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导读
引用
Northrop, R. B. (2012). Analysis and Application of Analog Electronic Circuits to Biomedical Instrumentation (2nd ed.). CRC Press.
章节概要
全书共十五章，另有附录、术语表以及参考文献与推荐阅读。出版社说明每章都有引言和章末小结。第二版新增三章（功率放大器、无线患者监护，以及RFID、GPS和超声标签），并增加了术语表和新的章末习题与示例。下面的章名依据出版社的目录；编号按各章在目录中出现的顺序。
第1章：生物医学信号的来源与特性
开篇一章介绍内源性生物电信号的来源（神经和肌肉动作电位、心电图及其他生物电位）、生物电极的电学特性以及外源性生物电信号。它给出了后面的电路必须调理的各类信号。
第2章：模拟电子系统中所用半导体器件的特性与模型
本章涉及pn结二极管、双极型和场效应晶体管的中频模型、晶体管的高频模型与简单晶体管放大器，以及光子、光电二极管、光电导器件、LED和激光二极管。
第3–5章：差分放大器；电子单环反馈系统的一般特性；反馈、频率响应与放大器稳定性
第3章讨论差分放大器的电路结构、共模抑制比、高频增益、输入电阻、信号源阻抗对低频CMRR的影响，以及如何用运算放大器构成医学应用的差分放大器。第4章对电子反馈系统分类，并说明负电压反馈、负电流反馈和正电压反馈的作用。第5章回顾放大器的频率响应，说明反馈稳定性的含义，并把根轨迹用于反馈放大器设计和“线性”振荡器设计。
第6–7章：运算放大器与比较器；模拟有源滤波器导论
第6章涉及理想与实际运放、电压反馈与电流反馈运放的增益带宽关系、模拟电压比较器以及在生物医学中的若干应用。第7章介绍有源滤波器的应用和类型，包括电子可调滤波器。
第8–9章：仪表放大器与医用隔离放大器；生物医学应用中的噪声与低噪声信号调理系统设计
第8章涉及仪表放大器、医用隔离放大器、医用电子放大器的安全标准和医用级电源。第9章是关于噪声的长篇论述：随机噪声的描述量、噪声通过线性时不变滤波器的传播、噪声系数与噪声指数、级联噪声放大器、差分放大器中的噪声、反馈对噪声的影响、受噪声限制的分辨率的实例、若干低噪声放大器，以及“低噪声信号调理系统设计的艺术”。
第10–12章：数字接口；生物医学信号的调制与解调；功率放大器及其在生物医学中的应用
第10章涉及混叠与采样定理、数模转换器、采样保持电路、模数转换器和量化噪声。第11章讲调幅、调相和调频及其解调，以及数字载波的调制。第12章涉及功率输出器件、功率放大器的类别与效率、D类放大器、非线性与失真、集成电路稳压器和散热。
第13–14章：无线患者监护；生态研究中使用的RFID标签、GPS标签和超声标签
第13章涉及无线患者监护中的传感器与信号、调制、射频通信协议、UHF发射机与天线、完整系统、无线监护如何降低患者微电击的概率，以及隐私。第14章涉及RFID标签的应用、标签设计与读取器，以及GPS标签和渔业生物学中的超声标签。
第15章：生物医学仪器中使用的特殊模拟电路与系统实例
最后一章讲相敏整流器、鉴相器、压控与流控振荡器、锁相环、真有效值转换器和集成电路温度传感器，并以三个医疗仪器系统的实例结束。
核心概念
第1–5章：信号、器件与反馈
- 生物电信号与生物电极：心电图等信号的特性，以及拾取它们的电极的特性，决定了电路必须满足的要求。
- 共模抑制比：差分放大器抑制同时出现在两个输入端的干扰的能力。
- 负反馈与稳定性：反馈如何改变增益、输入输出电阻和频率响应，以及何时变得不稳定；根轨迹作为设计工具。
第6–9章：放大器、滤波器、隔离与噪声
- 运算放大器：作为基本构件的理想与实际运放，及其增益带宽的限制。
- 有源滤波器：滤波器类型及其在生物医学信号上的应用。
- 隔离与安全：隔离放大器、安全标准和医用级电源。
- 噪声系数与噪声指数：衡量放大器引入多少噪声，以及噪声在级联各级中如何累积。
第10–15章：接口、传输与特殊电路
- 采样、混叠与量化噪声：信号转换为数字形式时的限制。
- 调制：用正弦或数字载波传送生物医学信号。
- D类放大：开关式功率放大器及其效率。
- 无线患者监护：协议、天线、微电击与隐私。
- 锁相环与相敏检测：用于恢复信号的特殊电路。
评析
优点
- 一条完整的信号链。 全书沿着从信号源（第1章）和器件（第2章），经过放大器、反馈、滤波器、隔离、噪声、转换和传输的路径展开，每个电路模块都被作为记录系统的一部分来说明。
- 对噪声论述充分。 第9章有九节讲噪声，从随机噪声的描述量一直到低噪声设计，出版社还强调了描述噪声及其在线性系统中传播的数学工具。
- 医疗安全内容内建于书中。 隔离放大器、安全标准、医用级电源以及无线监护中的微电击风险，都作为独立主题出现。
- 有助于学习的内容。 第二版包含一个涵盖电子学、生理学和生物化学术语的术语表、新的章末习题与示例，以及每章的引言与小结。
局限
- 以模拟为主。 数字转换只用一章讲述。目录中没有数字信号处理和仪器软件。
- 传感器内容少。 除生物电极、光子器件和集成电路温度传感器外，目录中没有关于压力、流量或化学测量传感器的章节；这些需要一本通用的仪器学教材。
- 部分章节面向更窄的读者。 第14章讲用于生态研究（如渔业生物学）的标签，对专注临床仪器的读者用处可能有限。
- 先修要求高。 根轨迹、噪声分析和运放设计等主题要求具备本科的电路分析与电子学、拉普拉斯变换以及基础的信号与系统知识。
- 协议内容已不新。 本书出版于2012年，无线一章所讲的Wi-Fi和蓝牙反映的是当时的情形。
在课程中的定位
Northrop的书是对生物医学仪器中放大与信号调理环节的专门论述。Christe的《Introduction to Biomedical Instrumentation》是介绍医院设备的易读入门书，Webb的《Principles of Biomedical Instrumentation》按步骤讲解仪器从传感器到安全测试的设计。Webster和Nimunkar的《Medical Instrumentation: Application and Design》是涵盖传感器、放大器与信号调理、再到临床测量的标准工程教材，Togawa、Tamura和Öberg的《Biomedical Sensors and Instruments》则按被测量来组织。
应先读一本更宽泛的教材。Northrop随后提供那些书只用一两章概括的电子学、噪声与反馈方面的深度；当设计问题涉及放大器选型、噪声预算或隔离时，这是值得回头查阅的一本。
如何使用本书
本书面向设计或分析记录电子电路的生物医学工程研究生和在职工程师。本科的电路分析与电子学、拉普拉斯变换以及基础的信号与系统知识，是实际的先修内容。
实用的读法：
- 核心： 第1、3、4–6、8和9章，涉及信号、差分与反馈放大器、运放、隔离和噪声。
- 滤波器与转换： 根据应用需要读第7章和第10章。
- 按兴趣选读： 第2章作为器件复习；第11–15章讲调制、功率放大器、无线监护和特殊电路。
- 利用习题和术语表。 做章末习题，遇到不熟悉的术语就查术语表。