高速电路设计实践 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王剑宇 著

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• 嵌入式系统
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店铺： 蓝墨水图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121284397

商品编码：10262971889

开本：16开

出版时间：2016-04-01

页数：1

字数：1

                

《信号完整性与电源完整性在高速数字系统设计中的应用》 概述 在当今电子设备飞速发展的时代，集成电路（IC）的集成度越来越高，工作频率也日益攀升。这直接导致了高速数字信号的传输变得愈发复杂和充满挑战。传统的电路设计方法在处理这些高速信号时，往往会遇到信号失真、串扰、反射、噪声等一系列严峻的问题，这些问题轻则影响系统性能，重则导致系统失效。《信号完整性与电源完整性在高速数字系统设计中的应用》一书深入剖析了这些高速信号传输中不可避免的挑战，并提供了系统性的解决方案，旨在帮助读者掌握在高速数字系统设计中确保信号和电源完整性的关键技术与方法。 本书不同于市面上常见的侧重于宏观系统架构或特定芯片应用的图书，它将焦点完全置于信号在电路板上传输的微观物理层面，以及供电网络如何支撑这些高速信号的稳定运行。我们不谈论更高层级的协议栈、操作系统或者软件算法，而是聚焦于如何在电路板设计、布线、走线、阻抗匹配、滤波等最基础但又至关重要的环节，规避和解决信号和电源面临的各种“信号完整性”（SI）和“电源完整性”（PI）问题。 本书特色与内容详解 本书最大的特色在于其对“信号完整性”和“电源完整性”两大核心概念的深入、系统且实践导向的阐述。它将理论知识与实际工程经验紧密结合，力求为读者提供一套可操作的设计指南。 第一部分：信号完整性（Signal Integrity）核心原理与挑战 信号完整性是高速电路设计中的重中之重。它直接关系到信号在传输过程中是否能够准确无误地到达接收端。本部分将从最基础的物理原理讲起，逐步深入到复杂的工程问题。 1. 高速信号的特性剖析： 上升/下降时间与信号频率的关系： 详细解释了信号的上升沿和下降沿对信号完整性的影响，以及为何高频信号更容易出现SI问题。我们将引入“规则长度”（Rule of Thumb）的概念，让读者理解何时需要开始关注SI问题。 反射与阻抗匹配： 这是SI中最基础也是最核心的概念之一。我们将从传输线理论出发，详细讲解阻抗的定义、为何存在阻抗失配、反射的产生机理以及其对信号波形的影响（如振铃、过冲、欠冲）。书中将提供多种阻抗控制的实现方法，包括微带线、带状线等，并介绍计算和仿真工具的使用。 串扰（Crosstalk）： 当走线之间距离过近时，会产生电磁耦合，导致一个信号的边沿触发另一个信号发生变化，形成串扰。本书将深入分析串扰的产生机理（如前向耦合、后向耦合），分析其影响因素（如走线长度、间距、层叠结构），并提供有效的抑制手段，包括线间距规则、差分对设计、地线屏蔽等。 损耗（Losses）： 在PCB走线中，信号会因为介质损耗和导体损耗而衰减。本书将详细介绍这些损耗的来源，如何量化损耗，以及如何通过选择合适的PCB材料、优化走线宽度和长度来减小损耗，确保信号到达目标时仍然具有足够的幅度和清晰的眼图。 信号的衰减与失真： 结合上升沿、阻抗匹配和损耗等因素，本书将详细阐述信号在传输过程中如何发生幅度衰减、波形展宽、相位失真等，以及这些失真如何影响系统的判决阈值和眼图（Eye Diagram）。 2. SI问题的分析与诊断工具： 眼图（Eye Diagram）的解读： 眼图是衡量信号完整性的最直观工具。本书将详细讲解如何生成眼图、如何解读眼图中的关键参数（如眼高、眼宽、抖动、噪声裕度），以及如何通过眼图来判断SI问题的严重程度。 S参数（Scattering Parameters）的应用： S参数是描述线性网络频率响应特性的强大工具。本书将介绍S参数的基本概念，如何利用S参数来分析传输线、连接器、PCB堆叠等关键组件的频率响应，以及如何通过S参数仿真来预测信号的传输特性。 时域反射计（TDR）与时域传输计（TDT）的原理与应用： 介绍TDR/TDT这两种经典的测量工具，以及它们如何帮助工程师诊断PCB上的阻抗不连续、反射点以及信号延时等问题。 仿真工具的应用： 强调了使用专业的SI仿真软件（如Ansys SIwave, Cadence Sigrity, Keysight ADS等）在设计早期进行信号完整性分析的重要性，并指导读者如何设置仿真环境、导入PCB几何模型，以及分析仿真结果。 3. SI问题的解决方案与设计实践： PCB布线策略： 详细阐述差分信号的布线技巧（如等长、等距、同向走线）、单端信号的走线规则（如避免锐角转弯、控制线长）、地线的设计（如星型接地、连续的地平面）。 阻抗控制的实现： 详细介绍如何通过PCB厂家的工艺能力、介电常数、铜厚、线宽、线距等参数来精确控制走线的特征阻抗，以及如何为不同类型的信号（如LVDS, USB, PCIe）选择合适的阻抗值。 连接器与封装的选择： 分析不同类型连接器（如BGA, QFN, RF连接器）和芯片封装对信号完整性的影响，以及如何选择低损耗、低串扰的连接器和封装。 去耦电容（Decoupling Capacitors）的优化： 深入探讨去耦电容的选型、放置位置、数量以及其在抑制电源噪声、支持高速信号瞬态电流需求方面的作用。 第二部分：电源完整性（Power Integrity）核心原理与挑战 除了信号本身，稳定可靠的供电网络是高速数字系统正常工作的基石。电源完整性确保了为芯片提供干净、稳定的电压，尤其是在高密度、高功耗的现代系统中。 1. PI问题的根源与影响： 瞬态电流需求（Transient Current Demand）： 高速数字电路在开关状态切换时会产生非常大的瞬时电流需求。如果供电网络无法及时响应，就会导致电压跌落（Voltage Droop），影响芯片的正常工作。 电源网络的寄生效应： PCB走线、过孔、连接器等都存在寄生电感和寄生电阻，这些寄生参数在高频下会严重影响电源网络的性能，形成噪声，导致电压纹波。 EMI/EMC（电磁干扰/电磁兼容性）与PI的关系： 电源噪声是EMI/EMC问题的常见来源。本书将分析PI问题如何导致EMI辐射，以及如何通过良好的PI设计来提升系统的EMC性能。 功耗与电压裕度： 深入分析芯片的动态功耗特性，以及如何根据功耗和芯片对电压变化的敏感度来设计满足要求的电源网络。 2. PI问题的分析与诊断工具： 电源网络的阻抗（Power Delivery Network Impedance - PDN Impedance）： 核心概念是理解和降低整个电源网络的阻抗，尤其是在芯片所需工作频率范围内。本书将介绍如何分析PDN的阻抗特性，并说明为何低PDN阻抗对于支持瞬态电流至关重要。 电源纹波（Power Supply Ripple）与电压跌落（Voltage Droop）的测量与仿真： 介绍如何使用示波器、电源分析仪等工具来测量和分析电源轨上的纹波和跌落，以及如何使用PI仿真软件来预测这些问题。 PI仿真工具的应用： 引导读者使用专门的PI仿真软件（如Ansys SIwave, Cadence Sigrity, Keysight ADS等）来建模电源网络，分析其高频阻抗特性，预测电压跌落和噪声，并进行滤波和去耦优化。 3. PI问题的解决方案与设计实践： PCB电源/地平面的设计： 强调了使用连续、完整的电源平面和地平面对于低PDN阻抗、提供返回路径以及抑制噪声的重要性。书中将详细讨论不同层叠结构下平面设计的考虑。 去耦电容的优化与阵列设计： 深入分析不同容值、不同ESR/ESL特性的去耦电容在不同频率段的去耦效果，以及如何根据芯片的瞬态电流需求设计最优的去耦电容阵列（包括电容的选型、数量、放置位置和封装）。 滤波器的设计与应用： 介绍低通滤波器、EMI滤波器等在抑制电源噪声、隔离不同电源域中的作用，以及如何根据具体需求进行滤波器的设计。 VRM（Voltage Regulator Module）的选择与放置： 讨论DC-DC转换器（VRM）的选型标准，其性能指标（如负载瞬态响应、纹波），以及VRM的放置位置对电源网络性能的影响。 过孔（Via）的电感效应： 分析过孔在高频下的寄生电感问题，以及如何通过减小过孔数量、使用多个并联过孔或优化的过孔结构来降低其电感。 第三部分：SI与PI的协同设计与综合考虑 信号完整性和电源完整性并非孤立存在，它们相互影响，共同决定着高速数字系统的最终性能。 1. SI与PI的耦合关系： 电源噪声对信号的影响： 详细阐述了电源噪声如何通过芯片内部的模拟电路（如PLL、ADC/DAC）以及时钟路径，导致信号抖动（Jitter）和相位噪声（Phase Noise），进而影响信号的整体质量。 信号返回路径（Return Path）的重要性： 强调了信号电流返回路径的完整性对于SI和PI都至关重要。不完整的返回路径会导致地弹（Ground Bounce）和地弹噪声（Ground Noise），影响信号质量，并可能增加EMI辐射。 时钟和数据信号的协同优化： 分析了时钟信号的抖动和数据信号的损伤之间的关系，以及如何通过同步优化两者来提高系统的误码率（BER）。 2. 高速设计流程中的SI/PI综合考虑： 早期设计阶段的规划： 强调了在系统设计早期就应考虑SI/PI问题，包括PCB层叠结构的选择、关键信号的路由策略、电源分配方案的规划等。 仿真驱动的设计流程： 再次强调仿真工具在SI/PI设计流程中的核心作用，从原理图设计、PCB布局布线到最终生产前的验证，贯穿整个设计生命周期。 PCB材料的选择与影响： 介绍不同PCB介质材料（如FR-4, Rogers系列, Polyimide等）的介电常数、损耗因子等参数对SI/PI性能的影响，以及如何根据信号频率和成本进行选择。 生产制造的注意事项： 讨论了PCB制造工艺（如阻抗控制精度、层间对齐、焊盘处理等）对SI/PI性能的实际影响，以及如何与PCB厂家有效沟通。 目标读者 本书适合以下人群阅读： PCB设计工程师： 希望深入理解高速信号传输原理，掌握PCB布局布线优化技巧，有效解决SI/PI问题的工程师。 硬件设计工程师： 需要在系统层面考虑高速信号和电源分配方案，并将其转化为具体PCB设计要求的工程师。 电子系统工程师： 致力于提升产品性能、可靠性和EMC性能，对高速信号和电源技术有深入需求的工程师。 通信、计算、存储、嵌入式系统等领域的技术开发者。 对高速电路设计感兴趣的在校学生和研究人员。 总结 《信号完整性与电源完整性在高速数字系统设计中的应用》并非一本理论堆砌的学术著作，而是一本融合了深厚理论基础和大量实践经验的工程技术指南。它旨在赋予读者解决实际高速电路设计中SI/PI问题的能力，帮助他们设计出更高性能、更稳定可靠的电子产品。通过系统学习本书的内容，读者将能够更自信地应对日益严峻的高速信号传输挑战，并在竞争激烈的电子设计领域中脱颖而出。本书的内容详实，深入浅出，既适合作为工程师的案头参考书，也能够作为相关专业课程的教学辅助材料。

评分☆☆☆☆☆

我之所以选择这本书，很大程度上是出于对“高速”二字所蕴含的技术魅力的向往。在这个信息传输速度日益加快的时代，高速电路设计无疑是现代电子产品核心竞争力的体现。我一直认为，掌握了高速电路的设计精髓，就如同掌握了打开未来科技之门的钥匙。我希望这本书能够帮助我理解那些决定信号质量和传输效率的关键因素，例如阻抗匹配、串扰抑制、时序分析等等。我期待书中能够详细阐述这些概念的原理，并且通过清晰的图示和生动的案例，帮助我深入理解其在实际设计中的应用。我非常看重书中是否能够引导读者思考“为什么”和“如何做”，而不是简单地罗列公式或结论。对我来说，一本好的技术书籍，应该能够激发我的好奇心，培养我的批判性思维，让我不仅仅是学会“怎么做”，更能理解“为什么这么做”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就透着一股专业劲儿，银灰色的背景配上深邃的蓝色字体，给人一种严谨又前沿的感觉。翻开第一页，一股淡淡的纸墨香扑面而来，瞬间勾起了我多年前在实验室里对着示波器熬夜的记忆。我当初选择这本书，纯粹是因为“高速电路”这几个字，我总想着能在这个充满挑战的领域学到些真功夫。毕竟，在这个信息爆炸的时代，速度就是一切，而高速电路的设计无疑是支撑这一切的关键。我对手册式的、理论堆砌的书籍一向敬而远之，我更偏爱那种能够结合实际案例，一步步带领读者解决问题的作品。这本书的章节划分我倒是仔细看过，感觉编排得很有条理，从基础原理到具体实现，循序渐进，应该能帮助我这个有一定基础但可能某些方面不够扎实的读者，系统地梳理和巩固知识。我尤其期待书中能够深入讲解一些我在实际工作中经常遇到的难题，比如信号完整性、电源完整性以及电磁干扰的抑制这些令人头疼的问题，希望能从中找到一些行之有效的解决方案和设计思路。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最直观的感受，就是它传递出一种“实操性很强”的气息。我是一名相对年轻的工程师，在学校里学到的理论知识，有时候在实际工作中会感觉有些脱节。我迫切需要一本能够将理论与实践紧密结合的书籍，帮助我快速成长，克服从理论到实践过程中的各种障碍。我非常希望这本书能够成为我的“实战指南”，在其中找到能够指导我具体操作的步骤和方法。我期待书中能够包含丰富的工程实例，让我能够学习到别人是如何解决实际问题的，借鉴他们的经验教训。尤其是在高速电路设计中，一些细微的处理往往会对整体性能产生巨大的影响，我希望这本书能够细致地讲解这些关键细节，并提供一些“锦囊妙计”。总而言之，我希望这本书能够让我感觉“学有所用”，能够真正提升我在高速电路设计方面的实操能力。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我购买这本书的初衷，主要是想对“高速电路”这个概念有一个更全面、更深入的认识。我是一名在模拟和数字混合信号领域摸爬滚打多年的工程师，虽然接触过不少高频信号处理，但总感觉对高速电路设计的系统性理解还不够透彻。我希望这本书能够填补我在某些知识盲区上的空白，尤其是在一些前沿的技术趋势和设计方法方面。例如，我对于当前非常热门的 SerDes 技术、高速串行总线设计以及相关的信号完整性分析工具有着浓厚的兴趣。我希望书中能提供一些关于这些主题的深度解析，不仅仅是浮光掠影的介绍，而是能够深入到其背后的物理原理、设计考量以及优化策略。同时，我也希望这本书能够在我遇到实际问题时，提供一个可靠的参考，让我能够快速定位问题、分析原因，并找到有效的解决方案。

评分☆☆☆☆☆

我承认，一开始是被这本书的“实践”二字吸引过来的。在我看来，再精妙的理论，如果不能落地，那终究是空中楼阁。我希望这本书能像一位经验丰富的老工程师，手把手地教我如何在实际设计中规避那些可能出现的“坑”。我期待的不仅仅是原理的阐述，更希望它能提供一些实用的设计技巧、调试方法，甚至是某些特定芯片或器件的应用范例。毕竟，理论知识固然重要，但如何在复杂的工程项目中，将这些理论转化为可行的方案，并最终实现性能优越、稳定可靠的高速电路，这才是最考验真功夫的地方。我希望这本书能给我带来启发，让我能够更加自信地应对那些充满挑战的项目。我平时阅读技术书籍，比较喜欢那种图文并茂、公式推导清晰，并且附带大量实例分析的书籍。这本书的目录中“案例分析”和“工程应用”这类字眼让我眼前一亮，希望它能真正做到名副其实，在理论和实践之间架起一座坚实的桥梁。