第1章　绪论
思维模式的转变与进步，使得当前和未来的一段时间，智能化的时代特征更为鲜明。互联网思维注重对基于经验积累所提炼的智慧结晶进行广泛普及与应用，与之相比，智能时代的大数据思维更加强调通过对已有知识进行深入挖掘，创造新颖、有效、简洁且实用的新知识。
智能时代人类所面临的最大压力依旧是竞争。科技竞争最有力的手段仍然是创新。创新能力的塑造，需要通过对知识不断学习和反复运用，在思维能力提高的基础上，促进创新意识的启发、培养与形成。大数据思维存在三个纬度—定量思维、相关思维和实验思维，分别表明了大数据递进运用的三个层次：最先是描述（有效知识的精准抽取与表达，是充分理解和可靠获取知识的基础），然后是预测（知识实体之间的相互渗透与关联，是进行分析推理与拓展的手段），最后是产生攻略（反复地尝试与验证，是提出创新策略的保障）。
智能可以被看作知识、智力与能力三者的有机结合。其中，知识是智力与能力的基础，智力是指获取知识过程中所表现出的综合素质，而能力是指运用知识进行求解和创造过程中所表现出的综合素质。有智方有能，智能之士，方为人才。能否在获取知识的同时，提高运用知识进行求解和创造的能力？其中的关键在于学习过程中怎样对知识进行有效的挖掘。知识挖掘的模式存在多样性，其中最核心的是在考古式学习与探究基础上的发现、抽取、分析、推理、收获与拓展。
目前，智能时代的创新性代表案例为具有人工智能的机器人。人工智能主要研究如何使用计算机模拟人的某些思维过程和智能行为，如学习、推理、思考、规划等。机器学习的方式属于连续型的学习，对经验的依赖性很强。这种学习方式与大多数普通人一样，通过不断地从解决某一类问题的经验中获取知识，学习策略。当再遇到类似的问题时，就运用所学的经验知识解决问题并积累新的经验。机器人虽然在工作强度、运算速度和记忆功能方面远远超越人类，但是在意识、推理等方面可能难以超越人类。这是因为创新者除了会从经验中学习之外，还具有跳跃型的学习能力，能够在对经验的学习过程中激发灵感、产生顿悟，从而克服已有观念和方法在解决新问题时所暴露出的局限性，创造出新的概念和方法，并在丰富现有知识结构的同时，使知识内容产生质的飞跃。
电子信息技术本身就是人类智能发挥到极致时的综合产物。电子信息技术的产生主要源于人类实践中对电子信息系统的设计需求。电子信息系统的主要功能是完成应用环境下对感兴趣电信号的传输或获取，其设计取决于对电信号的处理方式。电信号处理方式的研究思路取决于如何对电信号进行有效的建模表征。电子信息系统的实现取决于如何对电信号处理方式进行高性能的电子线路设计。电子线路设计性能的提高取决于核心功能器件的研发。其中，现代电子信息系统的核心功能器件属于半导体器件。半导体器件发明、半导体电路优化设计、电信号建模和电信号处理构成了电子信息技术领域的四大技术基础。
电子信息技术体系庞杂，知识内容丰富。本书利用大数据思维，分别对半导体器件发明、半导体电路优化设计、电信号建模和电信号处理的知识内容要点进行挖掘，所归纳梳理出的表征知识内容实体链接规则的知识结构分别如图1-1～图1-4所示。
在图1-1所示的有关半导体器件发明的知识结构中，基础性知识的核心为四种放大电路模型；创新知识的核心为PN结设计；直接创新成果为双极结型晶体管（bipolar junction transistor，BJT）共基极组态设计；典型的间接创新成果分别为金属-氧化物-半导体场效应晶体管（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET）共源极组态设计和集成运算放大器。
以四种放大电路模型为知识内容和知识结构挖掘的出发点，以PN结设计和BJT共基极组态设计为知识内容质变的跳跃点，图1-1所表明的有关半导体器件发明的知识内容实体之间的链接规则为：最先，通过运用戴维宁定理、诺顿定理和伏安定律，对四种放大电路模型进行分析和推理，在明确了互导放大电路模型属于半导体器件发明的原始设计模型和电压放大电路模型属于半导体器件发明的终极目标设计模型的基础上，实现了PN结设计，并同时收获了半导体电路分析方法（直流通路的大信号图解分析和交流通路的小信号等效电路分析）。然后，在分析PN结正向偏置电路—硅二极管正向偏置放大电路特性的基础上，通过探究综合利用PN结正向偏置和反向偏置的器件结构及外围电路的设计原理，发明了BJT。最后，通过对共发射极放大电路进行直流通路和交流通路的综合分析，在明确了BJT共发射极放大区本征模型属于互导放大电路非理想化实现的同时，也明确了理想化互导放大电路模型器件级别实现的设计目标—MOSFET在饱和区的共源极组态。此外，图1-1还表明，综合利用BJT或者MOSFET的三种组态，还可以设计电压放大电路模型器件级别的理想化实现—集成运算放大器。
鉴于半导体电路是半导体器件的实际应用方式，因此，图1-2所示的半导体电路优化设计的知识结构与图1-1密切相关。图1-2所呈现出的创新性知识为：半导体电路设计一般分为原理电路、实用原理电路和实用电路三个层次。
以硅二极管正向偏置放大电路为知识内容和知识结构挖掘的出发点，分别以共发射极放大实用原理电路和集成运算放大电路为知识内容质变的跳跃点，图1-2所表明的半导体电路优化设计知识内容实体之间的链接规则为：最先，在硅二极管正向偏置放大电路分析和推理的基础上，确定了半导体电路的分析方法（直流通路大信号图解分析基础上的交流通路小信号等效电路分析）和实现了共基极放大原理电路的设计。据此，通过对共发射极放大原理电路进行直流通路和交流通路分析，针对其所暴露出的实用局限性，将其改进为共发射极放大实用原理电路。然后，针对BJT器件固有热缺陷，利用电流串联负反馈原理，将其改进为共发射极放大实用电路—基极分压式发射极偏置电路和阻容耦合式双电源发射极偏置放大电路。面向集成运算放大电路输入级的设计需求，在阻容耦合式双电源发射极偏置放大电路基础上，分别进行了共发射极组态原理电路（共发射极直接耦合电路）、实用原理电路（含恒流源的发射极偏置电路）和实用电路（差分式放大电路）的二次设计。此外，图1-2还表明，作为本质上属于电压放大电路模型的集成运算放大电路，表征其本质运算的求差原理电路及其实用电路（仪用放大器）的设计，均取决于对集成运算放大电路的典型线性应用电路（同相和反相放大电路）的特性分析。最后，图1-2还表明，集成运算放大电路还存在典型非线性应用电路（电压比较电路和相关式处理电路），以及便于进行同相和反相放大电路特性识别的实用电路—电压跟随器和直流毫伏表。在半导体放大电路优化设计基础上，典型的低频有源滤波电路—RC桥式振荡电路的优化设计取决于RC滤波电路的最优设计，而典型的高频有源滤波电路—三点式振荡电路、小信号谐振放大电路和丙类谐振功率放大电路的优化设计取决于LC选频与匹配网络的最优设计。
在图1-3所示的电信号建模的知识结构中，基础性知识的核心为随机过程；创新知识的核心为宽平稳过程；直接创新成果为自功率谱密度函数；典型的间接创新成果分别为维纳-辛钦定理、白噪声和时间序列模型。
以帕塞瓦尔定理的实用性分析为知识内容和知识结构挖掘的出发点，以宽平稳过程和自功率谱密度函数为知识内容质变的跳跃点，图1-3所表明的电信号建模知识内容实体之间的链接规则为：在分析帕塞瓦尔定理工程应用价值和实用局限性的基础上，不仅明确了随机过程具有将确定信号分析与随机信号分析相统一的理论意义，还囊括了随机信号分析方法、基础、结果和目标的技术内涵。因此，在完备的实验观测条件下，对电信号进行统计平均分析，能够从统计平均分析的结果（一维数字特征和二维数字特征）中抽取出核心数字特征，从而确定随机信号分析的宽平稳过程条件。据此，可以利用非周期平稳过程的自相关函数，得到随机信号分析的结果—最大观测时间间隔。并且，还可以利用时间平均确定随机信号分析的各态历经过程条件，以摆脱统计平均分析下完备的实验观测条件对宽平稳过程概念实用性的约束，从而利用确定信号的傅里叶变换对，通过推理，将帕塞瓦尔定理所描述的确定信号时域能量与频域能量的统一模型成功地升级为随机信号时域平均功率与频域平均功率的统一模型。最终，利用从该模型中抽取出的自功率谱密度函数，能够有效地建立随机信号统一模型—时间序列模型，从而最终达成随机信号分析的目标，这正是自功率谱密度函数的核心工程应用价值所在。此外，利用自功率谱密度函数，能够将仅适用于确定信号分析的帕塞瓦尔定理最终修正为维纳-辛钦定理，从而不仅完善了线性时不变系统的设计理论，还可以通过利用自功率谱密度函数所定义的白噪声，进一步落实线性时不变系统的工程设计与应用条件。
在图1-4所示的电信号处理的知识结构中，基础性知识的核心为假设检验理论；创新知识的核心为贝叶斯准则；直接创新成果为实现了统计信号的参量检测；典型的间接创新成果为实现了统计信号的波形检测、参量估计和波形估计。
以电信号处理模式为知识内容和知识结构挖掘的出发点，以贝叶斯准则的通用性为知识内容质变的跳跃点，图1-4所表明的电信号建模知识内容实体之间的链接规则为：根据电信号所含信息的复杂程度，电信号处理的基本模式可以分为信号检测和信号估计两种。电信号处理理论创建的原点始于对二元统计信号检测的研究。通过对基于假设检验理论所搭建的二元统计信号检测模型进行分析，可以推理出贝叶斯准则。利用贝叶斯准则分析统计信号参量检测的典型案例，所归纳出的恒虚警概率条件下的信号检测经验和低功率信噪比条件下的信号检测经验为进一步研究贝叶斯准则的实用性确定了依据。

目录
第1章 绪论 1
第2章 半导体器件的发明 9
2.1 设计模型—创新的源头 9
2.1.1 戴维宁定理和诺顿定理的理解 9
2.1.2 设计模型的确定 11
2.2 PN结—创新的基础 19
2.2.1 学术意义 19
2.2.2 工程价值 24
2.3 双极结型晶体管—创新的成果 29
2.3.1 设计原理 29
2.3.2 三种组态的排序 30
2.3.3 BJT的本征等效电路模型 32
2.4 MOSFET—理想化的实现 37
2.4.1 设计原理 38
2.4.2 理想化的体现 41
2.5 本章小结 46
第3章 半导体电路的优化设计 47
3.1 基本放大电路的局限性 47
3.1.1 原理电路 47
3.1.2 实用的原理电路 51
3.2 面向实用性的电路结构优化 54
3.2.1 共发射极分立放大电路的结构 54
3.2.2 共发射极集成放大电路的结构 61
3.3 集成电路运算放大器—量变到质变 66
3.3.1 集成电路运算放大器的设计 66
3.3.2 集成运放线性电路的设计 70
3.4 信号处理电路 77
3.4.1 典型的滤波电路 77
3.4.2 LC选频与匹配网络 82
3.5 本章小结 88
第4章 电信号建模 90
4.1 基于帕塞瓦尔定理的建模 90
4.1.1 工程意义 90
4.1.2 实用局限性 94
4.2 随机过程概念的剖析 96
4.2.1 理论意义与技术内涵 96
4.2.2 电信号的一、二维数字特征 99
4.3 平稳随机过程建模 103
4.3.1 宽平稳性的理解 103
4.3.2 宽平稳过程的自相关函数 114
4.3.3 各态历经性的工程意义 116
4.4 基于维纳-辛钦定理的建模 122
4.4.1 自功率谱密度函数的理论意义与技术内涵 122
4.4.2 时间序列模型 126
4.5 本章小结 131
第5章 电信号处理 133
5.1 信号处理概念的剖析 133
5.2 贝叶斯准则的提出 137
5.2.1 二元统计信号检测模型的理论意义 137
5.2.2 平均代价指标的技术内涵 141
5.2.3 典型案例的工程意义 143
5.3 贝叶斯准则的实用化 147
5.3.1 派生准则的工程价值 147
5.3.2 典型案例剖析 152
5.4 贝叶斯准则的拓展应用 160
5.4.1 一般高斯信号统计检测的内涵 160
5.4.2 统计信号波形检测的实现 168
5.4.3 统计信号参量估计的实现 175
5.4.4 统计信号波形估计的实现 177
5.5 本章小结 179
第6章 总结与展望 180
6.1 总结 180
6.2 展望 194
参考文献 197