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出版者:清华大学出版社

作者:格林菲尔德 (Greenfield David)

出品人:

页数:237

译者:郑文萧

出版时间:2003-3

价格:26.0

装帧:平装

isbn号码:9787302063902

丛书系列:

图书标签:

• 光网络
• 光纤通信
• 通信工程
• 网络技术
• 光传输
• 光器件
• PON
• WDM
• 光网络原理
• 信息技术

《高速数字电路设计与应用》 内容简介 本书是一部全面而深入探讨高速数字电路设计、分析与实践的专业技术著作。面对当前电子系统设计中日益增长的速度需求和信号完整性挑战，本书旨在为电子工程师、系统架构师以及相关专业的高年级本科生和研究生提供一套系统化、工程化的知识体系与实用工具。 全书共分为七大部分，内容涵盖了从基础理论到前沿应用的多个层面，强调理论与实践相结合，以实际工程问题为导向。 --- 第一部分：高速电路基础与物理层理论 本部分奠定理解高速现象的物理基础。首先回顾了传统集成电路（IC）中的集总元件模型，并重点引入了对高速设计至关重要的分布参数模型。详细分析了传输线的特性阻抗、时延、反射、串扰等核心概念。 深入探讨了电磁兼容性（EMC）和信号完整性（SI）的物理根源。内容包括介质损耗、集肤效应、趋肤深度、以及PCB材料（如FR4、高频低损耗材料）对信号衰减和相移的影响。特别介绍了伯德图（Bode Plot）在分析信号衰减特性中的应用，以及如何利用史密斯圆图进行阻抗匹配的初步分析。 此外，本部分对数字信号的上升沿和下降沿时间对系统性能的影响进行了量化分析，引入了上升时间法则（Rise Time Rule），指导设计者如何根据信号速率选择合适的互连模型。 --- 第二部分：信号完整性分析与设计规范 本部分是全书的核心之一，聚焦于如何确保信号在高速传输过程中保持清晰的逻辑电平。 反射与端接技术被详尽阐述。系统地分析了开路、短路、阻抗不匹配等各种端接场景下的电压和电流波形。详细对比了串联端接（源端）、并联端接（负载端，包括AC和DC）、TDR（Time Domain Reflectometry）匹配等多种端接策略的优缺点及其适用场景。 串扰（Crosstalk）分析是本章的重点。通过耦合电容和电感模型，推导了近端串扰（NEXT）和远端串扰（FEXT）的数学表达式。给出了降低串扰的工程实践方法，包括增加走线间距（3W原则）、使用参考平面、合理布置返回路径（Return Path）等。 时序裕度与抖动（Jitter）分析被提升到关键地位。不仅区分了确定性抖动（DJ）和随机抖动（RJ），还引入了总抖动（TJ）的统计模型（如VMAC模型）。讲解了如何通过眼图（Eye Diagram）来量化信号质量，包括眼高、眼宽的测量与优化。 --- 第三部分：电源完整性（PI）与地弹设计 高速电路的性能往往受限于电源分配网络（PDN）。本部分系统讲解了如何设计一个低阻抗、高稳定性的PDN。 详细分析了去耦电容的选型、布局和放置策略。对比了不同类型电容（陶瓷、电解、钽电容）的等效电路模型（ESR/ESL），并展示了如何通过优化电容组合来实现跨频率范围的低阻抗目标。 地弹（Ground Bounce）是高速切换时产生的噪声源。通过分析返回电流环路电感，推导了地弹电压的计算模型，并提出了通过使用多层结构、增加过孔旁路电容、优化电源/地平面分割等方法来抑制地弹效应。 电源平面去耦的设计方法，包括平面分割（Power/Ground Plane Partitioning）的原则和注意事项，特别是在混合信号电路中如何隔离敏感模拟电源域。 --- 第四部分：PCB布局与布线高级技术 本部分将理论转化为实际的PCB设计规范。 差分信号设计是高速接口（如PCIe, USB, LVDS）的基础。详细介绍了差分对的建模、耦合长度匹配、共模抑制（CMRR）的实现，以及如何在布局中保持差分阻抗的均匀性。 过孔（Via）效应的建模与管理。分析了过孔的电感和电容对信号完整性的影响，特别是高频信号中的“过孔陷波”。介绍了如何使用背钻（Back-Drilling）技术来消除未使用的过孔尾巴，以及多层板中的过孔去耦合技术。 阻抗控制与匹配的实践。涵盖了微带线（Microstrip）、带状线（Stripline）的精确阻抗计算公式，以及在PCB叠层设计中如何根据材料参数和走线几何尺寸来精确控制特征阻抗。 --- 第五部分：高速串行接口设计与标准解析 本部分侧重于当前主流高速接口的工程实现。选取了如PCI Express (PCIe)、SATA/SAS和DDRx内存等作为案例进行深入剖析。 针对这些标准，详细讲解了均衡技术（Equalization）的必要性。包括驱动器端的预加重（De-emphasis）和接收器端的线性均衡（CTLE）及决策反馈均衡（DFE）的工作原理和参数设置。 内存接口（DDR）的设计挑战：重点关注时序约束、飞线效应（Fly-by Topology）和T字形拓扑（T-Topology）的阻抗匹配处理，以及如何满足交叉角（Crosstalk）和反射的严格时序要求。 --- 第六部分：高速器件驱动与接收电路 本部分深入到IC接口层面的设计考量。 对比了LVDS、CML、PECL等主流高速驱动器和接收器的电气特性和功耗特性。重点分析了不同逻辑族在不同驱动能力下的瞬态电流消耗，以及如何通过合理的上拉/下拉网络来优化眼图。 I/O的ESD/EOS保护：探讨了在高速数据线上集成保护器件（如TVS管）时，如何避免保护器件自身的寄生电容和电感对信号完整性造成的负面影响，即“设计安全与性能的平衡点”。 --- 第七部分：仿真、测量与验证工具 本书强调“先仿真，后制造”的设计流程。 仿真工具应用：详细介绍了使用Keysight ADS、Ansys HFSS或Cadence Sigrity等工具进行S参数提取、全波（Full-Wave）分析、瞬态仿真和眼图分析的流程和技巧。重点讲解了如何建立准确的Spice模型和PCB封装模型。 矢量网络分析仪（VNA）测量：系统讲解了如何使用VNA测量PCB走线、连接器和通道的S参数（S11反射、S21传输）。包括校准（Calibration）技术的选择（SOLT、TRL）和时域转换（TDR/TDT）的应用，以验证阻抗和损耗特性。 实时示波器测量：讲解了抖动分解、垂直度测量、确定系统带宽等关键的眼图测试方法，以及探头选择（有源/无源）对实际测量的影响。 本书通过大量的工程案例和图表，确保读者不仅掌握理论，更能在实际项目中高效解决高速信号设计中遇到的复杂难题。

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