编辑推荐
      “国际电气工程先进技术译丛”是机械工业出版社集中优势资源精心打造的中高端产品,所有图书都是精选的国外优秀电气工程著作,主要针对新能源、智能电网、电力电子、自动控制及新能源汽车等电气工程热点领域。这些图书都是由经验丰富的业内人士编著,并由国内知名专家翻译,具有很高的实用性。
      “国际电气工程先进技术译丛”的出版目的主要是为广大国内读者提供一个展示国外先进技术成果的窗口,使国内读者有一个可以更好地了解国外技术的平台。“国际电气工程先进技术译丛”可供电气工程及相关专业工程技术人员、科研人员及大专院校相关专业师生参考。
  
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      内容简介
     《国际电气工程先进技术译丛:ESD设计与综合》是Steven H.Voldman博士所著的《ESD Design and Synthesis》的中文翻译版。《国际电气工程先进技术译丛:ESD设计与综合》的目的在于教会读者半导体芯片上ESD设计的“艺术”。全书的线索将按照如下顺序:版图布局、结构、电源轨及电源轨的ESD网络、ESD信号引脚解决方案、保护环还有一大批实现的实例。这条线索同其他已公开的大部分相关资料不同,但却更贴近实际团队在实现ESD设计过程中所采用的方法。除此之外,《国际电气工程先进技术译丛:ESD设计与综合》还将为读者介绍当下处于热议的许多结构和概念。同时还将展示如DRAM、SRAM、图像处理芯片、微处理器、混合电压到混合信号应用,以及版图布局等实例。最后,本书还将介绍其他资料中尚未讨论过的话题,包括电源总线结构、保护环、版图布局。     
作者简介
    
     目录
   前言 
致谢 
第1章 ESD设计综合 
1.1 ESD设计综合与系统结构流程 
1.1.1 自顶向下的ESD设计 
1.1.2 自底向上的ESD设计 
1.1.3 自顶向下的ESD设计——存储器芯片 
1.1.4 自顶向下的ESD设计——ASIC设计系统 
1.2 ESD设计——信号通路和备用电流通路 
1.3 ESD电路和原理图结构思想 
1.3.1 理想的ESD网络和直流电流-电压设计窗口 
1.3.2 ESD设计窗口 
1.3.3 频域设计窗口下的理想ESD网络 
1.4 半导体芯片和ESD设计方案的映射 
1.4.1 半导体制造商之间的映射 
1.4.2 ESD设计在不同工艺之间的映射 
1.4.3 从双极工艺向CMOS工艺的映射 
1.4.4 从数字CMOS工艺向数模混合CMOS工艺的映射 
1.4.5 从体硅CMOS工艺向绝缘衬底上的硅(SOI)工艺的映射 
1.4.6 ESD设计——由CMOS向RF CMOS工艺的映射 
1.5 ESD芯片结构和ESD测试标准 
1.6 ESD测试 
1.6.1 ESD质量鉴定测试 
1.6.2 ESD测试模型 
1.6.3 ESD特性测试 
1.6.4 TLP测试 
1.7 ESD芯片结构和ESD备用电流通路 
1.7.1 ESD电路、I/O和核心 
1.7.2 ESD信号引脚电路 
1.7.3 ESD电源钳位网络 
1.7.4 ESD轨间电路 
1.7.5 ESD设计和噪声 
1.7.6 内部信号通路的ESD网络 
1.7.7 跨区域ESD网络 
1.8 ESD网络、顺序和芯片结构 
1.9 ESD设计综合——无闩锁的ESD网络 
1.10 ESD设计思想——器件之间的缓冲 
1.11 ESD设计思想——器件之间的镇流 
1.12 ESD设计思想——器件内部的镇流 
1.13 ESD设计思想——分布式负载技术 
1.14 ESD设计思想——虚设电路 
1.15 ESD设计思想——电源去耦 
1.16 ESD设计思想——反馈环去耦 
1.17 ESD版图和布局相关的思想 
1.17.1 设计对称 
1.17.2 设计分段 
1.17.3 ESD设计思想——利用空白空间 
1.17.4 ESD设计综合——跨芯片线宽偏差(ACLV) 
1.17.5 ESD设计思想——虚设图形 
1.17.6 ESD设计思想——虚设掩膜 
1.17.7 ESD设计思想——邻接 
1.18 ESD设计思想——模拟电路技术 
1.19 ESD设计思想——线邦定 
1.20 设计规则 
1.20.1 ESD设计规则检查(DRC) 
1.20.2 ESD版图和原理图(LVS) 
1.20.3 电学电阻检查(ERC) 
1.21 总结和结束语 
习题 
参考文献  
第2章 ESD架构和平面布局 
2.1 ESD平面布局设计 
2.2 外围I/O设计 
2.2.1 焊盘限制的外围I/O设计结构 
2.2.2 焊盘限制的外围I/O设计结构——交错I/O 
2.2.3 核心电路限制的外围I/O设计结构 
2.3 在外围I/O设计结构中集成ESD电源钳位单元 
2.3.1 外围I/O设计结构中在半导体芯片拐角处集成ESD电源钳位单元 
2.3.2 在外围I/O设计结构中集成ESD电源钳位单元——电源焊盘 
2.4 在外围I/O设计结构中集成ESD电源钳位单元——主/从ESD电源钳位单元系统 
2.5 阵列I/O 
2.5.1 阵列I/O——片外驱动模块 
2.5.2 阵列I/O四位组结构 
2.5.3 阵列I/O成对结构 
2.5.4 阵列I/O——全分布式 
2.6 ESD架构——虚设总线结构 
2.6.1 ESD架构——虚设VDD总线 
2.6.2 ESD架构——虚设接地(VSS)总线 
2.7 本地电压电源供给结构 
2.8 混合电压结构 
2.8.1 混合电压结构——单电源供给 
2.8.2 混合电压结构——双电源供给 
2.9 混合信号结构 
2.9.1 混合信号结构——二极管 
2.9.2 混合信号结构——CMOS 
2.10 混合系统结构——数字和模拟CMOS 
2.10.1 数字和模拟CMOS结构 
2.10.2 数字和模拟平面布局——模拟电路布局 
2.11 混合信号结构——数字、模拟和RF结构 
2.12 总结和结束语 
习题 
参考文献  
第3章 ESD电源网络设计 
3.1 ESD电源网络 
3.1.1 ESD电源网络——ESD设计关键参数 
3.1.2 ESD和备用通路——ESD电源网络电阻的作用 
3.2 半导体芯片阻抗 
3.3 互连失效和动态导通电阻 
3.3.1 互连动态导通电阻 
3.3.2 钛/铝/钛互连失效 
3.3.3 铜互连失效 
3.3.4 互连材料的熔点 
3.4 互连连线和通孔指南 
3.4.1 针对人体模型(HBM)ESD事件的互连连线和通孔指南 
3.4.2 针对机器模型(MM)ESD事件的互连连线和通孔指南 
3.4.3 针对充电设备模型(CDM)ESD事件的互连连线和通孔指南 
3.4.4 针对人体金属模型(HMM)和IEC 61000-4-2 ESD事件的互连连线和通孔指南 
3.4.5 连线和通孔的ESD指标 
3.5 ESD电源网络电阻 
3.5.1 电源网络设计——ESD电源网络输入电阻 
3.5.2 ESD输入到电源网络连接——沿ESD总线的电阻 
3.5.3 电源网络设计——ESD电源钳位到电源网络电阻评估 
3.5.4 电源网络设计——电阻评估 
3.5.5 电源网络设计分布表示 
3.6 电源网络版图设计 
3.6.1 电源网络设计——电源网络的开槽 
3.6.2 电源网络设计——电源网络的分割 
3.6.3 电源网络设计——芯片边角 
3.6.4 电源网络设计——金属层堆叠 
3.6.5 电源网络设计——连线槽和编织状电源总线设计 
3.7 ESD规格电源网络的注意事项 
3.7.1 充电设备模型标准电源网络和互连设计注意事项 
3.7.2 人体金属模型与IEC标准电源网络和互连设计注意事项 
3.8 电源网络设计综合——ESD设计规则检验方法 
3.8.1 电源网络设计分析——应用ESD虚拟设计级的ESD DRC方法 
3.8.2 电源网络设计综合——应用ESD互连参数化单元的ESD DRC方法 
3.9 总结和结束语 
习题 
参考文献  
第4章 ESD电源钳位 
4.1 ESD电源钳位 
4.1.1 ESD电源钳位的分类 
4.1.2 ESD电源钳位的设计综合——关键设计参数 
4.2 ESD电源钳位的设计综合 
4.2.1 瞬时响应频率触发元件及ESD频率窗口 
4.2.2 ESD电源钳位频率设计窗口 
4.2.3 ESD电源钳位的设计综合——电压触发的ESD触发元件 
4.3 ESD电源钳位设计综合——ESD电压钳位分流元件 
4.3.1 ESD电源钳位触发条件与分流单元失效 
4.3.2 ESD钳位元件——宽度缩放 
4.3.3 ESD钳位元件——导通电阻 
4.3.4 ESD钳位元件——安全工作区域 
4.4 ESD电源钳位问题 
4.4.1 ESD电源钳位问题——上电与断电 
4.4.2 ESD电源钳位问题——误触发 
4.4.3 ESD电源钳位问题——预充电 
4.4.4 ESD电源钳位问题——充电延迟 
4.5 ESD电源钳位设计 
4.5.1 本地的电源供给RC触发MOSFET ESD电源钳位 
4.5.2 非本地的电源供给RC触发MOSFET ESD电源钳位 
4.5.3 改良的反相器级反馈的ESD电源钳位网络 
4.5.4 ESD电源钳位设计综合——正向偏置触发的ESD电源钳位 
4.5.5 ESD电源钳位设计综合——IEC 61000-4-2响应的ESD电源钳位 
4.5.6 ESD电源钳位设计综合——对预充电与充电延迟不敏感的ESD电源钳位 
4.6 ESD电源钳位设计综合——双极型ESD电源钳位 
4.6.1 应用齐纳击穿触发元件的双极型ESD电源钳位 
4.6.2 应用双极型晶体管BVCEO击穿触发元件的双极型ESD电源钳位 
4.6.3 应用BVCEO双极型晶体管触发及可变触发串联二极管网络的双极型ESD电源钳位 
4.6.4 应用频率触发元件的双极型ESD电源钳位 
4.7 ESD电源钳位主/从系统 
4.8 总结和结束语 
习题 
参考文献  
第5章 ESD信号引脚网络的设计与综合 
5.1 ESD信号引脚结构 
5.1.1 ESD信号引脚网络的分类 
5.1.2 ESD信号器件的ESD设计综合——关键设计参数 
5.2 ESD输入结构——ESD和引线焊盘布局 
5.2.1 ESD和引线焊盘的布局与综合 
5.2.2 引线焊盘间的ESD结构 
5.2.3 分离I/O和引线焊盘 
5.2.4 分离与焊盘相邻的ESD 
5.2.5 ESD结构部分位于焊盘下方 
5.2.6 ESD结构位于焊盘下方和焊盘之间 
5.2.7 ESD电路和RF焊盘集成 
5.2.8 引线焊盘下的RF ESD信号焊盘结构 
5.3 ESD设计综合和MOSFET的布局 
5.3.1 MOSFET关键设计参数 
5.3.2 带有硅化物阻挡掩膜版的单个MOSFET 
5.3.3 串联共源共栅MOSFET 
5.3.4 三阱MOSFET 
5.4 ESD二极管的设计综合和版图 
5.4.1 ESD二极管的关键设计参数 
5.4.2 双二极管网络的ESD设计综合 
5.4.3 二极管串的ESD设计综合 
5.4.4 背靠背二极管串的ESD设计综合 
5.4.5 差分对ESD设计综合 
5.5 SCR的ESD设计综合 
5.5.1 单向SCR的ESD设计综合 
5.5.2 双向SCR的ESD设计综合 
5.5.3 SCR的ESD设计综合——外围触发元器件 
5.6 电阻的ESD设计综合和布局 
5.6.1 多晶硅电阻设计布局 
5.6.2 扩散电阻设计布局 
5.6.3 p扩散电阻设计布局 
5.6.4 n扩散电阻设计 
5.6.5 埋置电阻 
5.6.6 n阱电阻 
5.7 电感的ESD设计综合 
5.8 总结和结束语 
习题 
参考文献  
第6章 保护环的设计与综合 
6.1 保护环的设计与集成 
6.2 保护环的特性 
6.2.1 保护环的效率 
6.2.2 保护环理论——广义双极型晶体管的视角 
6.2.3 保护环理论——逃逸概率的视角 
6.2.4 保护环——注入效率 
6.3 半导体芯片划片槽保护环 
6.4 I/O到内核保护环 
6.5 I/O到I/O保护环 
6.6 I/O内部保护环 
6.6.1 I/O单元内部保护环 
6.6.2 ESD到I/O的片外驱动保护环 
6.7 ESD信号引脚保护环 
6.8 保护环元件库 
6.8.1 n沟道MOSFET保护环 
6.8.2 p沟道MOSFET保护环 
6.8.3 RF保护环 
6.9 混合信号电路保护环——数字到模拟 
6.10 混合电压保护环——从高压到低压 
6.11 无源和有源保护环 
6.11.1 无源保护环 
6.11.2 有源保护环 
6.12 槽隔离保护环 
6.13 硅穿孔保护环 
6.14 保护环DRC 
6.14.1 内部闩锁和保护环设计规则 
6.14.2 外部闩锁保护环设计规则 
6.15 保护环和计算机辅助设计方法 
6.15.1 内置的保护环 
6.15.2 p-cell保护环 
6.15.3 保护环p-cell的SKILL代码 
6.15.4 保护环电阻计算机辅助设计检查 
6.15.5 保护环调整的后处理方法 
6.16 总结和结束语 
习题 
参考文献  
第7章 ESD全芯片设计——集成与结构 
7.1 设计综合与集成 
7.2 数字设计 
7.3 定制设计和标准单元设计 
7.4 存储器ESD设计 
7.4.1 DRAM设计 
7.4.2 SRAM设计 
7.4.3 非挥发性RAM ESD设计 
7.5 微处理器ESD设计 
7.5.1 具有5~3.3 V接口的3.3 V微处理器 
7.5.2 具有5~2.5 V接口的2.5 V微处理器 
7.5.3 具有3.3 ~1.8 V接口的1.8 V微处理器 
7.6 专用集成电路(ASIC) 
7.6.1 ASIC ESD设计 
7.6.2 ASIC设计门阵列标准单元I/O 
7.6.3 多电源轨ASIC设计系统 
7.6.4 具有电压岛的ASIC设计系统 
7.7 CMOS图像处理芯片设计 
7.7.1 长/窄标准单元的CMOS图像处理芯片设计 
7.7.2 短/宽标准单元的CMOS图像处理芯片设计 
7.8 混合信号结构 
7.8.1 混合信号结构——数字和模拟 
7.8.2 混合信号结构——数字、模拟和RF 
7.9 总结和结束语 
习题 
参考文献      
前言/序言
       
				 
				
				
					《电磁兼容性设计导论》  概述  在日益互联和电气化程度不断提高的现代社会,电磁兼容性(EMC)已不再是一个可有可无的设计选项,而是保障电子设备稳定运行、保障人身安全、维护信息通信可靠性的核心要素。本书《电磁兼容性设计导论》旨在为读者提供一个系统、深入的学习平台,全面掌握电磁兼容性的基本原理、设计方法以及实际应用。本书内容涵盖了从电磁干扰(EMI)和电磁敏感性(EMS)的来源、传播机理,到具体的硬件设计、PCB布局、屏蔽、滤波、接地等关键技术,再到相关的标准法规、测试方法以及设计流程的优化,力求为读者构建一个扎实的EMC设计理论基础和实用的工程实践能力。  第一章:电磁兼容性基础理论  本章将首先阐述电磁兼容性的定义、重要性以及其在电子产品设计中的地位。我们将深入剖析电磁干扰(EMI)产生的基本物理机制,包括传导干扰、辐射干扰、耦合干扰等。同时,也会探讨电磁敏感性(EMS)的概念,即电子设备对外部电磁骚扰的抵抗能力。本章还将介绍电磁兼容性的基本定律,如麦克斯韦方程组在EMC领域的简化应用,以及一些基础的电磁场理论,为后续章节的学习奠定坚实的理论基础。我们将重点讲解电磁波的产生、传播、反射、吸收等现象,以及它们在实际电路和设备中的影响。此外,还会介绍一些常用的电磁干扰模型,帮助读者理解不同干扰源的特性。  第二章:电磁干扰(EMI)的产生与传播  本章将聚焦于电磁干扰的产生源和传播路径。我们将详细分析各种常见的EMI产生源,例如开关电源、时钟信号、高速数字电路、射频器件、电机、电弧等。对于每一种干扰源,都会深入剖析其产生EMI的具体机理。在传播路径方面,我们将重点关注传导耦合(通过电源线、信号线、地线传播)和辐射耦合(通过空间传播),并详细分析信号完整性(SI)与EMC之间的紧密联系。我们将讲解信号在PCB走线上的反射、振铃、串扰等现象,以及它们如何转化为EMI辐射。同时,也会探讨电源完整性(PI)对EMI的影响,如电源噪声、纹波的产生和传播。  第三章:电磁敏感性(EMS)的分析与评估  本章将转向电子设备如何受到外部电磁骚扰的影响,即电磁敏感性(EMS)。我们将探讨常见的EMS现象,如瞬态过电压、静电放电(ESD)、射频辐射、电网波动等。本书将详细分析这些骚扰源如何作用于电子设备,导致功能异常、数据错误甚至永久性损坏。我们将介绍评估设备EMS能力的常用方法,例如通过对设备内部信号的敏感度进行分析,以及理解外部电磁场穿透设备防护措施的能力。本章还将涉及一些常见的EMS问题,如共模干扰、差模干扰等,以及它们对电路性能的影响。  第四章:PCB设计与EMC  印刷电路板(PCB)是现代电子设备的核心,其布局和布线对EMC性能有着至关重要的影响。本章将深入探讨PCB设计中的EMC关键技术。我们将详细讲解PCB的叠层设计、层间耦合、走线长度、宽度、间距、过孔的使用等对EMI和EMS的影响。特别地,我们将强调信号完整性(SI)和电源完整性(PI)设计对于EMC的重要性,包括如何进行差分走线、阻抗匹配、去耦电容的放置等。此外,还将介绍良好的接地设计原则,例如单点接地、多点接地、星型接地等,以及它们在不同场景下的适用性。PCB布局方面的考量,如器件的摆放、敏感信号的隔离、电源与地线的处理也将是重点。  第五章:屏蔽与滤波技术  屏蔽和滤波是抑制EMI的两个关键物理手段。本章将详细介绍各种屏蔽技术,包括金属屏蔽壳、屏蔽罩、导电涂层等,并分析它们的屏蔽效能与工作频率的关系。我们将讲解屏蔽壳的设计要点,如缝隙的尺寸、开孔的形状、连接器的屏蔽等。在滤波技术方面,我们将深入研究各种滤波器类型,如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、陷波器等,并分析它们的滤波原理和设计参数。我们将重点讲解电源线和信号线的滤波设计,包括滤波器的选型、衰减特性的计算以及共模和差模滤波器的设计。  第六章:接地技术与信号完整性  本章将进一步深化对接地技术和信号完整性的理解。我们将详细探讨不同类型接地(如保护接地、工作接地、信号接地)的设计原则和注意事项,以及它们之间可能产生的接地回路问题。我们将分析接地阻抗对EMI的影响,以及如何通过接地线的设计来降低接地阻抗。在信号完整性方面,我们将深入讲解信号的上升/下降时间、过冲、下冲、振铃、串扰等问题,并提供相应的抑制方法,如阻抗匹配、端接电阻、信号隔离等。本章还将讲解如何使用仿真工具来分析PCB的信号完整性,并优化设计。  第七章:静电放电(ESD)防护设计  静电放电(ESD)是一种普遍存在的瞬态电磁骚扰,可能对电子设备造成严重损害。本章将专门探讨ESD防护设计。我们将详细分析ESD的产生机理、放电模型(如人体模型HBM、器件模型CDM、充电模型MM)以及其对电子元件的危害。我们将介绍各种ESD防护器件,如TVS二极管、肖特基二极管、陶瓷气体放电管、瞬变抑制二极管阵列等,并分析它们的选型、工作原理和防护能力。本书还将讲解在PCB设计中如何实现有效的ESD防护,包括走线设计、过孔设置、器件布局以及接地策略。  第八章:电磁兼容性标准与测试  理解并遵守相关的EMC标准是电子产品进入市场的必要条件。本章将介绍国际上和国内主要的EMC标准,如CISPR系列、IEC系列、FCC系列、GB系列等,并重点讲解这些标准对不同类型产品(如信息技术设备、家用电器、汽车电子等)的EMI发射和EMS抗扰度要求。我们将详细介绍EMC测试的原理、方法和流程,包括传导发射测试、辐射发射测试、传导抗扰度测试、辐射抗扰度测试、ESD测试、瞬态过电压测试等。本章还将提供一些实际的测试案例和经验,帮助读者理解测试过程中的关键环节。  第九章:EMC设计流程与方法  将EMC设计融入产品开发的全过程,可以有效降低设计风险和开发成本。本章将介绍完整的EMC设计流程,从概念设计、方案设计、详细设计、PCB设计、整机集成到产品测试。我们将讲解如何在设计早期就进行EMC风险评估,并根据风险等级采取相应的EMC设计策略。本章还将介绍一些高级的EMC设计方法,如仿真分析(使用Ansys HFSS, CST Studio Suite等软件)、设计自动化工具、以及利用AI辅助EMC设计的新趋势。我们将强调早期预防的重要性,避免在后期进行昂贵的EMC整改。  第十章:特定应用领域的EMC挑战与解决方案  考虑到不同应用领域对EMC有独特的挑战,本章将选取几个代表性的应用领域进行深入探讨,如:     汽车电子EMC: 汽车环境中电磁干扰源复杂,且对可靠性要求极高,我们将探讨车载网络的EMC设计、发动机控制单元的EMC防护、无线通信模块的EMC优化等。    医疗器械EMC: 医疗器械的EMC设计需要特别关注对病人和医疗设备的保护,我们将讨论医用成像设备的EMC设计、植入式电子设备的EMC防护、以及不同医疗设备之间的EMC兼容性。    工业自动化EMC: 工业环境中存在强烈的电磁干扰,我们将探讨变频器、电机、PLC等工业设备的EMC设计、以及工业现场的EMC干扰分析与治理。    消费电子EMC: 消费电子产品更新换代快,设计周期短,我们将讨论智能手机、平板电脑、无线充电器等产品的EMC设计优化、以及小型化设计带来的EMC挑战。  结论  《电磁兼容性设计导论》致力于成为一本内容全面、结构清晰、理论与实践相结合的EMC设计参考书。本书不仅为初学者提供了入门的知识体系,也为资深工程师提供了深入探讨的平台。通过学习本书,读者将能够深刻理解电磁兼容性的重要性,掌握识别、分析和解决EMC问题的能力,并最终设计出符合高EMC标准的高可靠性电子产品。在快速发展的电子技术浪潮中,扎实的EMC设计功底将成为工程师必备的核心竞争力。