PCB电流与信号完整性设计 9787111499978 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美布鲁克斯，丁扣宝，韩雁 著

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• 电磁兼容性
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• 电路分析
• 电源完整性
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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111499978

商品编码：29253346950

包装：平装

出版时间：2015-06-01

基本信息

书名：PCB电流与信号完整性设计

定价：49.00元

作者：(美)布鲁克斯,丁扣宝,韩雁

出版社：机械工业出版社

出版日期：2015-06-01

ISBN：9787111499978

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书着重物理概念，避免复杂的数学推导，阐述了基本电路的电流源、电流造成的信号完整性问题，以及如何解决串扰和电磁干扰问题。主要内容包括：温度、PCB传输线、反射、耦合电流、功率分配、趋肤效应、介电损耗和通孔等，并给出了每个常见问题的实用设计方案。本书适合作为电子与通信工程及其相关专业的教材。对于从事集成电路设计、系统设计的工程技术人员来说也是一本很好的参考书。

目录

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出版者的话
译者序
前言
部分 电流的性质
　章 电子和电荷
　　1.1 电子流
　　1.2 原子结构
　　1.3 绝缘体
　　1.4 电荷场
　　1.5 磁场
　　1.6 驱动电流的力
　　1.7 电压与电流
　　1.8 电流方向
　　1.9 半导体空流
第2章 基本的电流概念
　　2.1 电流类型
　　2.2 传播速度
　　2.3 电路的时序问题
　　2.4 电流的度量
　　2.5 测量技术
　　2.6 热、噪声和电流阈值
　第3章 基本的电流定律
　　3.1 电流在回路中流动
　　3.2 回路中的电流处处恒定
　　3.3 欧姆定律
　　3.4 基尔霍夫定律
　　3.5 基尔霍夫第二定律
第二部分 基本电路中电流的流动
　第4章 电阻电路
　　4.1 电阻率
　　4.2 电阻的电流和相位
　　4.3 串联电阻
　　4.4 并联电阻
　　4.5 功率和能量
　　4.6 电阻分压器
　第5章 电抗电路：电容器和电容
　　5.1 电容的性质
　　5.2 电容的定义
　　5.3 电流'通过'电容器
　　5.4 AC电流'通过'电容器
　　5.5 位移电流
　　5.6 电容的欧姆定律
　　5.7 容抗与频率的关系图
　　5.8 电容的相移
　　5.9 电容器的组合形式
　　5.10 电容器功耗
　　5.11 电容公式
　第6章 电抗电路：电感器和电感
　　6.1 电感的性质
　　6.2 电感的定义
　　6.3 DC电流'通过'电感器
　　6.4 AC电流'通过'电感器
　　6.5 电感的欧姆定律
　　6.6 感抗与频率的关系图
　　6.7 电感相移
　　6.8 电感器的组合形式
　　6.9 电感器功耗
　　6.10 电感的一般公式
　　6.11 趋肤效应
　第7章 电抗电路：谐振
　　7.1 串联谐振
　　7.2 并联谐振
　第8章 阻抗
　　8.1 阻抗的含义
　　8.2 阻抗的大小
　　8.3 阻抗相位
　　8.4 串联RLC电路示例
　　8.5 并联RLC电路示例
　　8.6 功率因数
　　8.7 谐振时的RLC电路
　　8.8 谐振点附近R的影响
　　8.9 阻抗的组合形式
　第9章 实际元件和寄生效应
　　9.1 电阻器
　　9.2 电感器
　　9.3 电容器
　　9.4 元件间的耦合
　　9.5 自谐振
　0章 时间常数和滤波器
　　10.1 RC时间常数
　　10.2 L/R时间常数
　　10.3 RC滤波器
　　10.4 品质因数Q
　1章 变压器
　　11.1 磁场回顾
　　11.2 耦合效率-铁心
　　11.3 耦合效率-频率限制
　　11.4 耦合效应-匝数比
　　11.5 电流和阻抗比
　　11.6 变压器损失和效率
　　11.7 绕组极性：楞次定律
　2章 差分电流
　　12.1 概念
　　12.2 一些说明
　　12.3 差模和共模（奇模和偶模）
　　12.4 模式转移或转换
　3章 半导体
　　13.1 电子壳层回顾
　　13.2 半导体掺杂
　　13.3 半导体二极管结
　　13.4 齐纳二极管
　　13.5 通过二极管的电流
　　13.6 双极晶体管
　　13.7 场效应晶体管
第三部分 电压源和电流源
　4章 电压源和电流源
　　14.1 基本电压源和电流源
　　14.2 理想电压源和电流源
　　14.3 等效电路
第四部分 电路板上的电流
　5章 电流在电路板上的流动
　　15.1 信号电流
　　15.2 电源电流
　　15.3 返回电流
　6章 电流和走线温度
　　16.1 基本概念
　　16.2 历史背景
　　16.3 各种关系
　　16.4 熔断电流
　7章 电流反射
　　17.1 一个命题
　　17.2 基本问题
　　17.3 临界长度
　　17.4 传输线
　　17.5 终端
　　17.6 反射系数
　　17.7 耦合影响阻抗的方式
　　17.8 电流如何流动
　　17.9 差分电流如何流动
　8章 耦合电流/EMI/串扰
　　18.1 基本概念
　　18.2 天线
　　18.3 EMI
　　18.4 串扰
　9章 电流分布和旁路电容
　　19.1 问题的本质
　　19.2 传统方法
　　19.3 电源分布阻抗方法
　　19.4 采用哪种方法
　第20章 随频率变化的电阻和有损传输线
　　20.1 趋肤效应
　　20.2 介质损耗
　　20.3 传输线损耗
　第21章 电流和过孔
　　21.1 过孔功耗
　　21.2 过孔电感
　　21.3 过孔特征阻抗
　　21.4 过孔内的反射
　　21.5 盲孔和埋孔
　第22章 电流和信号完整性
　　22.1 历史视角
　　22.2 PCB设计规则
　　22.3 差分走线设计规则
　　22.4 过孔设计规则
　　22.5 相信这些设计规则的原因
　附录A 电流和麦克斯韦
　附录B 眼图
　附录C 电路板的消亡

作者介绍

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文摘

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序言

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《PCB电流与信号完整性设计》 9787111499978 引言 在现代电子产品日益 miniaturization 和高性能化的浪潮中，印刷电路板（PCB）的设计已不再仅仅是元件的简单堆叠和连线。PCB作为电子系统的骨架，其内部的电流分布和信号传输的完整性，直接决定了整个产品的性能、可靠性和稳定性。一个设计不当的PCB，即使拥有最先进的芯片和器件，也可能因为电流损耗过大、信号串扰严重、噪声干扰而导致系统工作异常，甚至完全失效。因此，深入理解和掌握PCB电流和信号完整性设计的相关知识，已成为电子工程师必备的核心技能。 本书《PCB电流与信号完整性设计》正是为满足这一日益增长的需求而编写。它并非泛泛而谈，而是聚焦于PCB设计中最具挑战性和关键性的两个方面：电流分布和信号完整性。本书将带领读者从基础理论出发，逐步深入到实际设计中的各种复杂问题，并提供系统性的解决方案。本书旨在帮助工程师们不仅能够设计出满足基本功能的PCB，更能设计出在高速、高密度、高可靠性要求下依然能够出色工作的优秀PCB。 第一部分：PCB电流分布设计 章节一：PCB电源完整性基础 本章节将为读者构建对PCB电源完整性（Power Integrity, PI）的初步认知。我们将从最基础的概念讲起，解释为什么电源完整性如此重要。这包括： 电源分配网络（PDN）的定义与构成： 详细介绍PDN的各个组成部分，如电源和地平面、去耦电容、稳压器等，以及它们在整个系统中的作用。 电流和电压的相互关系： 阐述在PCB上，电流的流动如何影响电压的稳定。我们将探讨欧姆定律在PCB上的应用，理解电阻、电流和电压降之间的关系。 电流密度与功耗： 分析PCB走线中电流密度的概念，以及过高的电流密度如何导致走线发热，增加功耗，甚至引发安全隐患。我们将介绍计算和评估走线电流承载能力的方法。 电源噪声的来源与影响： 详细剖析PCB上电源噪声的各种来源，包括开关噪声、瞬态电流需求、外部干扰等，并阐述这些噪声对敏感电路（如模拟电路、高频数字电路）可能造成的恶劣影响。 电源完整性分析的重要性： 强调在设计早期就进行电源完整性分析的必要性，以及它如何避免后期昂贵的返工和产品失效。 章节二：PCB电流承载能力分析 本章节将深入探讨如何量化和评估PCB走线所能承载的电流能力。我们将提供实用的计算方法和工具： 走线宽度、厚度和长度对电流承载能力的影响： 详细讲解走线宽度、铜箔厚度以及走线长度是如何直接影响其电阻和温升的。我们将引入 IPC-2221 标准中的经验公式，并解释其背后的物理原理。 温升计算与散热设计： 重点介绍PCB走线温升的计算模型，包括考虑环境温度、走线参数、铜箔损耗等因素。我们将讨论如何通过优化走线设计、增加散热铜箔、利用过孔散热等技术来控制温升。 多层板电流分配策略： 在多层板设计中，电流可能通过不同的电源平面、地平面以及层间连接（过孔）进行分配。本节将分析这些分配路径的电流密度，并提供优化设计以平衡电流分布、降低电阻损耗的策略。 大电流走线设计考量： 针对需要传输较大电流的应用场景，如功率模块、电源接口等，本节将提出专门的设计建议，包括加宽走线、增加铜箔厚度、使用多层叠层、特殊工艺处理等。 电流密度分析工具的应用： 介绍市面上常用的PCB设计软件中内置的电流密度分析工具，以及如何使用这些工具来可视化电流分布、识别潜在的热点和过载区域。 章节三：PCB电源分配网络（PDN）设计优化 本章节将聚焦于如何设计一个稳定、低阻抗的电源分配网络，以确保所有器件都能获得高质量的电源供应。 低阻抗PDN的设计原则： 讲解构建低阻抗PDN的核心要素，包括使用连续的电源和地平面、最小化平面分割、合理布置去耦电容等。 电源平面与地平面设计： 详细阐述电源和地平面的形状、大小、位置以及它们之间相互关系对阻抗的影响。我们将讨论如何避免电源和地平面的分割，以及在必要时如何进行优化。 去耦电容的选择、布局与计算： 深入讲解去耦电容在抑制电源噪声中的作用，包括不同类型电容（陶瓷电容、钽电容等）的特性、选择标准。我们将重点介绍电容的有效容值、ESR（等效串联电阻）、ESL（等效串联电感）以及它们对去耦效果的影响。此外，还将提供电容布局的黄金法则，以及如何根据器件的瞬态电流需求计算所需的电容值和数量。 稳压器（LDO、DC-DC）与PDN的接口设计： 分析稳压器输出端与PCB PDN之间的连接设计，包括稳压器本身的输出阻抗、输出电容的选择，以及如何确保稳压器输出的稳定性和低纹波。 过孔的阻抗与损耗分析： 过孔是层间信号和电源连接的关键，但它们也引入了阻抗和损耗。本节将分析过孔的寄生电感和电容，并提供减小过孔影响的设计方法，如使用多过孔、优化过孔布局等。 PDN仿真与验证： 介绍如何利用专业的PDN仿真工具（如HyperLynx PI, Ansys SIwave等）来预测PDN的阻抗曲线、电压裕度、噪声耦合等关键参数，并在实际产品制造前进行验证。 第二部分：PCB信号完整性设计 章节四：信号完整性基础理论 本章节将为读者建立信号完整性（Signal Integrity, SI）的基本概念和理论框架。 信号的理想与现实： 介绍理想方波信号的特性，以及在PCB传输过程中，由于走线、连接器、芯片输出/输入特性等因素，信号会发生哪些失真。 传输线理论： 详细讲解传输线理论，包括特性阻抗、信号传播速度、波形反射、串扰、过冲、下冲等核心概念。我们将引入RLCG模型，并解释其在分析信号传输中的作用。 阻抗匹配的重要性： 阐述阻抗匹配的原理，以及为何在高速信号传输中，源端、传输线和负载端的阻抗匹配至关重要，以避免能量反射，最大化信号传输效率。 反射与回流： 深入分析信号在传输线末端发生反射的机理，以及不匹配阻抗如何导致信号失真。我们将讲解信号回流路径的重要性，以及不良的回流路径如何产生EMI问题。 串扰（Crosstalk）的产生与影响： 详细解释相邻走线之间由于电容和电感耦合产生的串扰现象，以及串扰如何导致信号错误，影响系统性能。 上升/下降时间和信号频率： 分析信号的上升/下降时间与信号频率之间的关系，以及它们如何决定了PCB走线是否需要按照传输线理论进行设计。 章节五：PCB高速信号走线设计 本章节将聚焦于如何在PCB上设计高速信号走线，以确保信号的清晰和准确传输。 特征阻抗控制： 讲解PCB走线特征阻抗的计算方法，包括走线宽度、介质层厚度、介电常数等关键参数的影响。我们将介绍各种阻抗控制技术，如单边带、微带、带状线等，以及它们的适用场景。 走线长度匹配（Length Matching）： 解释在多信号差分对或总线传输中，为什么需要对走线长度进行匹配，以确保信号到达目的地的时间一致性，避免时序错误。 端接（Termination）技术： 详细介绍各种端接技术，如串联端接、并联端接（终端/源端）、T型端接、戴维南端接等，以及它们如何有效抑制信号反射，改善信号质量。我们将讨论不同端接技术的优缺点及其适用范围。 差分信号设计： 深入讲解差分信号的设计原则，包括差分阻抗、差分对走线间距、长度匹配、共模扼制等，以及差分信号如何在抑制共模噪声方面发挥优势。 过孔对信号完整性的影响： 与前面提到的过孔对电流的影响类似，过孔对信号的完整性也有显著影响，包括引入的寄生电感、电容以及阻抗不连续。本节将分析过孔带来的信号退化，并提供优化设计，如减小过孔尺寸、使用盲埋孔、优化过孔堆叠等。 蛇形线（Serpentine Routing）与信号延迟控制： 在需要进行长度匹配但空间受限的情况下，蛇形线是一种常用的技术。本节将介绍蛇形线的绘制规则，以及如何通过优化蛇形线的形状和密度来控制信号延迟。 章节六：PCB串扰与 EMI/EMC 设计 本章节将深入探讨PCB设计中至关重要的串扰以及电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）问题。 串扰的量化与分析： 介绍计算和评估走线间串扰的方法，包括远端串扰（Far-End Crosstalk, FEXT）和近端串扰（Near-End Crosstalk, NEXT）。我们将讨论影响串扰的主要因素，如走线间距、走线长度、耦合类型等。 串扰抑制策略： 提供多种抑制串扰的设计策略，包括增加走线间距、改变走线方向、使用参考平面、合理布置信号层等。 EMI/EMC 基本概念： 介绍EMI和EMC的基本定义、不同类型的辐射和传导干扰，以及它们对电子产品性能和法规合规性的影响。 PCB EMI/EMC 源分析： 识别PCB设计中常见的EMI/EMC源，如快速变化的电流、高频信号、不连续的参考平面、不良的回流路径、开关电源等。 PCB EMI/EMC 降低技术： 提供一系列降低PCB EMI/EMC的设计技术，包括： 参考平面设计： 强调连续、完整的参考平面是抑制EMI的关键。 信号回流路径优化： 讲解如何确保信号有干净、低阻抗的回流路径，避免“回流环”的形成。 滤波与屏蔽： 介绍在PCB上采用滤波元件和屏蔽结构来减少EMI辐射和传导。 去耦电容的EMI抑制作用： 再次强调去耦电容在抑制高频噪声方面的作用。 差分信号的EMI抑制能力： 分析差分信号如何通过其共模抑制特性来降低EMI。 器件布局的EMI考量： 讨论如何通过合理的器件布局来减少相互干扰。 PCB EMI/EMC 仿真与测试： 介绍利用EMI/EMC仿真工具进行预测性分析，以及在实际产品开发过程中进行的EMI/EMC测试和验证。 结论 《PCB电流与信号完整性设计》一书通过对PCB电流分布和信号完整性的深入剖析，为读者提供了一个系统、全面的设计框架。本书旨在帮助工程师们掌握从基础理论到高级设计技巧的全部知识，使其能够自信地应对现代电子产品设计中日益严峻的挑战。本书强调理论与实践相结合，通过丰富的案例和实际的设计考量，让读者能够将所学知识有效地应用于实际工程中，设计出高性能、高可靠性的PCB产品。本书是每一位致力于电子产品设计与创新的工程师的宝贵参考。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《PCB电流与信号完整性设计》，我其实是抱着一种“碰碰运气”的心态，毕竟市面上关于PCB设计的书籍实在太多了，质量参差不齐，很多都停留在基础概念的重复，缺乏实操性和前沿性。这本书的外观设计比较规整，字体清晰，排版也很舒服，这至少给我的阅读体验打了个好基础。我翻开目录，看到里面涉及了一些我工作中最常遇到的难题，比如高频信号的衰减、串扰以及电源完整性问题，这让我眼前一亮。尤其是关于阻抗匹配和滤波器的部分，我一直觉得这块是PCB设计中一个非常容易被忽视但又至关重要的环节，往往一个小小的失误就可能导致整个电路性能大打折扣，甚至无法正常工作。我特别期待书中能有更深入的讲解，最好能结合具体的案例分析，比如在某个具体的应用场景下，如何选择合适的走线宽度、间距，以及如何进行滤波器的设计。同时，我还想知道书中是否会提及一些新的技术和方法，例如差分信号的布线技巧，或者多层板设计中的电源层和地层处理方法。毕竟，随着电子设备的小型化和高性能化，PCB设计的复杂度也在不断提升，我们需要不断学习新的知识才能跟上时代的步伐。

评分☆☆☆☆☆

我是一位资深的电子产品硬件架构师，经常需要为新产品的电路板设计制定高层次的方案。我选择《PCB电流与信号完整性设计》这本书，主要是想从中获得一些关于PCB设计前沿理论和最佳实践的启发。《PCB电流与信号完整性设计》这个书名，让我对书中关于“电流”和“信号”的深度剖析充满期待。我尤其关注书中在“电流完整性”方面是否有关于电源去耦网络设计的精细化指导，以及如何在复杂系统中有效管理和分配电流，确保整个系统的稳定性。对于“信号完整性”，我希望书中能深入探讨一些高阶的话题，例如如何在高速串行总线（如PCIe, USB3.0等）的设计中实现优异的信号完整性，包括阻抗匹配的精确计算、眼图分析与优化、以及如何处理信号的反射和串扰等。另外，我也对书中关于PCB布局策略的论述很感兴趣，特别是在复杂的多层PCB设计中，如何进行合理的电源/地平面划分，以及如何优化信号走线以减少信号耦合和提高鲁棒性。希望书中能提供一些经过验证的、能够提升产品性能和可靠性的设计理念和方法论。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在嵌入式开发领域摸爬滚打多年的工程师，虽然我的主业是软件，但时不时也会参与到硬件的设计和调试工作中。《PCB电流与信号完整性设计》这本书，我主要看重它对于“信号完整性”的论述。在很多时候，我们软件工程师面对硬件问题，往往束手无策，而很多硬件问题归根结底都与PCB的信号完整性密切相关。我希望这本书能用一种相对通俗易懂的方式，解释清楚信号完整性背后的物理原理，并提供一些实用的诊断和解决思路。我特别关心书中对于高频器件的PCB设计建议，比如CPU、FPGA等。这些器件的引脚密集，时钟频率高，对PCB的走线要求非常苛刻。如果书中能提供一些关于这些高频器件的布线技巧，例如差分对的走线长度匹配、过孔的使用注意事项，以及如何处理射频信号等，那将对我非常有帮助。此外，我还希望书中能提及一些关于PCB制造工艺对信号完整性的影响，比如板材的介电常数变化、铜箔粗糙度等。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚入行不久的PCB工程师，之前接触的都是一些基础的原理性知识，对于实际项目中的很多细节问题感到力不从心。这本书的书名《PCB电流与信号完整性设计》正好戳中了我的痛点，我希望它能成为我从新手到熟手的“引路人”。我比较关注书中对于“电流完整性”的解读，因为在实际工作中，我发现很多时候信号层布线没问题，但板子就是不稳定，后来才慢慢意识到电源完整性的重要性。书中如果能详细阐述如何通过合理的电源分配、去耦电容的选择和布局，以及如何进行电源噪声的抑制，那对我来说将是极大的帮助。我特别希望书中能提供一些关于不同电源需求下，如何设计电源层的技巧，比如当同一块板子上存在多种不同电压轨时，应该如何进行区分和隔离，以避免相互干扰。此外，关于PCB板材的选择以及它们对信号完整性的影响，我也是非常感兴趣的。希望书中能有一些指导性的建议，让我知道在不同的应用场景下，应该如何权衡成本和性能，选择最合适的板材。

评分☆☆☆☆☆

作为一名电子工程专业的学生，我一直在寻找一本能够系统性地提升我PCB设计能力的教材。《PCB电流与信号完整性设计》这本书，从书名来看，就涵盖了PCB设计中最为核心的两个方面：电流和信号。我一直对信号完整性这个概念感到好奇，虽然在课堂上有所接触，但总觉得不够深入，缺乏实践指导。我希望书中能详细解释一下什么是信号完整性，以及影响信号完整性的各种因素，比如阻抗不匹配、反射、串扰、振铃等。同时，我也期望书中能给出一些实用的技巧和方法来解决这些问题，比如如何进行阻抗控制、如何优化走线策略、如何合理布局元件等。另外，书中对于“电流”的提及，让我联想到PCB上的电流密度问题。在设计大电流PCB时，常常会遇到发热、压降等问题，这会直接影响到电路的稳定性和寿命。我希望这本书能提供一些关于大电流PCB设计方面的解决方案，比如如何选择合适的铜厚、如何进行导线宽度计算、如何散热等。如果书中能结合一些实际案例，展示如何在高密度、大电流的PCB设计中取得成功，那将非常有价值。