本書是一部論述印製電路闆設計與信號完整性分析的理論和工程實踐的著作。本書從印製電路闆的基本原理齣發,介紹電路設計的基本概念、理論和技巧,並在此基礎上,詳細討論信號完整性的問題,涵蓋信號完整性中電磁乾擾、串擾、傳輸綫及反射和功率器件去耦等各個方麵。
劉雷波,博士,清華大學教授。長期從事集成電路設計、可重構計算機等研究工作,發錶論文40餘篇,申請專利11項,翻譯齣版著作兩部。
道格拉斯.布魯剋斯:曾為美國大學教師,後從事PCB領域的工程師。在PCB和EMI領域齣版過多部著作。
目 錄
第一部分 基 礎 知 識
第1章 電子學概念 2
1.1 電流 2
1.2 電荷 3
1.3 電壓 4
1.4 直流電壓和電流與交流電壓和電流 5
1.5 諧波 6
1.6 交流電壓或交流電流的測量 7
1.7 頻率、上升/下降時間和周期 8
1.8 頻率的度量 9
1.9 復閤波形(傅裏葉分析) 10
1.10 本章說明 13
第2章 傳播時間 15
2.1 傳播速度 15
2.2 傳播時間 15
2.3 走綫的布局與信號傳播 16
2.4 電路時序問題 18
2.5 波長 20
第3章 電子元件 22
3.1 三種最基本的元件 22
3.2 電阻 22
3.3 歐姆定律 23
3.4 電容 25
3.5 電荷的存儲 28
3.6 電容量計算公式 29
3.7 電容的作用 29
3.8 電感 30
3.9 關於電感的公式 32
3.10 充電和放電電流 34
3.11 諧振 36
第4章 電壓和電流的改變與時間常數 37
4.1 電壓和電流通過電阻的變化 37
4.2 電壓和電流通過電容的變化 37
4.3 電壓和電流通過電感的變化 39
4.4 幾個有趣的電感電路的動態特性 40
4.5 時間常數 42
4.6 對充放電方程的說明 45
第5章 電阻 46
5.1 基爾霍夫定律 46
5.2 串聯電阻 47
5.3 並聯電阻 48
5.4 分壓器 50
5.5 放大器反饋及增益 51
5.6 功率 52
5.7 等效電路 53
5.8 功率麯綫 54
5.9 電源 56
5.10 電導 56
第6章 電抗 58
6.1 容抗 58
6.2 感抗 60
6.3 應用於電抗的歐姆定律 61
6.4 串聯LC電路 62
6.5 並聯LC電路 64
6.6 諧振 66
6.7 極點和零點 69
6.8 電納 71
第7章 阻抗和相移 72
7.1 阻抗 72
7.2 頻率的影響 75
7.3 另一個RC電路的例子 76
7.4 經典RC濾波器 78
7.5 阻抗的組閤方式 78
7.6 諧振和Q值 79
7.7 串聯RLC電路 81
7.8 諧振時的串聯RLC電路 83
7.9 導納 84
7.10 本章說明 84
第二部分 信號完整性問題
第8章 信號完整性概述 88
第9章 電磁乾擾 92
9.1 背景 92
9.2 磁場及其相互抵消 92
9.3 一些基本事實 93
9.4 信號耦閤 94
9.5 迴路麵積 95
9.6 短截綫 99
9.7 共模 100
9.8 20-H準則 102
9.9 樁柵欄(法拉第屏蔽) 102
第10章 反射與傳輸綫 104
10.1 通信模型 104
10.2 傳輸綫 106
10.3 關鍵長度 107
10.4 反射係數 108
10.5 觀察反射 109
10.6 確定走綫的阻抗 111
10.7 終端匹配技術 114
10.8 一些設計問題 116
10.9 短截綫 119
10.10 Zo的絕對值和相對值 119
10.11 本章說明 120
第11章 傳輸綫仿真 123
11.1 基本的仿真 123
11.2 串聯終端匹配 128
11.3 布局問題 129
11.4 走綫分支或Y形分支 130
第12章 串擾 132
12.1 前嚮串擾與後嚮串擾 132
12.2 估計串擾 135
12.3 設計時需要考慮的問題 138
第13章 串擾的仿真 140
13.1 基本模型 140
13.2 添加非耦閤的區域 142
13.3 長度的影響 143
13.4 帶狀綫 144
13.5 用終端匹配的帶狀綫 146
13.6 更為實際的例子 147
13.7 小結 148
第14章 差分走綫及阻抗 149
14.1 背景 149
14.2 設計規則 152
14.3 差分仿真 156
14.4 計算差分阻抗 158
第15章 旁路電容與去耦係統 161
15.1 傳統方法 161
15.2 電源係統的阻抗方法 166
15.3 小結 177
第16章 電源係統 178
16.1 電源電壓 178
16.2 為什麼需要電源層 179
16.3 采用參考層的設計策略 180
16.4 設計規則 181
16.5 分層 183
16.6 結論 184
第17章 有損傳輸綫和眼圖 185
17.1 有損傳輸綫 185
17.2 有損傳輸綫模型 187
17.3 眼圖 187
17.4 均衡 189
17.5 小結 191
第三部分 附錄和術語錶
附錄A UltraCAD的方波仿真軟件 194
附錄B 電感器的工作原理 196
附錄C 對數 205
附錄D 相移的仿真 209
附錄E 復數的運算 212
附錄F 傳輸綫仿真軟件 218
附錄G 迴波演示 219
附錄H UltraCAD的免費計算軟件 220
附錄I TDR和VNA 223
附錄J 走綫的直角拐角 228
術語錶 230
前 言
我是怎樣開始寫這本書的
在多年的職業生涯中,寫作已經成為我的業餘愛好,我也曾在大學教過幾年書。自從1991年涉足印製電路闆(Printed Circuit Board)設計這個行業後,我寫瞭幾篇文章,並陸續發錶在《Printed Circuit Design》雜誌上。後來,Pete Waddell要求我作為他的撰稿人之一參加1997年舉行的PCB West的新聞發布會。在那以後,我曾半開玩笑地問他能否讓我參加第二年鞦天的PCB East,他的迴答是:“如果你能主持一個研討會,那當然可以瞭。”
就這樣,我開始寫這本書。
那年鞦天我齣席瞭“電路噪聲和EMI控製”研討會。我有兩個目的:一是想給這個多年來讓我受益匪淺的行業做點貢獻;二是我非常想去波士頓,因為這是我一直都樂於訪問的城市。很快,我又提議並參加瞭幾個不同的研討會。
我們有幾個人被認為是研討會圈子裏的“常客”。我們中多數人都很欣賞對方的成就,並且彼此尊重,參加對方舉辦的會議,相互學習。幾年過後,我意識到我們所舉辦的信號完整性研討會一直在講電容和電感耦閤、旁路電容器引綫電感引起的抗諧振阻抗峰值等內容,可是大多數的會議參加者都沒有技術背景。他們連什麼是電容都不知道,更彆說什麼是抗諧振峰值瞭。
這導緻瞭電工技術裏“一日培訓課程”的發展。我們把它稱為“麵嚮無技術背景工程師的電工技術培訓”,當然具體的名稱每次都會有所不同。我本來還想在名稱中加上“麵嚮在第一次學習時沒有學會的工程師”,但是Pete不讓我這麼做(可能他有很好的理由)。我不知道怎樣纔能禮貌地把這些話說齣來,可是我知道有很多工程師在學校時並沒有學好EMI和磁場耦閤這些知識,並且在他們的大學課程中幾乎沒有涉及在電路闆設計中的實際工程問題的課程。需要閱讀這本書的人比我們能以彬彬有禮的方式邀請來的人更多。
偶爾有人問我,我們是否需要繼續舉辦這樣的研討會和寫這些書。隨著越來越多的電子器件被封裝到芯片中,設計電路闆的問題最終是否會消失?越來越高的電路集成度是否會使PCB變得過時?
這是個很好的問題。在研究集成電路時我第一次聽到它。當研究微處理器時我也聽到瞭它。每次在係統級的集成有所突破時,我們就會聽到它。我的答案很簡單,印製電路闆的重要性在未來不會消失,就像它的重要性在過去並沒有消失一樣。總會需要在某種物質的錶麵把器件相互連接起來。
緻謝
很多人以各種方式為這本書做齣瞭貢獻。這些年來不論是寫文章還是開研討會,和Pete Waddell及其團隊的閤作都很成功。非常感謝我所認識的這個領域中的眾多傑齣人物,我們相互學習並一起度過瞭許多美好的時光。像Glenn Wells和Gary Ferrari等人,對這個領域發展和培養新的設計者給予瞭很多鼓勵。尤其是Glenn,他在我們的行業似乎無處不在——他齣現在課堂裏和研討會上,為發展計劃能籌集更多資金而在大學管理者的辦公室裏拍桌子,他會見Top Gun奬的角逐者,並協調Top Gun計劃。我很榮幸與他結為朋友,並感謝他在本書寫作的各個環節中給予的幫助。
我的閤作者,Dave Graves(他自己就是Top Gun奬的獲得者),這些年來他對我所準備的研討會材料和文章初稿的審閱是無價的。當我最先寫齣東西的時候,總是第一個拿給他看。記不清有多少次在得到他“我理解不瞭,你想說什?”的迴答後,我又重新返工。正因為有瞭他的審閱和支持(還有無數其他的貢獻),我的工作纔會做得更好。
我同樣要感謝Mentor Graphics、HyperLynx(現在是Mentor的一部分)、Polar Instruments三傢公司這些年來對我的文章和研討會活動的慷慨支持。他們不僅提供瞭軟件使用的許可權,並且對我提供隨時所需的技術支持。我對他們所提供的從不施加任何限製的支持深錶感謝。
在寫這本書時,我樂在其中。現在把它寫完瞭,我卻百感交集。不過有些人是“真的”高興這個項目總算是完成瞭,尤其是我那沒有任何技術背景的妻子。她曾經很奇怪我這麼忙到底是為什麼,但是現在她很高興,因為我終於可以和她交流、談論其他的事情瞭。
最後,感謝Prentice Hall齣版公司的Bernard Goodwin決定齣版這本書。在同Bernard Goodwin和Wil Mara一起為正式齣版準備手稿的過程中,我學到瞭很多東西。希望讀者能夠理解,我們的這一切努力都是值得的。
相關網頁
UltraCAD的網站是http://www.ultracad.com,讀者可以在這裏找到很多關於電路闆設計的資料和信息。
這個網站內容包括:
我在過去的7年中所寫的文章
與電路闆設計有關的技術筆記和設計筆記
幫助電路闆設計者解決復雜問題的5個免費的計算器軟件
舉辦講座的信息
本書的支持/修改信息也在這個網站上。
我是一個對電子技術充滿熱情但又稍顯業餘的愛好者,雖然沒有機會深入到專業的PCB設計領域,但每次在搭建自己的電子項目時,都希望能做得更齣色。我經常會聽到“信號完整性”這個詞,但具體指的是什麼,以及它會對我的項目産生什麼影響,我一直感到模糊。這本書的封麵給我一種專業而友好的感覺,讓我覺得即便是像我這樣的非專業人士,也可能從中獲得一些有用的信息。我希望書中能夠用相對通俗易懂的語言,解釋信號完整性的一些基本概念,例如什麼是“噪聲”,什麼是“反射”,以及它們是如何産生的。我還希望書中能夠提供一些簡單的、可操作的建議,指導我在製作PCB時,如何避免一些常見的信號完整性問題,即使是簡單的單層闆或雙層闆設計,也能從中受益。我不會追求太過深入的技術細節,但希望能獲得一些能夠提升我項目穩定性和可靠性的基本指導。
評分作為一名電子工程專業的在讀研究生,我對信號完整性這個領域充滿瞭好奇和探索欲。在實驗室的項目和論文研究中,我們經常會涉及到高速電路的設計,而信號質量的好壞直接關係到整個係統的穩定性和性能。我之前閱讀瞭一些外文文獻,但總感覺理解起來比較吃力,而且很多時候缺乏與實際PCB設計相結閤的實例。這本書的名字讓我眼前一亮,感覺它應該能夠填補我在理論與實踐之間的鴻溝。我特彆希望書中能夠詳細講解如何使用EDA工具來進行信號完整性仿真,比如如何設置仿真參數、如何分析仿真結果,以及如何根據仿真結果來指導PCB的布綫和器件選型。我還對書中關於電源完整性的內容很感興趣,因為電源的穩定性對信號完整性也有著至關重要的影響。我希望能在這本書中找到關於去耦電容的選型和布局、電源綫和地綫的阻抗設計等方麵的深入探討。
評分這本書的封麵設計得相當專業,一看就知道是技術類的書籍,那種深邃的藍色背景搭配簡潔的銀色字體,給我一種沉穩而權威的感覺。我尤其喜歡封麵上那個抽象的信號波形圖案,它仿佛在無聲地訴說著書中那些關於信號傳輸的奧秘。拿到手裏,紙張的質感也非常不錯,厚實而略帶磨砂感,翻閱時沒有刺耳的摩擦聲,這對於長時間閱讀來說是至關重要的。我迫不及待地想翻開它,去探尋信號完整性這個復雜但又極其關鍵的領域。我之前在項目中遇到過一些信號不穩定、數據傳輸錯誤的問題,雖然當時通過一些嘗試性的調整解決瞭,但總感覺治標不治本,不知道根本原因所在。我希望這本書能夠提供係統性的理論指導,幫助我理解信號在PCB上傳輸時會發生哪些變化,以及這些變化是如何影響最終的信號質量的。畢竟,電子産品性能的瓶頸越來越集中在PCB層麵,而信號完整性更是其中的重中之重。我期待書中能夠深入淺齣地講解阻抗匹配、串擾、反射、時序等核心概念,並能提供清晰的原理圖和PCB布局示例,讓我能夠更好地將理論知識轉化為實際操作。
評分我最近接手瞭一個新的高速信號設計項目,之前接觸的都是一些低速電路,對於信號完整性方麵的知識可以說是一竅不通。我感覺到這是一塊巨大的技術盲區,如果不盡快補齊,很可能會影響項目的進展。這本書的名字直接擊中瞭我的痛點,我希望它能夠從零開始,為我構建起一個完整的知識體係。我需要瞭解信號完整性到底是什麼,為什麼它在高速電路中如此重要,以及它會對我的設計産生哪些具體的影響。我特彆希望能找到書中關於PCB疊層設計、綫寬和間距的確定、過孔設計等方麵的指導,這些都是我在實際布綫時需要重點考慮的。此外,如果書中能提供一些關於如何選擇閤適元器件、如何優化封裝的建議,那就更好瞭。
評分我在閱讀這本《信號完整性與PCB設計》時,首先被其內容深度和廣度所吸引。它不僅僅停留在概念的介紹,而是將理論與實踐緊密結閤。書中對阻抗匹配的講解,從最基本的傳輸綫理論齣發,逐步深入到實際PCB設計中的各種阻抗控製技術,例如單端阻抗、差分阻抗的計算和實現,以及如何通過調整綫寬、間距和介質層來達到精確的阻抗匹配。我特彆喜歡書中關於反射的分析,它詳細闡述瞭不同類型的反射(如終端反射、串擾引起的反射)是如何發生的,以及它們對信號上升沿、下降沿和眼圖造成的惡劣影響。通過書中豐富的圖示和公式推導,我能夠清晰地理解反射的根源,並學會如何通過閤理設計來減小反射的幅度。此外,書中對串擾的分析也相當到位,它不僅解釋瞭相鄰走綫之間電容和電感耦閤的機理,還提供瞭多種抑製串擾的有效方法,包括增加間距、采用差分走綫、設置屏蔽層以及閤理的信號路由策略。
評分作為一名電子産品的功能驗證工程師,我的工作就是確保産品在各種條件下都能穩定可靠地運行。而信號完整性問題,無疑是影響産品穩定性的一個主要因素。我經常會遇到因為信號質量不佳而導緻的測試失敗,但有時候很難 pinpoint 到具體的原因,是PCB布綫問題、器件問題,還是其他方麵?我希望這本書能夠幫助我更深入地理解信號完整性是如何影響係統功能的,以及在測試過程中,我們可以通過哪些指標來初步判斷是否存在信號完整性問題。我還希望書中能夠介紹一些調試和診斷信號完整性問題的常用方法和工具,例如示波器的使用、眼圖的分析等,這些都將極大地提升我的工作效率和診斷能力。
評分我是一名PCB Layout工程師,在日常工作中,我處理的PCB闆層數越來越多,信號速度越來越快,信號完整性問題也日益突齣。很多時候,我們Layout工程師在麵對設計需求時,需要對信號進行嚴格的約束,但如果沒有對信號完整性有深刻的理解,很多約束的製定就顯得盲目而無效。我非常期待這本書能夠為我提供一個堅實的理論基礎,幫助我理解為什麼需要這些約束,以及這些約束背後所蘊含的物理原理。我尤其關注書中關於阻抗控製、差分信號布綫、時序約束等方麵的詳細講解,希望能從中學習到更科學、更有效的布綫策略。我還希望書中能夠介紹一些實際操作中常用的技巧和經驗,例如如何閤理地規劃信號走綫、如何處理過孔、如何進行電源和地綫的分割等,這些都是我們在實際工作中經常會遇到的問題。
評分我是一位在硬件研發一綫摸爬滾打瞭多年的工程師,深知PCB設計並非僅僅是畫圖那麼簡單,尤其是在高速數字電路的設計中,信號完整性問題更是令人頭疼。很多時候,産品設計初期看起來一切正常,但一旦投入實際運行,各種意想不到的毛病就會冒齣來,而歸根結底往往是信號完整性在作祟。我之前也斷斷續續地學習過一些相關的知識,但總是感覺碎片化,不成體係。這次看到這本書,名字就直擊要害,感覺找到瞭“救星”。我非常期待它能夠從最基礎的物理原理講起,比如電磁場理論在PCB上的體現,再到各種信號失真現象的成因,以及如何通過設計手段來規避和優化。我尤其關心書中關於高速互連綫建模、仿真分析方法的介紹,以及在實際PCB設計過程中,有哪些行之有效的規則和技巧可以遵循。我希望這本書能夠提供一些具體的案例分析,例如在不同類型的接口(如DDR、USB、PCIe等)設計中,信號完整性會遇到哪些挑戰,以及相應的解決方案。
評分我所在的公司正在逐步加大對高性能計算和通信設備的研發投入,而這些設備對PCB的信號完整性提齣瞭極高的要求。我作為項目經理,需要對整個項目的設計流程和技術風險有全麵的把握。我之前也瞭解過一些信號完整性的概念,但感覺不夠係統和深入,無法準確評估相關風險。我希望這本書能夠為我提供一個清晰的框架,讓我能夠理解信號完整性在整個PCB設計流程中的重要性,以及可能存在的各種風險點。我還希望書中能夠介紹一些評估和優化信號完整性的方法論,例如如何在設計初期就進行初步的評估,以及如何通過仿真和測試來驗證設計。瞭解這些,將有助於我更好地協調設計團隊,製定閤理的設計方案,並對項目進度和成本進行更準確的預估。
評分我是一位資深的PCB設計專傢,雖然已經在這個行業工作瞭很多年,但隨著技術的發展,新的挑戰總是層齣不窮。特彆是在追求更高速度、更高密度和更低功耗的今天,信號完整性問題變得越來越復雜和難以預測。我一直在尋找一本能夠提供最新技術進展和深入理論分析的書籍,來更新我的知識體係。我希望這本書能夠深入探討一些前沿的信號完整性技術,例如新型傳輸綫的建模、高級的仿真算法,以及在AI輔助設計中的應用。我還對書中關於電磁乾擾(EMI)與信號完整性之間相互關係的部分很感興趣,因為這兩個問題往往是相互關聯、相互影響的。我希望這本書能夠提供一些更具挑戰性和前瞻性的內容,幫助我突破技術瓶頸,引領行業發展。
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評分書裏麵內容很好
評分很好
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評分很好
評分書比以前買的要好很多,內容生動印象。十本不錯的書
評分書講的很好!信號完整性入門!
評分粗翻一通,感覺還行
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