信号完整性与PCB设计 [Signal Integrity Issues and Printed Circuit Board ] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

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。

作者简介

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

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

精彩书摘

　　《信号完整性与PCB设计》：
　　有一次，在一个座谈会上我被问道，“在什么情况下，信号完整性会成为问题？”这个问题的本意是在什么频率下电路板设计者需要关心信号完整性问题，不过就像提问者所说的，这也是一个更一般性的问题。它让我开始考虑信号完整性这个概念到底有多广，虽然我们早已经考虑过更小范围定义的高速电路中的信号完整性问题。
　　当信号失去它的完整性时，我们就需要考虑信号完整性问题。大家可能认为我在开玩笑，其实信号完整性问题不一定必须和频率有关。信号开始失真或者信噪比（S／N）开始下降时，是两种很明显也很常见的情况，此时需要考虑信号完整性。
　　信号失真通常表示我们所关心的信号波形开始改变形状。何种程度的失真需要我们关心则取决于具体的应用。我们通常认为数字信号是方波脉冲，它在一个时钟周期内一般只能传递一个bit（位）。数字信号可以承受一定程度的失真而不改变所传递的信号状态。另一方面，模拟信号对失真很敏感，比如在视频和音频设备中。波形的改变经常可以看到或者听到。比如家中的立体声音响设备，对谐波失真是有一定要求的。谐波失真关系到音响所处理音频信号的“纯净”程度。
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前言/序言

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。

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书讲的很好！信号完整性入门！

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书很薄，内容一般吧

评分☆☆☆☆☆

很好

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书讲的很好！信号完整性入门！

评分☆☆☆☆☆

书比以前买的要好很多，内容生动印象。十本不错的书

评分☆☆☆☆☆

还没有开始看，上手感觉不错

评分☆☆☆☆☆

还没有开始看，上手感觉不错

评分☆☆☆☆☆

画PCB的有空看看，提高提高EMI和信号完整性的功夫

评分☆☆☆☆☆

很不错的一本书，可以提高自己的水平。

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