High-Speed Digital System Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley-IEEE Press

作者:Stephen H. Hall

出品人:

页数:362

译者:

出版时间:2000-08-25

价格:USD 135.50

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471360902

丛书系列:

图书标签:

• highspeed
• 高速PCB
• 专业
• SI
• 数字系统设计
• 高速电路
• 信号完整性
• 电源完整性
• PCB设计
• 高速接口
• 时序分析
• 验证
• FPGA
• ASIC

数字系统设计的进阶之路：低功耗与可靠性 图书名称：数字系统设计的进阶之路：低功耗与可靠性 目标读者： 电子工程、计算机工程、微电子学领域的高级本科生、研究生，以及需要深入理解现代数字系统设计中功耗管理和信号完整性挑战的专业工程师。 图书核心理念： 本书专注于现代数字系统设计中两个最为关键且相互关联的方面：低功耗设计策略和系统级可靠性保障。随着集成电路密度的不断攀升和移动设备的普及，单纯追求速度的时代已告一段落，如何以最优的能效比（Performance per Watt）实现复杂功能，并确保系统在各种工作环境下的长期稳定运行，成为核心竞争力所在。本书从理论基础出发，深入探讨了从架构、逻辑到物理层面的多维度优化技术。 --- 第一部分：低功耗数字系统设计的基础与架构级优化 本部分为读者奠定功耗分析的基础，并重点介绍在系统架构和算法层面进行能效优化的方法。 第一章：功耗分析与建模基础 静态与动态功耗的精确分解： 详细阐述了亚阈值漏电、栅极漏电、热载流子效应等各种漏电来源，并建立精确的动态功耗模型（$P_{dyn} = alpha C V_{dd}^2 f$）及其修正项。 系统级功耗度量： 引入能量延迟积（Energy-Delay Product, EDP）和性能功耗比（Performance per Watt）作为核心评估指标。 温度与工艺的耦合影响： 分析温度变化对功耗和阈值电压的影响，为片上温度管理提供理论依据。 第二章：电压与频率域的动态调控（DVFS） DVFS 算法与实现： 深入探讨静态与动态预测算法在实时功耗管理中的应用。涵盖锁相环（PLL）和延迟锁定环（DLL）在快速电压/频率转换中的设计挑战。 细粒度电压调节： 介绍多电压域（Multi-Voltage Domain, MVD）和多频率域（Multi-Frequency Domain, MFD）的设计与跨域交互机制，包括电平转换器（Level Shifter）的设计优化以减少开销。 电源门控（Power Gating）策略： 比较断电单元（Sleep Transistor）的选择、延迟对齐与唤醒机制，重点分析断电/唤醒过程中的关态功耗（Standby Power）和恢复时间。 第三章：数据流与算法级功耗优化 数据宽度优化（Data Width Optimization）： 针对特定算法（如DSP、图像处理）分析最小有效位宽的确定方法，并介绍动态位宽缩减技术。 循环展开与流水线对能效的影响： 评估提高吞吐量（通过增加并行度）与功耗增加之间的权衡，寻找最佳能效点。 算法重构与量化： 探讨如何通过更高效的数学算法（例如使用更少的乘法运算）或定点量化（Fixed-Point Quantization）来减少数据处理所需的开关活动。 --- 第二部分：逻辑与电路级低功耗实现 本部分聚焦于在寄存器传输级（RTL）和晶体管级实现低功耗的实用技术。 第四章：时钟树综合与时钟门控 时钟网络的功耗主导地位： 分析在现代SoC中，时钟网络占总功耗的比例，并介绍消除时钟毛刺和时钟偏移的结构。 自动时钟门控（Automatic Clock Gating, ACG）： 详细介绍基于组合逻辑活动（Clock Gating Logic, CGL）和基于状态的（State-based）时钟门控技术的实现，重点在于如何避免插入门控单元带来的额外延迟和功耗开销。 低功耗时钟生成： 比较使用RC振荡器、基于延迟线的时钟源与传统PLL在低功耗场景下的适用性。 第五章：阈值电压分配与多Vth技术 阈值电压（Vth）的选择与影响： 深入探讨高Vth器件（用于降低漏电）和低Vth器件（用于提高速度）的权衡。 混合Vth设计（Mixed Vth Design）： 介绍如何根据关键路径（Critical Path）和非关键路径（Non-Critical Path）自动分配不同的阈值电压，实现全芯片范围内的漏电最小化。 动态阈值电压调节（Dynamic Vth Scaling）： 介绍利用Body Biasing（衬底偏置）技术，在保持电路速度的同时动态降低漏电流的先进方法。 第六章：状态保持与待机模式 保持关键状态： 讨论在断电模式下，如何使用低功耗锁存器（Low Leakage Latches）或专用的保持电路（Retention Registers）来保存寄存器的状态，避免昂贵的唤醒时间。 自适应保持机制： 结合温度和电源电压波动，设计自适应电路来管理保持操作的功耗和可靠性。 --- 第三部分：数字系统可靠性与信号完整性 本部分将视角转向系统在物理层面上抵抗噪声、串扰和工艺变化的鲁棒性设计。 第七章：信号完整性（SI）分析与设计 串扰建模与抑制： 详细分析相邻线之间的耦合电容和互感（Mutual Inductance）导致的串扰（Crosstalk）效应，特别是对时序的影响（如Skew和Jitter）。 地弹与电源噪声（SSN/PDN）： 深入分析去耦电容（Decoupling Capacitors, Decap）的网络设计，电源平面（Power Plane）的阻抗控制，以及如何通过同步开关活动来最小化瞬态电流导致的噪声。 高速互联线的布局规划： 讨论电感效应在高速串行和并行总线中的重要性，并介绍走线宽度、间距的优化规则，以控制特征阻抗。 第八章：时序裕度与工艺变异性（PVT Robustness） 时序分析的演进： 从静态时序分析（STA）的基础到考虑更复杂的噪声和温度依赖性的动态时序分析。 工艺变异性建模： 介绍在FinFET等先进工艺节点下，关键参数（如$V_{th}$, $mu_{n}$）的随机和等效空间变异性对电路性能的影响。 时序裕度设计与缓冲器优化： 如何在设计中预留足够的时序裕度以应对最坏情况（Worst-Case Corner），并优化网络延迟，减少对外部延迟缓冲器的过度依赖。 第九章：电磁兼容性（EMC）与辐射抑制 片上电磁干扰源识别： 识别高频开关活动、PLL和ADC/DAC等模块产生的噪声源。 屏蔽与隔离技术： 介绍在芯片内部使用保护环（Guard Rings）、屏蔽走线（Shielding Traces）以及在PCB层面使用地平面（Ground Plane）隔离高频模块的实践方法。 辐射测试标准与设计规范： 概述CISPR和FCC等电磁兼容性标准对数字系统设计提出的约束。 --- 总结与展望： 本书通过严谨的理论分析和贴近实际的工程案例，为读者提供了一套全面的、面向未来的数字系统设计方法论。我们强调，高性能不再意味着高功耗，高速度必须与高可靠性和低能耗并存。掌握这些进阶技术，是设计下一代移动、AI加速器和边缘计算平台的核心竞争力。

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作为一名刚刚进入高速数字设计领域的新手，我迫切地需要一本能够让我快速入门，并且能够建立起扎实基础的书籍。《High-Speed Digital System Design》的标题吸引了我，我希望这本书能够清晰地解释那些我一直感到困惑的概念，例如什么是信号完整性，它为什么重要，以及它会带来哪些影响。我希望书中能用易于理解的语言，逐步引导我了解高速信号传输的基本原理，比如反射、串扰、衰减等。同时，我也希望它能提供一些关于PCB设计的基本规则，如何进行合理的元器件布局，如何规划走线，以及如何选择合适的阻抗等。对于初学者来说，理解时序分析也是一个挑战，我希望书中能用生动的例子来解释建立时间和保持时间的概念，以及如何进行基本的时序检查。这本书是否能提供一些简单的设计实例，让我能够跟着操作，逐步掌握设计的技巧？我希望它能成为我学习路上的引路人，帮助我打下坚实的基础，为我今后的深入学习和实践做好准备，让我能够更有信心地去面对实际的高速数字系统设计项目。

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这本书的到来，对于我这种正在努力提升自身技术能力的设计工程师来说，无疑是一场及时雨。我一直在困惑于如何在复杂的PCB布局中处理高密度、多层板下的信号布线问题，尤其是在信号频率不断攀升的今天，原有的设计方法已经显得捉襟见肘。我希望《High-Speed Digital System Design》能够提供一些切实可行的指导，比如如何合理地规划电源层和地层，如何进行差分对的布线，如何有效避免串扰，以及如何处理高速信号的回流路径等。我非常关注书中是否会涉及到一些先进的设计技术，例如阻抗控制、长度匹配、相位对齐等，这些都是确保高速信号质量的关键要素。同时，我希望作者能够提供一些实用的工具和方法论，帮助我进行设计验证和仿真分析，例如在信号完整性分析（SI）和电源完整性分析（PI）方面，是否有推荐的仿真软件和分析流程。另外，对于一些新兴的高速接口，比如PCIe、USB 3.x、DDR等，如果书中能够结合这些接口的特点，讲解其在设计中的特殊注意事项，那将对我极具价值。总而言之，我希望这本书能像一位经验丰富的导师，带领我穿越高速数字设计的迷雾，指引我走向成功的彼岸。

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一本好的技术书籍，不仅要有扎实的理论基础，更要有贴近实际应用的案例和深入的分析。我拿到《High-Speed Digital System Design》时，最关心的就是它在这方面的表现。我希望这本书能够详细阐述在实际硬件设计过程中，可能会遇到的各种挑战，并提供系统性的解决方案。比如，在高速时钟和数据信号的布线方面，如何才能最大限度地减少抖动（Jitter）和噪声（Noise）？在多层PCB的设计中，电源和地的完整性问题如何才能得到有效的解决？书中是否会包含关于连接器、线缆、PCB叠层设计等方面的详细指导？我期待能够看到作者针对不同类型的信号，给出具体的布线建议和约束规则。另外，对于时序收敛（Timing Convergence）这个关键问题，书中能否提供一些行之有效的策略和调试方法？我希望这本书能让我理解，为什么某些设计在仿真中看起来很好，但在实际板子上却出现问题，并且教会我如何通过合理的分析和验证来避免这种情况的发生。对于我这样一个希望将理论知识转化为实际产品开发能力的人来说，这样的内容至关重要。

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这本书，我必须承认，从我拿到它到翻开第一页，就充满了期待。封面设计简约而不失专业感，那“High-Speed Digital System Design”几个字，仿佛就点亮了我心中对高速数字电路设计的种种疑惑。我一直在寻找一本能将那些抽象的理论知识，比如信号完整性、电源完整性、时序分析等，用一种清晰、易懂但又不失严谨的方式呈现出来的书。我希望它能帮助我理解那些复杂的电磁效应是如何影响高速信号传输的，以及如何在设计初期就规避这些潜在的问题。这本书的标题给我一种强烈的信号：它不会止步于理论的堆砌，而是会深入到实际的设计流程和技巧中去，教我如何将理论付诸实践。我尤其期待它能提供一些真实的案例分析，让我看到别人是如何解决在高速数字系统设计中遇到的棘手问题的，这样我才能从中学习经验，避免重复犯错。毕竟，纸上谈兵终觉浅，实践出真知。这本书的厚度也让我感到欣慰，这通常意味着内容会比较详实，能够覆盖到我可能遇到的方方面面，而不是浅尝辄止。我希望它能成为我案头必备的参考书，在我设计过程中遇到瓶颈时，能够及时地为我指点迷津，引导我走向正确的解决方案。

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老实说，在入手《High-Speed Digital System Design》之前，我对高速数字电路的理解还停留在一些非常基础的层面，更多的是一种“知道有这么回事”的状态，而缺乏深入的理解和系统性的认知。市面上这类书籍不少，但很多都过于偏重理论，或者内容零散，读起来像是拼凑起来的知识点集合，很难形成一个完整的体系。我更希望这本书能提供一种由浅入深、循序渐进的学习路径，能够从最基本的概念开始，逐步引导我进入更复杂的领域。例如，关于信号完整性的分析，我希望它能详细讲解不同类型的信号失真（如反射、串扰、过冲、下冲等）的成因，以及如何通过PCB布局、走线规则、阻抗匹配等手段来加以控制。同样，对于电源完整性，我也期待能看到关于去耦电容的选择与布局、电源退耦网络的设计、地线阻抗的控制等方面的详尽论述。此外，时序分析是高速设计中至关重要的一环，这本书能否提供清晰的建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的概念解释，以及如何进行时序约束、时序预算分析，这对我来说非常重要。我希望这本书能帮我建立起一套扎实的高速数字系统设计理论框架，并且能够将这些理论知识融会贯通，应用到实际的工程项目中。

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