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尚玉玲 著

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• 通信系统
• 高速电路
• 测试技术
• 电磁兼容性

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出版社： 西安电子科技大学出版社

ISBN：9787560646022

商品编码：29499616008

包装：平装

出版时间：2017-10-01

基本信息

书名：高速复杂互连的串扰故障测试技术

定价：29.00元

作者：尚玉玲

出版社：西安电子科技大学出版社

出版日期：2017-10-01

ISBN：9787560646022

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书系统、深入地介绍了高速复杂互连的串扰测试基本理论、原理、技术与方法，主要内容涉及三个方面：高速复杂互连线串扰测试、高速复杂互连结构串扰测试、高速互连通路串扰故障的ATPG技术。书中以非理想互连线的渐进式串扰故障和复杂拓扑结构的串扰故障测试技术为核心，论述了复杂互连线串扰测试方法；以过孔、球栅阵列焊点等为对象，讨论复杂互连结构信号传输性能及等效电路、双路径复杂互连结构串扰及故障测试技术；以串扰尖峰脉冲及时延故障为对象，讨论高速互连通路串扰故障的ATPG技术。

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本书可作为从事电路与系统、电子信息技术、测控技术与仪器方向学术研究的科技人员及企事业单位管理人员的参考书，也可作为高等院校电路、计算机、机械制造、自动化等专业研究生和高年级本科生的教材。

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目录

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章 绪论
1.1 信号完整性测试产生的背景
1.1.1 信号完整性及串扰问题
1.1.2 高速互连串扰测试面临的挑战
1.2 外研究现状
1.2.1 串扰估计与仿真
1.2.2 串扰故障模型
1.2.3 串扰测试算法
1.2.4 测试工具及设备
1.3 本书的内容与结构

第2章 高速互连串扰的理论基础及测试原理
2.1 引言
2.2 高速互连电路的基本概念及理论基础
2.2.1 高速互连电路的基本概念
2.2.2 传输线方程
2.2.3 传输线的工作特性参数
2.3 串扰的定义及耦合机理
2.3.1 串扰的定义
2.3.2 容性耦合与感性耦合
2.3.3 奇模与偶模传输模式
2.4 串扰的影响因素及特性仿真与分析
2.4.1 耦合长度因素对串扰的影响
2.4.2 线间距对串扰的影响
2.4.3 互连线宽度对串扰的影响
2.4.4 跳变时间对串扰的影响
2.4.5 攻击线数目对串扰的影响
2.5 串扰的故障模型及测试
2.5.1 串扰的攻击特性
2.5.2 大攻击者模型
2.5.3 多跳变故障模型
2.5.4 HT故障模型
2.5.5 MDSI故障模型

第3章 非理想互连几何结构的串扰测试技术
3.1 引言
3.2 非理想互连几何结构的定义及分类
3.2.1 基本定义
3.2.2 互连结构的分类
3.3 非理想几何结构的串扰特性仿真与分析
3.3.1 互连线的等分化处理
3.3.2 非均匀平行互连结构的串扰仿真与分析
3.3.3 均匀非平行互连结构的串扰仿真与分析
3.3.4 非均匀非平行互连结构的串扰仿真与分析及简化
3.4 基于正交设计的高速互连系统渐进式串扰故障测试
3.4.1 高速互连系统几何结构的形式化描述
3.4.2 串扰故障类型
3.4.3 串扰故障测试的基本原理
3.4.4 渐进式串扰故障的基本思想
3.4.5 基于正交设计的串扰故障主次因分析
3.5 渐进式串扰故障测试算法
3.5.1 测试算法的实现
3.5.2 不同故障模型算法的对比
3.6 仿真实验结果

第4章 复杂拓扑结构高速互连的串扰测试技术
4.1 引言
4.2 复杂互连拓扑结构串扰特性分析
4.2.1 复杂互连拓扑结构对串扰的影响分析
4.2.2 三态双向信号对串扰的影响分析
4.3 复杂拓扑结构互连串扰故障测试CFMC方法
4.3.1 CFMC方法的基本思想
4.3.2 互连拓扑结构的描述及约简
4.3.3 互连拓扑结构表达
4.3.4 互连拓扑结构的约简
4.3.5 三态双向网络的互斥约简
4.4 CFMC测试生成算法
4.4.1 复杂拓扑结构互连串扰影响因素的主次因分析
4.4.2 测试算法的实现
4.5 仿真实验结果

第5章 复杂互连结构信号传输性能分析及等效电路
5.1 引言
5.2 过孔与BGA焊点
5.2.1 过孔
5.2.2 BGA焊点
5.3 复杂互连结构模型传输性能分析
5.3.1 复杂互连结构模型
5.3.2 频率变化的影响
5.3.3 介电常数的影响
5.3.4 过孔结构参数对传输性能的影响
5.3.5 BGA焊点结构参数对传输性能的影响
5.4 复杂互连结构等效电路建模
5.4.1 印制线的高频特性
5.4.2 过孔的寄生效应
5.4.3 焊点的寄生效应
5.4.4 复杂互连结构等效电路模型及其分析

第6章 双路径复杂互连结构串扰分析及故障测试技术
6.1 引言
6.2 双路径复杂互连结构串扰分析
6.2.1 双路径复杂互连结构模型
6.2.2 频率变化对串扰的影响
6.2.3 过孔结构参数对串扰的影响
6.2.4 BGA焊点结构参数对串扰的影响
6.2.5 路径间距变化对串扰的影响
6.3 双路径复杂互连结构等效电路建模
6.3.1 边缘场与串扰的关系
6.3.2 路径间耦合强度与串扰的关系
6.3.3 双路径复杂互连结构等效电路模型
6.4 双路径复杂互连结构故障测试
6.4.1 故障电压检测法的基本思想
6.4.2 故障电压检测法流程图
6.4.3 电压数据有效性的判定方法
6.4.4 故障函数提取方法
6.5 故障测试与验证
6.5.1 过孔裂纹故障测试与验证
6.5.2 焊点空洞故障测试与验证

第7章 高速互连通路串扰故障的ATPG技术
7.1 引言
7.2 串扰故障测试问题及其定义
7.2.1 基本问题及其定义
7.2.2 OCFAN与BFAN算法的基本思想
7.3 串扰故障测试生成的OCFAN算法
7.3.1 故障类型及时间参数
7.3.2 11值逻辑变量与真值表
7.3.3 OCFAN算法的基本流程
7.4 OCFAN算法的故障传播
7.4.1 故障传播条件
7.4.2 传播路径
7.4.3 敏化策略
7.5 OCFAN算法的反向回推
7.5.1 反向回推的基本流程
7.5.2 多重回推的目标值
7.6 大时间攻击优化模型与仿真实验及验证
7.6.1 优化模型
7.6.2 应用算例
7.6.3 仿真实验及验证
7.7 串扰时延故障测试算法-BFAN
7.7.1 真值表与蕴含
7.7.2 BFAN算法的基本流程
7.8 BFAN算法验证结果及分析
7.8.1 BFAN算法测试矢量生成过程
7.8.2 时延信息的确定
7.8.3 串扰故障的激励模型
7.8.4 验证与分析
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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【XH】 高速复杂互连的串扰故障测试技术 图书简介 在当今电子设备飞速发展的时代，高性能、高集成度的电子系统已成为主流。随着信号传输速率的不断攀升，以及 PCB 布局密度的日益增加，信号之间的串扰问题愈发凸显，成为影响系统稳定性和可靠性的关键瓶颈。特别是对于高速、复杂互连的应用场景，如高性能计算、5G通信、雷达系统、航空航天电子等，信号的完整性和互连的鲁棒性直接关系到整个系统的成败。 本书深入探讨了在高速复杂互连环境中，由信号之间的电磁耦合所产生的串扰现象，并在此基础上，系统性地阐述了针对此类串扰故障的先进测试技术。我们旨在为工程师、研究人员以及对信号完整性、电磁兼容性（EMC）和测试技术感兴趣的读者，提供一套全面、深入且实用的知识体系。 第一部分：高速复杂互连中的串扰机理 在深入探讨测试技术之前，理解串扰的根源至关重要。本部分将详细剖析在高速复杂互连系统中，串扰产生的物理机理。 电磁耦合基础： 我们将从麦克斯韦方程组的基本原理出发，解释信号线之间的电磁场如何相互作用。重点关注电场耦合和磁场耦合的形成机制，以及它们对相邻信号线的影响。 传输线理论： 高速信号在传输线上以电磁波的形式传播。本节将回顾传输线的基本理论，包括阻抗匹配、反射、驻波等概念，并分析这些因素如何加剧或缓解串扰。 PCB 互连结构分析： 详细分析不同类型的 PCB 互连结构，如微带线、带状线、差分对、多层板中的信号层和参考层等。阐述不同结构下串扰的差异性，以及布局、走线方式（如平行走线、交叉走线）对串扰的影响。 高速信号特性： 随着信号速率的提高，信号的上升/下降时间变短，频谱成分变得更复杂。我们将分析这些高速信号特性如何使串扰效应更加显著，例如高频分量更容易耦合，瞬态效应更加明显。 典型串扰场景： 结合实际应用，列举并分析在高速复杂互连中常见的串扰场景，如时钟信号对数据信号的串扰、相邻数据线之间的串扰、电源/地弹对信号的影响，以及背板互连的串扰等。 串扰的分类与影响： 区分远端串扰（XT）和近端串扰（Near-end Crosstalk, NEXT），分析它们产生的原因和传播路径。深入探讨串扰对信号完整性的影响，包括眼图闭合、时序抖动（Jitter）、误码率（BER）升高、系统误触发等。 第二部分：串扰故障的识别与建模 在了解了串扰的机理后，如何有效地识别和量化串扰，是进行故障测试的前提。 串扰参数定义： 明确定义串扰系数（Crosstalk Coefficient）、串扰耦合因子（Crosstalk Coupling Factor）等关键参数，并解释其物理意义。 串扰测量方法概览： 概述串扰测量的基本原理，包括时域测量和频域测量。 串扰的等效电路模型： 介绍常用的串扰等效电路模型，如耦合电容模型、耦合电感模型，以及它们如何用于仿真分析。 建模工具与仿真技术： 讨论当前主流的电磁场仿真软件（如 ANSYS HFSS, CST Studio Suite, Keysight ADS 等）在建模和仿真串扰方面的应用。强调模型精度对仿真结果可靠性的重要性。 串扰与互阻抗、互导纳的关系： 深入分析串扰与传输线之间的互阻抗（Mutual Impedance）和互导纳（Mutual Admittance）之间的数学关系，为后续的测试和分析提供理论依据。 时域反射（TDR）在串扰分析中的应用： 阐述 TDR 技术如何用于识别传输线中的不连续点，以及如何通过 TDR 波形分析相邻信号线之间的耦合效应。 S 参数在串扰分析中的应用： 解释 S 参数（Scattering Parameters）作为一种强大的网络分析工具，如何描述信号在多端口网络中的传输和耦合特性，以及如何从 S 参数中提取串扰信息。 第三部分：高速复杂互连的串扰故障测试技术 本部分是本书的核心内容，将详细介绍针对高速复杂互连中串扰故障的各种先进测试技术。 3.1 时域串扰测试技术 TDR/TDT（Time Domain Reflectometry/Transmission）在串扰诊断中的应用： 深入探讨如何利用 TDR 和 TDT 技术，精确测量传输线的不匹配和耦合。重点分析如何通过 TDR 波形特征（如尖峰、凹陷）来判断串扰的发生位置和耦合强度。 眼图（Eye Diagram）分析与串扰： 详细阐述眼图的构成，以及串扰对眼图形状、张开度和抖动的影响。介绍如何通过分析眼图的闭合程度、特定区域的畸变来判断串扰的严重性。 示波器高级功能在串扰测量中的应用： 介绍如何利用高带宽、高采样率的示波器，配合差分探头、共模抑制技术，精确捕捉微弱的串扰信号。讨论示波器在信号叠加、触发、解码等功能在串扰分析中的作用。 模式激励与串扰测试： 讲解如何通过向特定信号线施加特定模式的激励信号（如 PRBS 伪随机二进制序列），来最大化串扰效应，从而更容易地检测和量化串扰。 低压差分信号（LVDS）等差分信号的串扰测试： 专门讨论差分信号线之间的串扰，包括共模串扰和差模串扰，以及如何针对这些特点进行测试。 3.2 频域串扰测试技术 网络分析仪（VNA）在串扰测试中的应用： 详细介绍 VNA 如何测量 S 参数，以及如何从 S 参数（特别是 S21, S12）中提取串扰的幅度和相位信息。重点分析不同频率下的串扰特性。 串扰参数的频域提取： 讲解如何根据 S 参数计算远端串扰（XT）和近端串扰（NEXT）等关键参数，并分析其频率依赖性。 EMI/EMC 测试在串扰评估中的辅助作用： 讨论 EMI/EMC 测试中，如何通过测量辐射发射和传导发射，间接评估信号串扰对电磁兼容性的影响。 扫频激励与串扰响应分析： 介绍如何利用扫频信号作为激励源，通过测量系统的频率响应来分析串扰的频率特性。 3.3 综合与先进串扰测试方法 自动化测试系统（ATE）的构建： 讨论如何设计和构建自动化的测试系统，集成 TDR、VNA、示波器等设备，实现高效、可重复的串扰故障测试。 失效模式分析（FMA）与串扰关联： 结合实际的失效案例，分析串扰是如何导致各种系统性失效的，以及如何将串扰作为失效分析的重要切入点。 物理层（PHY）测试与串扰： 讨论在不同的物理层标准（如 PCIe, USB, DDR 等）中，对串扰的要求和相关的测试方法。 测试点（Test Point）设计与优化： 强调在 PCB 设计阶段，合理规划测试点对串扰测试的重要性，以及如何优化测试点的布局以获得准确的测量结果。 无损测试技术在串扰评估中的探索： 简要介绍一些新兴的无损检测技术，以及它们在评估互连质量和潜在串扰问题方面的潜力。 第四部分：串扰故障的预防与优化 在掌握了串扰的测试技术后，本书还将提供针对性的串扰预防与优化策略。 PCB 设计原则与串扰规避： 详细介绍在 PCB 设计阶段，如何通过优化走线布局、控制线间距、合理选择参考层、使用差分对、隔离敏感信号等方法，最大限度地减少串扰。 材料选择与串扰： 探讨 PCB 材料的介电常数、损耗等参数对串扰的影响，以及在不同应用场景下，如何选择合适的 PCB 材料。 连接器与线缆对串扰的影响： 分析连接器、线缆等组件在高速信号通路中引入的串扰，以及如何通过选择高质量组件和优化连接方式来降低串扰。 仿真与验证在串扰控制中的作用： 强调在设计流程中，利用仿真工具进行串扰分析和预测，并通过实际测试进行验证的重要性。 信号完整性（SI）和 EMC 设计流程整合： 讨论如何将串扰的预防和测试无缝集成到整体的信号完整性和 EMC 设计流程中。 目标读者 本书的目标读者包括： 电子工程师： 从事高速电路设计、PCB 布局、信号完整性分析、EMC 设计等工作的工程师。 测试工程师： 负责电子产品可靠性测试、功能测试、性能测试的工程师。 研发人员： 从事高性能电子系统、通信设备、计算机硬件、嵌入式系统等领域的研究和开发人员。 在校学生： 电子工程、通信工程、微电子学等专业的学生，以及对信号完整性、EMC 技术感兴趣的研究生。 技术爱好者： 对电子技术、信号传播、电磁理论有浓厚兴趣的读者。 本书特色 系统性强： 从串扰机理出发，深入到测试技术，再到预防优化，形成完整的知识链条。 实用性高： 结合大量实际案例和工程经验，提供可操作的测试方法和设计指导。 前沿性： 涵盖了当前高速复杂互连领域最前沿的串扰测试技术和理念。 理论与实践结合： 既有扎实的理论基础，又强调实际工程中的应用。 致谢 本书的完成离不开众多同行专家的宝贵建议和实践经验的分享。在此，我们向所有为本书的学术和工程贡献力量的个人和单位表示最诚挚的感谢。 前言 在电子技术的浪潮中，每一次进步都伴随着新的挑战。高速化、集成化是电子系统发展的必然趋势，而信号串扰，作为高速互连中最棘手的难题之一，正以前所未有的方式考验着工程师的智慧。本书正是在这样的背景下应运而生，旨在为广大读者提供一套解决高速复杂互连串扰故障的系统性方法论，从理论到实践，层层深入，助您在信号完整性的道路上披荆斩棘，保障电子系统的稳定可靠运行。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常引人注目，采用了一种简洁而又充满科技感的蓝色调，与书名中的“高速”和“复杂”相得益彰。翻开内页，首先感受到的是排版上的严谨与专业，字里行间透露出作者对这一前沿领域的深刻理解。书中对信号完整性、串扰机理的阐述清晰透彻，即便是初次接触高速电路设计的读者，也能在作者的引导下建立起扎实的理论基础。特别是对于时域和频域分析方法的对比，给出了非常直观的图表和案例，让人对信号失真如何产生有了更宏观的认识。它不仅仅是一本理论著作，更像是一份实战手册，为解决实际工程问题提供了宝贵的思路，我期待着能在后续章节中看到更多关于测试设备选型和测试流程优化的具体指导。

评分☆☆☆☆☆

我被这本书对“故障测试”的深入挖掘所深深吸引。很多同类书籍往往停留在理论分析层面，但这本书显然更注重实际应用价值。它详细探讨了不同类型的串扰——如近端串扰（NEXT）和远端串扰（FEXT）——在实际PCB布局和布线过程中是如何引入的，以及更关键的是，如何设计出有效的测试结构来捕获这些隐蔽的故障。书中对测试向量的设计、测试夹具的匹配度要求，都有非常细致的描述，这对于我们进行大规模芯片封装和系统级测试的工作至关重要。这种从设计源头到最终验证的全流程覆盖，显示出作者深厚的行业经验，让人感觉手中的这本书远比一般的教科书更具操作性。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的某些章节对初学者来说可能略显吃力，因为它直接切入了高速数字设计的“深水区”。但是，对于已经具备一定基础，并希望在信号完整性领域深耕的专业人士来说，这本书无疑是一份宝藏。它不像市面上某些快餐式的指南那样追求快速上手，而是扎扎实实地建立起一个完整的知识体系。特别是关于测试覆盖率和测试成本效益之间的权衡分析，提供了非常现实的商业决策视角。这本书提供的是一种解决问题的思维框架，而不是一堆现成的答案，这才是真正有价值的学习体验。

评分☆☆☆☆☆

这本书在技术深度上达到了一个非常高的水准，尤其是在描述高速互连模型和仿真验证方面。它不仅介绍了传统的TDR/TDT方法，还对基于眼图的参数提取和去嵌入技术进行了详细的讲解，这一点在处理复杂多层板设计时显得尤为重要。通过书中提供的几个大型案例分析，我得以一窥顶级设计公司是如何运用这些高级诊断工具来定位那些隐藏在数亿晶体管背后的微小信号异常的。这种将复杂的数学模型转化为可执行测试方案的能力，是这本书的核心价值所在，它极大地拓宽了我对现代电子系统调试边界的认知。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，更像是一场与行业顶尖专家的对话。作者的叙事风格非常老练，虽然主题是技术性的，但语言组织却充满了逻辑的美感，没有丝毫的晦涩难懂。我特别欣赏其中关于“容限分析”的部分，书中并未简单罗列标准值，而是深入剖析了在不同工艺节点和温度漂移下，系统对串扰容限的动态调整策略。这种前瞻性的视角，让我不再局限于固定的参数进行设计，而是学会了如何构建更具鲁棒性的验证平台。对于那些追求极致性能和可靠性的工程师而言，这种对细节的把握和对系统性思维的培养，是无可替代的财富。