High Speed Signal Propagation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Prentice Hall

作者:Howard Johnson

出品人:

页数:800

译者:

出版时间:2003-3-6

价格:USD 130.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780130844088

丛书系列:Prentice Hall Modern Semiconductor Design

图书标签:

• Signal_Integrity
• SI
• 高速信号完整性
• 信号传播
• 电磁兼容性
• PCB设计
• 高速电路
• 传输线理论
• 时序分析
• 阻抗匹配
• 仿真
• 电子工程

跨越维度的信息流：模拟世界中的能量与物质传输 图书名称： 跨越维度的信息流：模拟世界中的能量与物质传输 内容简介 本书深入探讨了在宏观和微观尺度上，能量和物质如何在物理介质中进行高效、可靠的传输与转换。我们聚焦于一系列经典物理学和应用数学原理，这些原理构成了我们理解信息流动的基石，而非局限于高速电子信号的具体实现细节。本书旨在为读者建立一个关于“传输”这一核心概念的普适性框架，涵盖从基础的场论到复杂的系统级耦合现象。 第一部分：基础理论的构建——从场到波 本书的开篇将回顾经典电磁场理论的精髓，但视角将完全转向能量的传播特性，而非信号的完整保真度。我们将详细分析麦克斯韦方程组在理想介质（如真空、均匀介质）中的解析解，重点关注波的特性——相速度、群速度、波长、以及能量流密度（坡印廷矢量）的性质。 1. 麦克斯韦方程的物理诠释与能量视角： 讨论电场和磁场如何协同作用，形成自持的电磁波。重点分析坡印廷定理，明确能量如何在空间中转移，以及损耗（非理想介质中的电阻和介质损耗）对能量流的衰减影响。在这里，我们关注的是能量的宏观衰减率，而非信号失真。 2. 波动方程的广义解： 从一维、二维到三维的波动方程求解，展示不同几何形状约束下能量分布的模式。研究均匀介质中的平面波、柱面波和球面波的特征。特别探讨了色散关系（Dispersion Relations），分析不同频率的能量分量在介质中传播速度的差异，但不涉及特定数字电路中的色散校正技术。 3. 边界条件与反射/透射： 详细分析电磁波在不同材料界面（如介电常数、磁导率突变）处的反射和折射规律，基于菲涅耳方程。这部分专注于能量如何在界面间重新分配，以及全内反射现象的物理机制，侧重于光纤或声学波导中的宏观能量引导。 第二部分：介质特性与能量耗散机制 本部分将深入剖析物质的电磁响应特性，理解介质如何影响能量的传输路径和效率。这部分是对材料科学与场论结合的探讨，重点在于材料参数对能量流的影响。 1. 介质的宏观参数： 详细阐述介电常数 ($epsilon$)、磁导率 ($mu$) 和电导率 ($sigma$) 对波传播常数的影响。研究低频和高频下材料的本构关系差异，例如德拜弛豫模型在介质损耗中的作用，以及居里点附近磁性材料的行为。 2. 介质损耗的物理起源： 分类讨论能量在介质中耗散的三个主要机制：电阻损耗（自由电荷运动）、介质极化损耗（偶极子弛豫）、以及磁滞损耗（磁畴壁运动）。我们通过复介电常数和复磁导率引入损耗角正切 ($ andelta$)，分析其与温度和频率的关系，从而量化能量的不可逆转换（热量产生）。 3. 导体表面效应： 考察电流在有限电导率导体表面流动的现象——集肤效应。通过计算集肤深度（Skin Depth），量化高频下电流密度向表面的集中程度，并推导出表面电阻对能量传输效率的贡献。这部分侧重于电阻损耗的计算，而非信号的上升时间或过冲。 第三部分：约束环境中的能量引导——波导理论的普适性 我们将从通用波导理论的角度，抽象地看待能量的引导现象，将电磁波、声波甚至流体力学中的压力波置于统一的数学框架下。 1. 通用波导模型： 引入横向（TE/TM）和准横向（TEM）模式的概念。详细推导在特定边界条件下（如平行平板、圆柱腔）的特征方程，并分析模式的截止频率（Cutoff Frequency）。重点在于理解为什么某些频率的能量可以被引导，而其他频率则无法。 2. 模场分布与有效介质： 研究不同模式下电磁能量在波导截面上的空间分布，以及能量的导波速度。探讨有效介质理论（Effective Medium Theory）在分析周期性结构（如光子晶体或光栅）中能量流动的应用，关注结构对整体传输特性的影响，而非具体电路布线。 3. 能量耦合与散射： 分析能量在波导结构发生不连续性（如弯曲、T型接头、孔径）时的散射行为。应用模式匹配法或摄动理论来估算能量耦合效率和不连续点处的损耗，研究能量如何在不同导引结构间转移。 第四部分：复杂系统的能量传递——耦合与干扰 本部分着眼于多路径和多介质环境下的能量交换现象，即耦合效应，将其视为一种物理耦合而非信息干扰。 1. 互感与互容的物理基础： 基于电磁场理论，推导两条传输路径（或导体）之间的互感和互容的物理来源。分析它们如何导致能量在路径间转移，从而影响整体系统的能量平衡。 2. 谐振现象与能量存储： 研究当传输系统尺寸与波长成比例时的谐振现象。分析LC电路或腔体谐振器中能量在电场和磁场之间的周期性交换，以及品质因数（Q Factor）对能量存储和衰减速率的描述。 3. 噪声的能量视角： 从随机过程的角度，将热噪声视为系统中的随机能量注入，分析其在系统中的传播特性和对平均能量水平的影响。探讨黑体辐射作为一种背景能量源，如何与传输系统发生耦合。 总结 《跨越维度的信息流》提供了一个跨越不同物理领域的通用传输理论视角。它侧重于能量如何在介质中移动、耗散以及被引导的本质物理规律，为理解任何形式的波动现象（包括电磁、声学或流体动力学）提供了坚实的数学和物理基础。本书避免了对特定高速数字通信协议中时序、抖动或特定器件模型的技术性讨论，而是聚焦于底层能量传输的普适性挑战。

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读完这本《High Speed Signal Propagation》后，我最大的感受就是它以一种极其详实的方式，将看似抽象的电磁场理论与实际的电路设计巧妙地融合在了一起。书中对于传输线理论的讲解，我之前看过不少书籍，但唯独这本书，让我真正体会到了“细节决定成败”这句话的分量。它不仅仅是告诉你“什么是反射”，更深入地剖析了反射的产生机理，从阻抗失配到终端匹配，每一个环节都进行了详尽的数学推导和物理意义的阐释。我尤其喜欢其中关于“串扰”的章节，作者通过分析不同耦合机制下的信号干扰，让我对高速信号线之间相互影响有了全新的认识。书中提供的各种仿真结果和实际测量数据，更是极大地增强了理论的实践指导意义。比如，在PCB布线设计时，如何合理安排信号线间距，如何选择合适的过孔结构，这些看似微小的决策，往往会直接影响到信号的完整性。书中对此的讲解，严谨而又不失易懂，即便是初学者，只要认真研读，也能从中获益良多。它不是一本速成的秘籍，而是一部需要反复品味、深入思考的经典著作。

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这本书给了我一种前所未有的“工程化”的阅读体验。它没有卖弄艰深的数学公式，而是将复杂的物理现象转化为可操作的设计指南。我之前总觉得高速信号的分析非常玄乎，但这本书通过大量的图示和类比，将电磁场的动态变化生动地展现在我眼前。比如，书中关于“损耗”的章节，我之前只知道信号会衰减，但具体是电阻损耗、介电损耗还是皮肤效应，每个因素的影响有多大，我一直没有一个清晰的概念。而这本书就逐一剖析了这些损耗的来源，并给出了量化评估的方法，甚至连不同介质材料的损耗特性都进行了详细的对比。这对于我在选择PCB基材、优化层叠结构时，提供了非常宝贵的参考信息。更让我印象深刻的是，书中关于“时域反射计（TDR）”的讲解，它不仅仅介绍了TDR的工作原理，更重要的是，它展示了如何利用TDR的测量结果来诊断信号完整性问题，例如识别阻抗不匹配点、断点、短路等。这种从理论到工具，再到实际问题的解决，一气呵成的讲解方式，让我对高速信号设计有了更深刻的理解和信心。

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我一直觉得，很多技术书籍在讲到高速信号的时候，都过于侧重于理论，让人感觉遥不可及。但《High Speed Signal Propagation》这本书，却以一种极其务实的方式，将理论与实践紧密结合。它没有回避复杂的问题，但也没有让问题变得令人生畏。比如，书中关于“过冲和下冲”的讨论，不仅仅是定义这些现象，而是深入分析了它们产生的原因，以及如何通过优化驱动端和接收端的匹配，以及考虑PCB的布线规则来最小化它们的影响。这对于我这种需要频繁进行PCB打样和测试的设计师来说，简直是雪中送炭。书中还引入了许多“陷阱”和“最佳实践”的章节，这些内容是作者多年经验的总结，对于避免走弯路非常有价值。读这本书，就像是在和一位经验丰富的高速信号专家进行对话，他用清晰的逻辑和生动的语言，解答你心中的疑惑，并告诉你如何才能做出更可靠、更高性能的设计。

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这本书最让我印象深刻的是其内容的广度和深度。它不仅仅是停留在传输线理论的层面，而是将眼光放得更远，触及了高速信号在整个系统中的表现。我之前在学习过程中，总是感觉知识点比较零散，但这本书却将它们串联成了一个有机的整体。例如，书中关于“时序抖动”的分析，不仅仅是定义了抖动，而是深入探讨了各种抖动源，以及如何在设计中进行预算和控制，这对于时序要求非常苛刻的应用场景，比如高速ADC和DAC的设计，至关重要。另外，书中对“EMC/EMI”的考量，也让我对高速信号的潜在干扰有了更全面的认识。它不仅仅是告诉你如何避免辐射，还给出了具体的屏蔽和滤波设计方法。这本书所包含的信息量之大，足以让我反复阅读，每一次都会有新的体会和收获。它不仅仅是一本技术手册，更是一本能够帮助工程师提升整体设计能力的“内功心法”。

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坦白说，我一开始抱着学习一些“黑科技”的心态来翻阅这本《High Speed Signal Propagation》，但很快我意识到，它所探讨的并非什么高深莫测的魔法，而是扎实的基本功和对物理规律的深刻理解。书中对于“回流路径”的分析，是我过去一直忽略但又至关重要的一个环节。作者通过生动的例子，清晰地展示了不当的回流路径如何导致EMI辐射和信号失真。我之前在设计中遇到的不少奇怪问题，现在回想起来，可能就与这个问题有关。书中还花了不少篇幅探讨了不同类型连接器、电缆和封装对高速信号的影响，这部分内容对于从事硬件开发的工程师来说，简直是福音。它能够帮助我们规避很多在实际生产中才可能暴露出来的设计缺陷。我特别欣赏书中关于“信号完整性”与“电源完整性”之间相互关联的阐述，这让我认识到，一个良好的信号环境，离不开稳定可靠的电源供应。总而言之，这本书更像是一本“设计者的圣经”，它不会直接告诉你答案，但会引导你找到解决问题的正确方法。

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