本书是一部论述印制电路板设计与信号完整性分析的理论和工程实践的著作。本书从印制电路板的基本原理出发,介绍电路设计的基本概念、理论和技巧,并在此基础上,详细讨论信号完整性的问题,涵盖信号完整性中电磁干扰、串扰、传输线及反射和功率器件去耦等各个方面。
刘雷波,博士,清华大学教授。长期从事集成电路设计、可重构计算机等研究工作,发表论文40余篇,申请专利11项,翻译出版著作两部。
道格拉斯.布鲁克斯:曾为美国大学教师,后从事PCB领域的工程师。在PCB和EMI领域出版过多部著作。
目 录
第一部分 基 础 知 识
第1章 电子学概念 2
1.1 电流 2
1.2 电荷 3
1.3 电压 4
1.4 直流电压和电流与交流电压和电流 5
1.5 谐波 6
1.6 交流电压或交流电流的测量 7
1.7 频率、上升/下降时间和周期 8
1.8 频率的度量 9
1.9 复合波形(傅里叶分析) 10
1.10 本章说明 13
第2章 传播时间 15
2.1 传播速度 15
2.2 传播时间 15
2.3 走线的布局与信号传播 16
2.4 电路时序问题 18
2.5 波长 20
第3章 电子元件 22
3.1 三种最基本的元件 22
3.2 电阻 22
3.3 欧姆定律 23
3.4 电容 25
3.5 电荷的存储 28
3.6 电容量计算公式 29
3.7 电容的作用 29
3.8 电感 30
3.9 关于电感的公式 32
3.10 充电和放电电流 34
3.11 谐振 36
第4章 电压和电流的改变与时间常数 37
4.1 电压和电流通过电阻的变化 37
4.2 电压和电流通过电容的变化 37
4.3 电压和电流通过电感的变化 39
4.4 几个有趣的电感电路的动态特性 40
4.5 时间常数 42
4.6 对充放电方程的说明 45
第5章 电阻 46
5.1 基尔霍夫定律 46
5.2 串联电阻 47
5.3 并联电阻 48
5.4 分压器 50
5.5 放大器反馈及增益 51
5.6 功率 52
5.7 等效电路 53
5.8 功率曲线 54
5.9 电源 56
5.10 电导 56
第6章 电抗 58
6.1 容抗 58
6.2 感抗 60
6.3 应用于电抗的欧姆定律 61
6.4 串联LC电路 62
6.5 并联LC电路 64
6.6 谐振 66
6.7 极点和零点 69
6.8 电纳 71
第7章 阻抗和相移 72
7.1 阻抗 72
7.2 频率的影响 75
7.3 另一个RC电路的例子 76
7.4 经典RC滤波器 78
7.5 阻抗的组合方式 78
7.6 谐振和Q值 79
7.7 串联RLC电路 81
7.8 谐振时的串联RLC电路 83
7.9 导纳 84
7.10 本章说明 84
第二部分 信号完整性问题
第8章 信号完整性概述 88
第9章 电磁干扰 92
9.1 背景 92
9.2 磁场及其相互抵消 92
9.3 一些基本事实 93
9.4 信号耦合 94
9.5 回路面积 95
9.6 短截线 99
9.7 共模 100
9.8 20-H准则 102
9.9 桩栅栏(法拉第屏蔽) 102
第10章 反射与传输线 104
10.1 通信模型 104
10.2 传输线 106
10.3 关键长度 107
10.4 反射系数 108
10.5 观察反射 109
10.6 确定走线的阻抗 111
10.7 终端匹配技术 114
10.8 一些设计问题 116
10.9 短截线 119
10.10 Zo的绝对值和相对值 119
10.11 本章说明 120
第11章 传输线仿真 123
11.1 基本的仿真 123
11.2 串联终端匹配 128
11.3 布局问题 129
11.4 走线分支或Y形分支 130
第12章 串扰 132
12.1 前向串扰与后向串扰 132
12.2 估计串扰 135
12.3 设计时需要考虑的问题 138
第13章 串扰的仿真 140
13.1 基本模型 140
13.2 添加非耦合的区域 142
13.3 长度的影响 143
13.4 带状线 144
13.5 用终端匹配的带状线 146
13.6 更为实际的例子 147
13.7 小结 148
第14章 差分走线及阻抗 149
14.1 背景 149
14.2 设计规则 152
14.3 差分仿真 156
14.4 计算差分阻抗 158
第15章 旁路电容与去耦系统 161
15.1 传统方法 161
15.2 电源系统的阻抗方法 166
15.3 小结 177
第16章 电源系统 178
16.1 电源电压 178
16.2 为什么需要电源层 179
16.3 采用参考层的设计策略 180
16.4 设计规则 181
16.5 分层 183
16.6 结论 184
第17章 有损传输线和眼图 185
17.1 有损传输线 185
17.2 有损传输线模型 187
17.3 眼图 187
17.4 均衡 189
17.5 小结 191
第三部分 附录和术语表
附录A UltraCAD的方波仿真软件 194
附录B 电感器的工作原理 196
附录C 对数 205
附录D 相移的仿真 209
附录E 复数的运算 212
附录F 传输线仿真软件 218
附录G 回波演示 219
附录H UltraCAD的免费计算软件 220
附录I TDR和VNA 223
附录J 走线的直角拐角 228
术语表 230
前 言
我是怎样开始写这本书的
在多年的职业生涯中,写作已经成为我的业余爱好,我也曾在大学教过几年书。自从1991年涉足印制电路板(Printed Circuit Board)设计这个行业后,我写了几篇文章,并陆续发表在《Printed Circuit Design》杂志上。后来,Pete Waddell要求我作为他的撰稿人之一参加1997年举行的PCB West的新闻发布会。在那以后,我曾半开玩笑地问他能否让我参加第二年秋天的PCB East,他的回答是:“如果你能主持一个研讨会,那当然可以了。”
就这样,我开始写这本书。
那年秋天我出席了“电路噪声和EMI控制”研讨会。我有两个目的:一是想给这个多年来让我受益匪浅的行业做点贡献;二是我非常想去波士顿,因为这是我一直都乐于访问的城市。很快,我又提议并参加了几个不同的研讨会。
我们有几个人被认为是研讨会圈子里的“常客”。我们中多数人都很欣赏对方的成就,并且彼此尊重,参加对方举办的会议,相互学习。几年过后,我意识到我们所举办的信号完整性研讨会一直在讲电容和电感耦合、旁路电容器引线电感引起的抗谐振阻抗峰值等内容,可是大多数的会议参加者都没有技术背景。他们连什么是电容都不知道,更别说什么是抗谐振峰值了。
这导致了电工技术里“一日培训课程”的发展。我们把它称为“面向无技术背景工程师的电工技术培训”,当然具体的名称每次都会有所不同。我本来还想在名称中加上“面向在第一次学习时没有学会的工程师”,但是Pete不让我这么做(可能他有很好的理由)。我不知道怎样才能礼貌地把这些话说出来,可是我知道有很多工程师在学校时并没有学好EMI和磁场耦合这些知识,并且在他们的大学课程中几乎没有涉及在电路板设计中的实际工程问题的课程。需要阅读这本书的人比我们能以彬彬有礼的方式邀请来的人更多。
偶尔有人问我,我们是否需要继续举办这样的研讨会和写这些书。随着越来越多的电子器件被封装到芯片中,设计电路板的问题最终是否会消失?越来越高的电路集成度是否会使PCB变得过时?
这是个很好的问题。在研究集成电路时我第一次听到它。当研究微处理器时我也听到了它。每次在系统级的集成有所突破时,我们就会听到它。我的答案很简单,印制电路板的重要性在未来不会消失,就像它的重要性在过去并没有消失一样。总会需要在某种物质的表面把器件相互连接起来。
致谢
很多人以各种方式为这本书做出了贡献。这些年来不论是写文章还是开研讨会,和Pete Waddell及其团队的合作都很成功。非常感谢我所认识的这个领域中的众多杰出人物,我们相互学习并一起度过了许多美好的时光。像Glenn Wells和Gary Ferrari等人,对这个领域发展和培养新的设计者给予了很多鼓励。尤其是Glenn,他在我们的行业似乎无处不在——他出现在课堂里和研讨会上,为发展计划能筹集更多资金而在大学管理者的办公室里拍桌子,他会见Top Gun奖的角逐者,并协调Top Gun计划。我很荣幸与他结为朋友,并感谢他在本书写作的各个环节中给予的帮助。
我的合作者,Dave Graves(他自己就是Top Gun奖的获得者),这些年来他对我所准备的研讨会材料和文章初稿的审阅是无价的。当我最先写出东西的时候,总是第一个拿给他看。记不清有多少次在得到他“我理解不了,你想说什?”的回答后,我又重新返工。正因为有了他的审阅和支持(还有无数其他的贡献),我的工作才会做得更好。
我同样要感谢Mentor Graphics、HyperLynx(现在是Mentor的一部分)、Polar Instruments三家公司这些年来对我的文章和研讨会活动的慷慨支持。他们不仅提供了软件使用的许可权,并且对我提供随时所需的技术支持。我对他们所提供的从不施加任何限制的支持深表感谢。
在写这本书时,我乐在其中。现在把它写完了,我却百感交集。不过有些人是“真的”高兴这个项目总算是完成了,尤其是我那没有任何技术背景的妻子。她曾经很奇怪我这么忙到底是为什么,但是现在她很高兴,因为我终于可以和她交流、谈论其他的事情了。
最后,感谢Prentice Hall出版公司的Bernard Goodwin决定出版这本书。在同Bernard Goodwin和Wil Mara一起为正式出版准备手稿的过程中,我学到了很多东西。希望读者能够理解,我们的这一切努力都是值得的。
相关网页
UltraCAD的网站是http://www.ultracad.com,读者可以在这里找到很多关于电路板设计的资料和信息。
这个网站内容包括:
我在过去的7年中所写的文章
与电路板设计有关的技术笔记和设计笔记
帮助电路板设计者解决复杂问题的5个免费的计算器软件
举办讲座的信息
本书的支持/修改信息也在这个网站上。
我是一位在硬件研发一线摸爬滚打了多年的工程师,深知PCB设计并非仅仅是画图那么简单,尤其是在高速数字电路的设计中,信号完整性问题更是令人头疼。很多时候,产品设计初期看起来一切正常,但一旦投入实际运行,各种意想不到的毛病就会冒出来,而归根结底往往是信号完整性在作祟。我之前也断断续续地学习过一些相关的知识,但总是感觉碎片化,不成体系。这次看到这本书,名字就直击要害,感觉找到了“救星”。我非常期待它能够从最基础的物理原理讲起,比如电磁场理论在PCB上的体现,再到各种信号失真现象的成因,以及如何通过设计手段来规避和优化。我尤其关心书中关于高速互连线建模、仿真分析方法的介绍,以及在实际PCB设计过程中,有哪些行之有效的规则和技巧可以遵循。我希望这本书能够提供一些具体的案例分析,例如在不同类型的接口(如DDR、USB、PCIe等)设计中,信号完整性会遇到哪些挑战,以及相应的解决方案。
评分我在阅读这本《信号完整性与PCB设计》时,首先被其内容深度和广度所吸引。它不仅仅停留在概念的介绍,而是将理论与实践紧密结合。书中对阻抗匹配的讲解,从最基本的传输线理论出发,逐步深入到实际PCB设计中的各种阻抗控制技术,例如单端阻抗、差分阻抗的计算和实现,以及如何通过调整线宽、间距和介质层来达到精确的阻抗匹配。我特别喜欢书中关于反射的分析,它详细阐述了不同类型的反射(如终端反射、串扰引起的反射)是如何发生的,以及它们对信号上升沿、下降沿和眼图造成的恶劣影响。通过书中丰富的图示和公式推导,我能够清晰地理解反射的根源,并学会如何通过合理设计来减小反射的幅度。此外,书中对串扰的分析也相当到位,它不仅解释了相邻走线之间电容和电感耦合的机理,还提供了多种抑制串扰的有效方法,包括增加间距、采用差分走线、设置屏蔽层以及合理的信号路由策略。
评分我所在的公司正在逐步加大对高性能计算和通信设备的研发投入,而这些设备对PCB的信号完整性提出了极高的要求。我作为项目经理,需要对整个项目的设计流程和技术风险有全面的把握。我之前也了解过一些信号完整性的概念,但感觉不够系统和深入,无法准确评估相关风险。我希望这本书能够为我提供一个清晰的框架,让我能够理解信号完整性在整个PCB设计流程中的重要性,以及可能存在的各种风险点。我还希望书中能够介绍一些评估和优化信号完整性的方法论,例如如何在设计初期就进行初步的评估,以及如何通过仿真和测试来验证设计。了解这些,将有助于我更好地协调设计团队,制定合理的设计方案,并对项目进度和成本进行更准确的预估。
评分我最近接手了一个新的高速信号设计项目,之前接触的都是一些低速电路,对于信号完整性方面的知识可以说是一窍不通。我感觉到这是一块巨大的技术盲区,如果不尽快补齐,很可能会影响项目的进展。这本书的名字直接击中了我的痛点,我希望它能够从零开始,为我构建起一个完整的知识体系。我需要了解信号完整性到底是什么,为什么它在高速电路中如此重要,以及它会对我的设计产生哪些具体的影响。我特别希望能找到书中关于PCB叠层设计、线宽和间距的确定、过孔设计等方面的指导,这些都是我在实际布线时需要重点考虑的。此外,如果书中能提供一些关于如何选择合适元器件、如何优化封装的建议,那就更好了。
评分这本书的封面设计得相当专业,一看就知道是技术类的书籍,那种深邃的蓝色背景搭配简洁的银色字体,给我一种沉稳而权威的感觉。我尤其喜欢封面上那个抽象的信号波形图案,它仿佛在无声地诉说着书中那些关于信号传输的奥秘。拿到手里,纸张的质感也非常不错,厚实而略带磨砂感,翻阅时没有刺耳的摩擦声,这对于长时间阅读来说是至关重要的。我迫不及待地想翻开它,去探寻信号完整性这个复杂但又极其关键的领域。我之前在项目中遇到过一些信号不稳定、数据传输错误的问题,虽然当时通过一些尝试性的调整解决了,但总感觉治标不治本,不知道根本原因所在。我希望这本书能够提供系统性的理论指导,帮助我理解信号在PCB上传输时会发生哪些变化,以及这些变化是如何影响最终的信号质量的。毕竟,电子产品性能的瓶颈越来越集中在PCB层面,而信号完整性更是其中的重中之重。我期待书中能够深入浅出地讲解阻抗匹配、串扰、反射、时序等核心概念,并能提供清晰的原理图和PCB布局示例,让我能够更好地将理论知识转化为实际操作。
评分作为一名电子产品的功能验证工程师,我的工作就是确保产品在各种条件下都能稳定可靠地运行。而信号完整性问题,无疑是影响产品稳定性的一个主要因素。我经常会遇到因为信号质量不佳而导致的测试失败,但有时候很难 pinpoint 到具体的原因,是PCB布线问题、器件问题,还是其他方面?我希望这本书能够帮助我更深入地理解信号完整性是如何影响系统功能的,以及在测试过程中,我们可以通过哪些指标来初步判断是否存在信号完整性问题。我还希望书中能够介绍一些调试和诊断信号完整性问题的常用方法和工具,例如示波器的使用、眼图的分析等,这些都将极大地提升我的工作效率和诊断能力。
评分我是一个对电子技术充满热情但又稍显业余的爱好者,虽然没有机会深入到专业的PCB设计领域,但每次在搭建自己的电子项目时,都希望能做得更出色。我经常会听到“信号完整性”这个词,但具体指的是什么,以及它会对我的项目产生什么影响,我一直感到模糊。这本书的封面给我一种专业而友好的感觉,让我觉得即便是像我这样的非专业人士,也可能从中获得一些有用的信息。我希望书中能够用相对通俗易懂的语言,解释信号完整性的一些基本概念,例如什么是“噪声”,什么是“反射”,以及它们是如何产生的。我还希望书中能够提供一些简单的、可操作的建议,指导我在制作PCB时,如何避免一些常见的信号完整性问题,即使是简单的单层板或双层板设计,也能从中受益。我不会追求太过深入的技术细节,但希望能获得一些能够提升我项目稳定性和可靠性的基本指导。
评分我是一名PCB Layout工程师,在日常工作中,我处理的PCB板层数越来越多,信号速度越来越快,信号完整性问题也日益突出。很多时候,我们Layout工程师在面对设计需求时,需要对信号进行严格的约束,但如果没有对信号完整性有深刻的理解,很多约束的制定就显得盲目而无效。我非常期待这本书能够为我提供一个坚实的理论基础,帮助我理解为什么需要这些约束,以及这些约束背后所蕴含的物理原理。我尤其关注书中关于阻抗控制、差分信号布线、时序约束等方面的详细讲解,希望能从中学习到更科学、更有效的布线策略。我还希望书中能够介绍一些实际操作中常用的技巧和经验,例如如何合理地规划信号走线、如何处理过孔、如何进行电源和地线的分割等,这些都是我们在实际工作中经常会遇到的问题。
评分我是一位资深的PCB设计专家,虽然已经在这个行业工作了很多年,但随着技术的发展,新的挑战总是层出不穷。特别是在追求更高速度、更高密度和更低功耗的今天,信号完整性问题变得越来越复杂和难以预测。我一直在寻找一本能够提供最新技术进展和深入理论分析的书籍,来更新我的知识体系。我希望这本书能够深入探讨一些前沿的信号完整性技术,例如新型传输线的建模、高级的仿真算法,以及在AI辅助设计中的应用。我还对书中关于电磁干扰(EMI)与信号完整性之间相互关系的部分很感兴趣,因为这两个问题往往是相互关联、相互影响的。我希望这本书能够提供一些更具挑战性和前瞻性的内容,帮助我突破技术瓶颈,引领行业发展。
评分作为一名电子工程专业的在读研究生,我对信号完整性这个领域充满了好奇和探索欲。在实验室的项目和论文研究中,我们经常会涉及到高速电路的设计,而信号质量的好坏直接关系到整个系统的稳定性和性能。我之前阅读了一些外文文献,但总感觉理解起来比较吃力,而且很多时候缺乏与实际PCB设计相结合的实例。这本书的名字让我眼前一亮,感觉它应该能够填补我在理论与实践之间的鸿沟。我特别希望书中能够详细讲解如何使用EDA工具来进行信号完整性仿真,比如如何设置仿真参数、如何分析仿真结果,以及如何根据仿真结果来指导PCB的布线和器件选型。我还对书中关于电源完整性的内容很感兴趣,因为电源的稳定性对信号完整性也有着至关重要的影响。我希望能在这本书中找到关于去耦电容的选型和布局、电源线和地线的阻抗设计等方面的深入探讨。
评分很好
评分书非常好啊,哈哈哈哈,很好
评分这本书从买下到现在还没翻过,属于学术性技术资料,待我基本功练就之后,再来会会你
评分书非常好啊,哈哈哈哈,很好
评分好 一如既往 放心购买
评分~~~~~~。。??
评分书里面内容很好
评分书到手了,要好好学习了。
评分书非常好啊,哈哈哈哈,很好
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