【虎彩 按需出版】电磁兼容和印刷电路板(理论设计和布线) (美国)蒙切斯著 人民邮电出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘元安 译

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• 人民邮电出版社
• 理论设计
• 布线技术

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出版社： 人民邮电出版社

ISBN：7115106746

商品编码：10152215899

出版时间：2003-11-01

内容简介
《电磁兼容和印刷电路板》从理论、设计和布线的角度分析研究了电磁兼容(EMC)和印刷电路板(PCB)所涉及的问题，全书内容共有9章。第1～3章介绍了EMC的基本原理、PCB中的EMC以及元件设计中的EMC，第4章论述了PCB中镜像面的原理与特性，第5章和第6章详尽地阐述了PCB中的旁路与去耦以及传输线的设计原理。第7～9章就信号的完整性与串扰、PCB走线终端以及PCB布线中的接地原理进行了论述。
 目录 第1章　电磁兼容基本原理　1

1.1　基本定义　2

1.2　设计工程师常见的一些电磁兼容问题　3

1.2.1　规范　3

1.2.2　射频干扰　3

1.2.3　静电放电(ESD)　4

1.2.4　电力干扰　4

1.2.5　自兼容性　4

1.3　电磁环境　4

1.4　遵守规范的必要性(EMI简史)　8

1.5　对于无保护产品的潜在EMI/RFI辐射等级　9

1.6　噪声耦合法　10

1.7　干扰的本质　12

1.7.1　频率和时间(傅里叶变换：时域—频域)　13

1.7.2　幅度　13

1.7.3　阻抗　14

1.7.4　尺寸　14

1.8　PCB和天线　14

1.9　系统级EMI产生原因　15

1.10　对电磁辐射控制的总结　16



第2章　PCB中的EMC　17

2.1　EMC和PCB　17

2.1.1　导线和PCB走线　18

2.1.2　电阻　19

2.1.3　电容器　19

2.1.4　电感　19

2.1.5　变压器　20

2.2　电磁理论　20

2.3　电场源与磁场源之间的联系　22

2.4　麦克斯韦方程的简化——进一步说明　25

2.5　通量消除的概念(通量小化)　27

2.6　趋肤效应和引线自感　28

2.7　共模和差模电流　30

2.7.1　差模电流　31

2.7.2　差模辐射　31

2.7.3　共模电流　32

2.7.4　共模辐射　34

2.7.5　差模和共模的转变　34

2.8　传播速度　35

2.9　临界频率(λ/20)　36

2.10　抑制RF能量的基本原理和概念　37

2.10.1　基本原理　37

2.10.2　基本概念　37

2.11　总结　38



第3章　元件与电磁兼容　40

3.1　边沿速率　40

3.2　输入能量消耗　43

3.3　时钟偏移　44

3.3.1　工作周期偏移　45

3.3.2　输出到输出的偏移　45

3.3.3　部件到部件的偏移　45

3.4　元件封装　46

3.5　地电位跳跃　50

3.6　引线到引线的电容　53

3.7　接地散热器　53

3.8　时钟源的电源滤波　56

3.9　集成电路中的辐射考虑　58

3.10　总结　60



第4章　镜像面　61

4.1　概述　61

4.2　5/5规则　63

4.3　镜像层怎样工作　63

4.3.1　电感　63

4.3.2　局部电感　63

4.3.3　局部互感　64

4.3.4　镜像层的实现和概念　66

4.4　接地和信号回路(没有涡流)　68

4.4.1　回路区域控制　69

4.5　纵横比——接地连接之间的距离　71

4.6　镜像层　73

4.7　镜像层损坏　74

4.8　层间跳转—通路应用　76

4.9　层分裂　78

4.10　分区法　79

4.10.1　功能子系统　79

4.10.2　静态区域　80

4.11　隔离和分区(壕)　80

4.11.1　方法一：隔离　81

4.11.2　方法二：搭桥　81

4.12　互连和RF返回电流　84

4.13　单面和双面板布线要点　85

4.14　网格接地系统　88

4.15　局部化的接地层　90

4.16　小结　92



第5章　旁路和去耦　94

5.1　谐振概述　94

5.1.1　串联谐振　95

5.1.2　并联谐振　95

5.1.3　并联C-串联RL谐振(反谐振电路)　95

5.2　物理特性　96

5.2.1　阻抗　96

5.2.2　能量储存　98

5.2.3　谐振　98

5.2.4　电源和接地层的好处　100

5.3　并联电容器　102

5.4　电源层和接地层电容　103

5.4.1　隐藏电容　106

5.4.2　电源和接地层电容值的计算　106

5.5　引线长度电感　107

5.6　安装　107

5.6.1　电源板　107

5.6.2　去耦电容器　108

5.7　去耦电容的选择　111

5.8　大电容的选择　114

5.9　组件内电容的设计　116

5.10　实心电压板的通路及通路效应　117



第6章　传输线　119

6.1　传输线概述　119

6.2　传输线基础　121

6.3　传输线效应　122

6.4　多层PCB中传输线的形成　123

6.5　相对介电常数　124

6.6　布线　124

6.6.1　微带线结构　127

6.6.2　嵌入式微带线　128

6.6.3　单带状线结构　129

6.6.4　双带状线　130

6.6.5　差动微带线和带状线　131

6.7　布线考虑　132

6.8　容性负载　134



第7章　信号完整性与串扰　137

7.1　信号完整性的要求　137

7.2　反射和衰减振荡　139

7.2.1　信号失真的鉴定　141

7.2.2　产生衰减振荡的条件　142

7.3　计算走线长(电长走线)　144

7.4　由于不连续引起的负载　148

7.5　RF电流分布　149

7.6　串扰　150

7.6.1　串扰的测量单位　153

7.6.2　避免串扰的设计技术　153

7.7　3-W原则　155



第8章　PCB走线终端　159

8.1　传输线效应　159

8.2　终端匹配方法　160

8.2.1　源终端　162

8.2.2　串联终端　162

8.2.3　末端终端匹配　167

8.2.4　并联终端　168

8.2.5　戴维宁网络　171

8.2.6　RC网络　174

8.2.7　二极管网络　176

8.3　终端噪声与串扰　176

8.4　多终端效应　177

8.5　布线　180

8.6　分叉线路　181

8.7　小结——终端匹配方法　181



第9章　接地　183

9.1　接地的原因——概述　183

9.2　定义　183

9.3　基本接地概念　184

9.4　安全地　187

9.5　信号电压参考地　188

9.6　接地方法　189

9.6.1　单点接地技术　189

9.6.2　多点接地技术　191

9.6.3　混和或选择接地　192

9.6.4　模拟电路接地　193

9.6.5　数字电路接地　193

9.7　控制走线间的共阻抗耦合　194

9.7.1　降低共用阻抗路径的长度　194

9.7.2　避免共阻抗路径　195

9.8　电源和接地结构中的共阻抗耦合的控制　196

9.9　接地环路　197

9.10　多点接地中的谐振　199

9.11　子卡与卡架之间的场耦合　201

9.12　接地(输入/输出连接器)　203

《精密电路的科学与艺术：电磁兼容与印刷电路板设计详解》 内容概述： 本书并非关于特定出版物《【虎彩 按需出版】电磁兼容和印刷电路板(理论设计和布线) (美国)蒙切斯著 人民邮电出版社》的评介或摘录。它是一本独立编撰的、专注于电子产品核心——印刷电路板（PCB）设计与电磁兼容（EMC）理论的深度解析著作。全书致力于为读者提供一套系统、详尽且实用的设计知识体系，旨在帮助电子工程师、技术爱好者以及相关专业的学生，深刻理解PCB设计中至关重要的EMC原理，并掌握从理论到实践的全流程设计方法。 本书在内容组织上，力求逻辑清晰、层层递进，从基础概念入手，逐步深入到高级应用。它将理论与实践紧密结合，不仅阐述了EMC现象产生的物理机制，更提供了切实可行的设计准则和布局布线技巧，以期读者在实际工作中能够主动预防和解决EMC问题，设计出高性能、高可靠性的电子产品。 第一部分：电磁兼容（EMC）基础理论 本部分将从最根本的层面，剖析电磁兼容性所涉及的物理现象和基本原理。 电磁波的产生与传播： 电荷与电流的动态： 深入探讨电荷的运动如何产生电场和磁场，以及时变电磁场如何形成电磁波。分析瞬变电流、高频信号以及寄生参数（电感、电容）在电磁波产生中的作用。 不同频率下的电磁现象： 区分低频、高频和射频（RF）设计中电磁波传播特性的差异。阐述波阻抗、传输线效应、反射、驻波等在PCB设计中的重要性。 电磁辐射的途径： 详细解析EMC问题的主要辐射途径，包括传导辐射（通过电源线、信号线传播）和空间辐射（通过电缆、PCB本身向外发射）。 电磁干扰（EMI）的形成机制： 耦合机制： 传导耦合： 重点讲解在PCB上，不同信号线、电源线、地线之间，以及PCB与外部连接器之间，通过导电路径进行的电流和电压干扰。分析串扰（Crosstalk）的产生原因，如容性耦合和感性耦合，以及信号完整性（SI）对EMI的影响。 辐射耦合： 阐述PCB上的高频信号、时钟信号、开关电源等产生的电磁场如何直接辐射到周围环境，或被其他组件接收并引起干扰。分析天线效应的产生，如PCB边缘、布线间隙、过孔等。 电感性耦合： 深入分析回流路径（Return Path）不连续或过长如何导致地弹（Ground Bounce）、环路面积增大，进而产生强烈的电磁辐射。 容性耦合： 讲解平行布线、相邻层布线等产生的电场相互影响，尤其在高频信号传输时，电场耦合的效应更为显著。 敏感性（Susceptibility）与抗扰性（Immunity）： 干扰的来源： 列举典型的EMI源，如数字电路的时钟信号、高速数据总线、开关电源、射频器件、外部电磁脉冲（EMP）等。 敏感性器件： 分析不同类型的电子器件对EMI的敏感度，如高精度模拟电路、低压数字电路、微处理器等。 提高抗扰性的方法： 引入EMC的另一个核心概念——抗扰性，即电子设备抵抗外部EMI干扰的能力。 EMC基本概念与术语： 电场强度、磁场强度、功率密度： 介绍度量电磁场强度的基本单位和方法。 电磁屏蔽（Shielding）： 讲解电磁屏蔽的基本原理，包括反射损耗和吸收损耗，以及屏蔽体材料、结构和接地方式对屏蔽效果的影响。 滤波（Filtering）： 阐述滤波器的作用，如何滤除电源线和信号线上的传导干扰，介绍不同类型的滤波器（LC、RC、EMI抑制器等）及其设计考虑。 接地（Grounding）： 强调接地在EMC设计中的核心地位，区分单点接地、多点接地、混合接地等概念，并分析其适用场景与局限性。 电磁兼容标准（如CISPR、FCC、CE）： 简要介绍国际和地区性的EMC标准，以及这些标准对产品设计的要求，让读者了解设计目标。 第二部分：印刷电路板（PCB）设计与EMC优化 本部分将聚焦于PCB这一具体载体，阐述如何在电路板的设计与布线过程中，主动融入EMC设计理念。 PCB结构与EMC： 多层板的优势： 详细讲解使用四层、六层及以上PCB的好处，特别是增加电源层和地平面（Ground Plane）对EMC的巨大贡献。分析电源层与地平面如何提供低阻抗的电流回流路径，抑制信号耦合。 地平面（Ground Plane）设计： 完整性： 强调地平面应尽可能完整、连续，避免被信号线“割裂”。 分割： 讨论何时需要分割地平面（如模拟地与数字地隔离），以及如何合理分割，避免引入新的EMC问题。 低阻抗： 讲解多点接地和网格地（Mesh Ground）的实现，以及通过足够多的过孔（Vias）连接不同层地平面，确保低阻抗连接。 电源层（Power Plane）设计： 去耦电容（Decoupling Capacitors）的放置： 详细阐述去耦电容的作用，以及如何选择合适的电容值、类型和放置位置，使其最有效地抑制电源噪声。强调电容靠近IC电源引脚，并尽可能短地连接到地平面。 电源分布网络（PDN）的阻抗： 分析电源线和地线组成的PDN的阻抗特性，以及如何通过合理的层叠结构和电容配置来降低PDN阻抗，为IC提供稳定的电源。 过孔（Vias）的设计： 寄生参数： 分析过孔本身存在的寄生电感和电容，以及这些寄生参数在高频下的影响。 最小化过孔： 建议尽量减少过孔的使用，特别是在高频信号线和关键回流路径上。 过孔地（Via-in-Pad）与回流路径： 讨论过孔地在特定情况下的应用，以及如何确保过孔地的回流路径。 信号布线与EMC： 高频信号布线： 传输线理论的应用： 讲解PCB走线如何被视为传输线，以及阻抗匹配的重要性。 阻抗匹配： 详细阐述终端匹配（并联、串联）和源端匹配技术，以减少信号反射，提高信号完整性。 差分信号（Differential Signaling）： 介绍差分信号的EMC优势，包括共模噪声抑制和辐射降低，以及差分对的布线要求（等长、等宽、紧密平行）。 串扰（Crosstalk）的控制： 间距（Spacing）： 强调相邻信号线之间应有足够的间距，特别是在高频信号线之间。 接地线隔离： 建议在高速信号线之间夹一层接地线（Gridded Ground），形成一个微型屏蔽结构。 信号层与参考平面的关系： 分析信号层与邻近的参考平面（地或电源层）之间的耦合关系，以及如何通过调整布线来最小化串扰。 回流路径（Return Path）管理： 连续性： 强调信号电流必须有连续、低阻抗的回流路径。 最短路径原则： 解释信号电流总是选择阻抗最小的回流路径，因此信号线与参考平面之间的近距离至关重要。 避免跨越地平面缝隙： 详细分析当信号线的回流路径跨越地平面上的缝隙（如电源轨、分割线）时，会产生的问题。 时钟与高频信号的特殊处理： 时钟布线： 建议将时钟线短而直，并远离其他敏感信号，通常布置在PCB的内层。 时钟缓冲器与扇出： 讨论时钟树的设计，以及如何使用时钟缓冲器来优化时钟信号的质量。 过孔和连接器： 过孔的优化： 讲解如何通过优化过孔的布局和数量来降低其寄生效应。 连接器的EMC考虑： 分析连接器在PCB上的EMC影响，以及如何通过滤波、屏蔽等方式来改善连接器的EMC性能。 EMI滤波与抑制技术： 电源滤波： 详细介绍不同类型的电源滤波器（如EMI抑制器、共模扼流圈、差模扼流圈）的设计和选择，以及它们在抑制电源传导干扰方面的应用。 信号线滤波： 讲解如何通过LC滤波器、RC滤波器等在信号线上实现滤波，以抑制特定频率的噪声。 磁珠（Ferrite Beads）的应用： 阐述磁珠在高频噪声抑制方面的作用，以及如何选择合适的磁珠类型和放置位置。 PCB布局（Placement）与EMC： 功能分区： 建议将PCB上的电路按照功能进行分区，如数字区、模拟区、射频区、电源区等，并合理安排它们之间的位置关系。 敏感器件的保护： 将易受干扰的敏感器件（如ADC、DAC、低噪声放大器）远离高噪声源（如时钟、开关电源）。 高功耗与发热器件： 考虑高功耗器件的发热问题，并合理布局，避免对周边器件产生热干扰。 连接器位置： 将输入/输出连接器放置在PCB的边缘，并尽可能靠近相应的电路，以缩短走线长度。 PCB制造与EMC： 层叠结构： 讨论不同层叠结构的EMC性能差异，以及如何在设计阶段就确定合理的层叠。 阻抗控制： 强调PCB制造中的阻抗控制，以及对信号完整性和EMC的重要性。 焊盘（Pad）与过孔： 分析焊盘大小、形状，以及过孔的焊接工艺对EMC的影响。 PCB板材： 简要提及不同PCB板材（如FR-4、聚四氟乙烯PTFE）的介电常数、损耗角正切等参数对EMC性能的影响。 第三部分：EMC测试与验证 本部分将介绍如何对设计的PCB进行EMC测试，以验证其性能并发现潜在问题。 EMC基本测试项目： 辐射发射（Radiated Emissions, RE）： 测量PCB向外辐射的电磁能量，并与标准限值进行对比。 传导发射（Conducted Emissions, CE）： 测量通过电源线、信号线传导出去的电磁干扰。 辐射抗扰度（Radiated Immunity, RI）： 模拟外部电磁场对PCB的影响。 传导抗扰度（Conducted Immunity, CI）： 模拟通过电缆注入的干扰。 静电放电（Electrostatic Discharge, ESD）： 测试PCB抵抗静电放电的能力。 测试设备与方法： 简要介绍EMC测试所使用的关键设备，如电波暗室、频谱分析仪、EMI接收机、测试天线、注入钳等。 问题定位与调试： 介绍在EMC测试中发现问题后，如何根据测试结果，结合PCB设计，分析问题根源，并提出相应的改进方案。 结论： 《精密电路的科学与艺术：电磁兼容与印刷电路板设计详解》是一本致力于提升工程师实际设计能力、理解EMC本质、掌握PCB优化技术的参考书。它不仅仅是理论知识的堆砌，更是基于工程实践经验的总结。通过对本书的学习，读者将能够系统地掌握EMC设计方法，减少产品开发过程中的EMC风险，缩短产品上市周期，并最终设计出更符合国际标准、更具市场竞争力的电子产品。本书适合初学者入门，也适合有经验的工程师深化理解，是电子设计领域不可或缺的宝贵资源。

评分☆☆☆☆☆

初翻目录，就被其结构安排的逻辑性所折服。它似乎遵循了一条从宏观到微观，再到实践检验的完美学习路径。我对其中关于“去耦电容网络设计”的那一章节抱有极高的期待。这部分内容往往是新手与资深工程师拉开差距的关键点。很多时候，我们只是机械地并联几个不同容值的电容，却不清楚它们在不同频率下的实际作用边界，以及与电源平面、地平面之间的耦合效应。我希望能看到作者详细论述不同类型电容（MLCC、钽电容等）的等效阻抗模型，以及如何根据芯片的电源噪声频谱特性，精确计算出最佳的电容值和布局位置。更进一步，如果能涉及高速信号线旁的电源完整性（PI）分析，比如如何使用仿真工具（如HyperLynx或HFSS的简化模型）来验证去耦方案的有效性，那就简直是物超所值了。毕竟，在追求更高时钟频率和更低供电电压的今天，一个不恰当的去耦设计，可能导致整个系统在瞬间的电流尖峰中崩溃，我渴望从这本书中找到“万无一失”的去耦哲学。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实吸引人眼球，那种略带复古的深蓝底色，配上白色的字体，透露出一种沉稳和专业感。光是看到“电磁兼容”和“印刷电路板”这两个关键词，我就知道这绝对不是一本泛泛而谈的科普读物，而是直指专业核心的硬核教材。我一直对电子产品的可靠性问题非常头疼，尤其是在高频设计领域，如何确保信号完整性和EMC合规性，简直是噩梦。我特别期待书中能详细剖析那些隐藏在PCB布局中的“隐形杀手”，比如串扰、地弹和辐射源的形成机制。如果能结合一些实际案例，比如一个小型嵌入式系统设计中，如何通过合理的层叠结构和元器件布局，一步步优化EMC性能，那就太棒了。我希望作者能用深入浅出的方式，把复杂的电磁场理论转化为工程师可以立刻上手的实操指南，而不是堆砌晦涩的数学公式。这本书的厚度也给了我信心，感觉内容量是足够的，希望能把从基础理论到高级技巧的脉络梳理得清清楚楚，让我在面对复杂的EMC测试报告时，不再是两眼一抹黑，而是能迅速定位问题所在，并给出精准的硬件级解决方案。

评分☆☆☆☆☆

我阅读技术书籍时，除了理论深度，也非常看重配套资源的丰富性。这本书的价值，我认为很大程度上取决于它能否成为一个“可以随时查阅的工具书”。我期待在书的附录部分，能找到一些实用的参考资料，比如常用材料的介电常数和损耗角正切值表、不同封装器件的电磁模型简化指南，或者是一些设计规范的快速速查清单。如果作者能够提供一些基础的公式推导过程，并最终归纳出一个易于记忆和应用的“设计Checklist”，那就更完美了。例如，针对不同的PCB层数和工作频率，应该遵循哪些基本的走线间距和线宽限制。我购买这本书的目的，就是希望它能在我遇到设计瓶颈时，提供一个可靠的“理论后盾”，帮助我快速从“为什么会出问题”过渡到“如何系统性地解决问题”，而不是仅仅停留在现象描述的层面。它应该是我工作台上那本，会经常被翻开，并在关键时刻提供‘Aha!’时刻的宝典。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和印刷质量看起来相当不错，纸张的选用使得即便是长时间阅读和翻阅查阅，眼睛也不会感到疲劳。我特别注意到它的图表清晰度。在讨论阻抗控制和电磁辐射时，图形的准确性至关重要。我希望那些剖面图、场强分布图以及S参数曲线都能做到线条锐利、标注明确。在我以往的阅读经验中，很多技术书籍的图表模糊不清，导致读者需要花费大量精力去猜测作者想要表达的真正含义。这本书如果能在图文结合上做到极致，将大大提高学习效率。比如，在讲解特定布线规则（如蛇形线、拐角处理）时，能否配上清晰的示意图，并直接标出其引入的延迟或不连续性，这种直观的视觉冲击力远胜于纯文字的描述。看到“按需出版”的字样，也暗示着它可能是根据最新的行业标准和技术发展进行过审校和定制的，这让人对内容的时效性更有信心。

评分☆☆☆☆☆

作为一本由国际专家撰写的译著，我非常关注其内容的前沿性和普适性。电子设计领域技术迭代极快，尤其是在5G、物联网这些新兴领域，对PCB设计提出了全新的挑战。我希望这本书不仅仅停留在传统的两层或四层板的经典理论，而是能覆盖到现代多层板堆叠设计中必须考虑的特殊因素。例如，在HDI（高密度互联）技术日益普及的背景下，微过孔（Microvia）的应用对信号完整性和阻抗控制带来的影响，以及如何在有限的空间内实现复杂的差分走线和等长处理。更重要的是，我关注其在“接地”这一永恒主题上的论述。很多教材对“地”的描述过于理想化，但实际设计中，地平面分割、地孔的引入、多层板之间的地连接，无一不在考验设计者的智慧。我期待书中能提供一些关于复杂机箱结构对整体EMC影响的分析，以及如何在高密度多层板上有效控制高频电流回流路径的实战技巧。