想传输线结构。
基本的传输线结构如上图所示，理想上，它是由无限多的RLC网络所组成的，然而，为了计算的目的（特别是为了时域的计算方便），我们通常选择有限个RLC网络来代表。
其基本的假设是每个RLC网络的延迟时间远小于信号的波长或者上升时间。
中国科大快电子学安琪5需要提醒的是，这种传输线模型起初仍然是用集总的元件来描述系统的，只不过这些元件是分布在整个系统中，并且是足够小。
以至于每个RLC网络的延迟时间远小于信号的波长或者上升时间。
分布模型（离散模型）示意图我们称这种传输线模型为“分布模型”。
算法设计与分析—入门篇第一讲算法概述请各位评审老师提出宝贵建议！谢谢！ 本讲内容1.1 什么是算法？ 1.2 计算机科学中算法的位置 1.3 算法分析引论1.4 算法设计引论请各位评审老师提出宝贵建议！谢谢！ ●在数学和计算机科学之中，算法/算则法（Algorithm ）为一个计算的具体步骤，常用于计算、数据处理和自动推理。
(Wikipedia) ●算法的例子●刘徽割圆术●四则运算 ●最小生成树●快速排序什么是算法？请各位评审老师提出宝贵建议！谢谢！ –可由一个给定计算模型机械地执行的规则或计算步骤序列称为该计算模型的一个计算 –注意•一个计算机程序是一个计算（计算模型是计算机） •计算可能永远不停止——不是算法。
请各位评审老师提出宝贵建议！谢谢！ 算法是一个满足下列条件的计算： •有穷性/终止性：有限步内必须停止，•确定性：每一步都是严格定义和确定的动作， •能行性：每一个动作都能够被精确地机械执行， •输入：有一个满足给定约束条件的输入， •输出：满足给定约束条件的结果。
请各位评审老师提出宝贵建议！谢谢！ 关于算法 •“算法”的来源•中文名称：周髀算经•英文名称 –“Algorithm”来自于9世纪波斯数学家花拉子米（al-Khwarizmi ）–“算法”原为“algorism”，即“al-Khwarizmi”的音转，意思是“花拉子米”的运算法则–在18世纪演变为“algorithm”•最早的算法–欧几里德的“求最大公因子算法”请各位评审老师提出宝贵建议！谢谢！ •算法的目的是求解问题。
什么是问题？ •问题–设Input 和Output 是两个集合。
一个问题是一个关系R ⊆Input ⨯Output ，Input 称为问题R 的输入集合，Input 的每个元素称为R 的一个输入，Output 称为问题R 的输出或结果集合，Output 的每个元素称为R 的一个结果。
–注意•问题定义了输入和输出的关系。
ch1_基础准备及入门MATLAB及其应用MATLAB and Its Application武汉大学电子信息学院陈晶课程邮箱：whumatlab@keyword: asdfghjkl学习目的：●掌握用计算机建模、计算，以及用图表形象表达分析结果从而促进逻辑思维的系统方法。
●缩短研究周期，加快探索步伐，激发创作灵感。
●不希望学生在编程上化太多时间，课程目的不是学习编程。
●紧密结合科学的前沿。
●论文=Matlab+word 。
课程主要内容：基础准备及入门符号计算数值数组及向量化运算数值计算数据和函数的可视化M文件Notebook…….教材：《MATLAB教程》R2008a（2009年修订）2009年第7（或第8）次印刷张志涌等编著，北京航空航天大学出版社，2006年第1版参考文献：注：请按照不同专业需要来选择。
[1] 《MATLAB及其在理工课程中的应用指南》（第二版），陈怀琛编著，西安电子科技大学出版社，2004[2] 《MATLAB在化学中的应用》，许国根、许萍萍、谭宪林编著，西安交通大学出版社，2005[3] 《MATLAB金融计算与金融数据处理》，张树德编著，北京航空航天大学出版社，2008[4] 《MATLAB在动态经济学中的应用》，王翼、王歆明编著，机械工业出版社，2006[5] 《管理运筹学和MATLAB软件应用》，刘顺忠编著，武汉大学出版社，2007[6] 《基于MATLAB 6.x 的系统分析与设计－神经网络》（第二版），许东、吴铮编著，西安电子科技大学出版社，2002[7] 《MATLAB基础与应用实例集粹》，王琦、徐式蕴、赵睿涛、高军锋、常春藤编著，人民邮电出版社，2007网上资源：国内中文站点：1. MATLAB教学网国外站点：1. MathWorks公司主页2. MAThTools站点/MATLAB/index.html第 1 章基础准备及入门一MATLAB正常运行所必须具备的基础条件；二MATLAB及其操作桌面的基本使用方法；三MATLAB的帮助系统。
1.1MATLAB的安装MATLAB 7版本例如：MATLAB 7.0，…，MATLAB 7.3（MATLAB R2006b），MATLAB 7.4（R2007a），…，R2008a，R2008b，……MathWorks公司每年进行两次产品发布，时间分别在每年的3月和9月。
MATLAB只有在适当的外部环境中才能正常运行。
如：MATLAB R2008a（即旧编号MATLAB7.6）版要求Win2000或WinXP平台。
在安装MATLAB.R2008a时，会出现一个界面，该界面上有两个选项：Typical和Custom。
假如你不熟悉MATLAB，或计算机硬盘的自由空间远大于3G，或假如你需要用到光盘上MATLAB的所有功能及工具包，那么你就点选“Typical”。
否则，点选“Custom”。
在点选“Custom”后，会引出如图1.1-1的界面。
图 1.1-1 MATLAB组件选择界面表1.1-1 MATLAB各组件的功用组件名称功用1．必须选择的本原性组件MATLAB 这是最核心的部分。
没有它就没有MATLAB环境。
有了它，就可以对各类数据（除符号类数据以外）进行操作、运算和可视化。
2．最常选的通用性工具包组件Symbolic Math 符号类数据的操作和计算。
ToolboxExtended Symbolic Math Toolbox 更丰富的符号计算函数和指令3．其他通用性工具包组件Simulink 不用编写程序，利用方块图实现建模和仿真；主要用于研究微分和差分方程描写的非线性动态系统。
Optimization Toolbox 包含求函数零点、极值、规划等优化程序。
Matlab Compiler 把MATLAB的M文件编译成独立应用程序。
Matlab builder for Excel 与MATLAB Compiler配合使用，生成Excel插件。
4．常用专业性工具包组件Control System Toolbox MATLAB涉及控制的工具包有10多个，而本栏工具包是最基本的，是解决控制问题所必选的。
至于其他控制工具包则是用户根据需要选择的。
Signal Processing Toolbox 是MATLAB信号处理中的基本工具包。
Spline Toolbox 内含样条和插值函数。
Statistics Toolbox 包含进行复杂统计分析所需的程序。
5．其他专业性工具包组件（举例）Stateflow 与Simulink配合使用，主要用于较大型、复杂的（离散事件）动态系统的建模、分析、仿真。
System动态系统辨识。
IdentificationToolbox......1.2Desktop操作桌面的启动1.2.1MATLAB的启动点击图标1.2.2操作桌面简介桌面的上层铺放着的界面：指令窗（Command Window）、当前目录（Current Directory）浏览器、历史指令（Command History）窗。
工作空间（Workspace）浏览器。
指令窗指令、函数、表达式；显示除图形外的所有运算结果；给出相关的出错提示。
●历史指令窗记录已经运作过的指令、函数、表达式运行的日期、时间所有指令、文字都允许复制、重运行及用于产生M文件。
●当前目录浏览器展示着子目录、M文件、MAT文件和MDL文件等。
可进行Windows平台的各种标准操作。
●工作空间浏览器罗列出MATLAB工作空间中所有的变量名、大小、字节数；可对变量进行观察、图示、编辑、提取和保存。
●捷径（Start）键引出通往MATLAB所包含的各种组件、模块库、图形用户界面、帮助分类目录、演示算例等的捷径，以及向用户提供自建快捷操作的环境。
1.3Command Window运行入门Command Window指令窗简介MATLAB指令窗默认地位于MATLAB桌面的右方。
希望得到脱离操作桌面的几何独立指令窗，点击该指令窗右上角的键。
●让独立指令窗嵌放回桌面，点击Command Window右上角的按钮。
1.3.1最简单的计算器使用法【例1.3-1】求23[÷-⨯+的算术运算结果。
12)]47(2本例演示：最初步的指令输入形式和必需的操作步骤。
(12+2*(7-4))/3^2〖说明〗●一条指令输入结束后，必须按[Enter] 键，那指令才被执行。
●由于本例输入指令是“不含赋值号的表达式”，所以计算结果被赋给MATLAB的一个默认变量“ans”。
它是英文“answer”的缩写。
【例1.3-2】“续行输入”法本例演示：由于指令太长，或出于某种需要，输入指令行必须多行书写时，该如何处理？S=1-1/2+1/3-1/4+ ...1/5-1/6+1/7-1/8〖说明〗●指令执行后，变量S被保存在MATLAB 的工作空间（Workspace）中，以备后用。
1.3.2数值、变量和表达式一数值的记述MATLAB的数值采用习惯的十进制表示，可以带小数点或负号。
以下记述都合法。
3 -99 0.001 9.456 1.3e-34.5e33二变量命名规则●变量名、函数名是对字母大小写敏感的。
如：变量myvar和MyVar表示两个不同的变量。
sin是MATLAB定义的正弦函数名，但SIN,Sin等都不是。
●变量名的第一个字符必须是英文字母，最多可包含63个字符（英文、数字和下连符）。
如：myvar201是合法的变量名。
●变量名中不得包含空格、标点、运算符，但可以包含下连符。
如变量名my_var_201是合法的，且读起来更方便。
而my,var201由于逗号的分隔，表示的就不是一个变量名。
三MATLAB默认的预定义变量（Predefined Variable）表1.3-1 MATLAB中最常用的预定义变量预定义变量含义预定义变量含义ans 计算结果的默认变量名NaN或nan不是一个数（Not aNumber），如0/0，∞∞/eps 机器零阈值Inf或inf 无穷大，如1/0nargin 函数输入宗量数目i 或j 虚单元1-==jinargout 函数输出宗量数目pi 圆周率πrealmax 最大正实数realmin 最小正实数format longpi1/00/0realmaxrealmineps % 在采用IEEE浮点算法的计算机上，数值通常采用“占用64位内存的双精度”表示。
其相对精度是eps。
eps+1==1eps/2+1==1说明：●建议：用户在编写指令和程序时，应尽可能不对表1.3-1所列预定义变量名重新赋值，以免产生混淆。
●被0 除是允许的。
它不会导致程序执行的中断，只是在给出警告信息的同时，用一个特殊名称（如Inf，NaN）记述。
四运算符和表达式（1）经典教科书上的算术运算符在MATLAB 中的表达方式表1.3-2 MATLAB表达式的基本运算符数学表达式矩阵运算符数组运算符加b a+ a + b a + b 减b a- a - b a - b 乘b a⨯ a * b a .* b除b a÷ a / b 或b \ a a ./ b 或b .\ a幂b a a ^ b a .^ b( ) ( ) ( ) 圆括号〖说明〗●因为MATLAB面向矩阵/数组设计，标量被看作)11( 的矩阵/数组。
●数组运算的“乘、除、幂”规则与相应矩阵运算根本不同。
数组运算符比矩阵运算符多一个“小黑点”。
●MATLAB用左斜杠或右斜杠分别表示“左除”或“右除”运算。
对标量而言，“左除”和“右除”的作用结果相同。
但对矩阵来说，“左除”和“右除”将产生不同的结果。
（2）MATLAB书写表达式的规则与“手写算式”几乎完全相同。
●表达式由变量名、运算符和函数名组成。
●表达式将按与常规相同的优先级自左至右执行运算。
●优先级的规定是：指数运算级别最高，乘除运算次之，加减运算级别最低。
●括号可以改变运算的次序。
●书写表达式时，赋值符“=”和运算符两侧允许有空格，以增加可读性。
五面向复数设计的运算——MATLAB特点之一为描述复数，虚数单位用预定义变量i 或j 表示。
●MATLAB的所有运算都是定义在复数域上的。
好处：在进行运算时，不必像其他程序语言那样把实部、虚部分开处理。
复数θi re=直角坐标表示和极坐标表示之+biaz=间转换：real(z) 给出复数z 的实部 θcos r a =。
imag(z) 给出复数z 的虚部θsin r b =。
abs(z) 给出复数z 的模 22b a +。
angle(z) 以弧度为单位给出复数z 的幅角ab arctan。
复数与平面上的点? 【例1.3-4】复数iez i z i z63212,21,34π=+=+=表达，及计算321z z z z =。
