Functional Design Errors in Digital Circuits pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Chang, Kai-hui/ Markov, Igor L./ Bertacco, Valeria

出品人:

页数:228

译者:

出版时间:

价格:1038.00元

装帧:

isbn号码:9781402093647

丛书系列:

图书标签:

• 数字电路
• 功能设计
• 错误分析
• 可靠性设计
• 测试与验证
• 逻辑设计
• VLSI
• 电路调试
• 故障诊断
• 数字系统

《现代数字系统中的电源完整性与电磁兼容性设计实践》 书籍简介 在当今高速、高密度数字系统的设计领域，电源完整性（Power Integrity, PI）和电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility, EMC）已不再是可选项，而是决定产品性能、可靠性乃至市场成败的关键因素。本书《现代数字系统中的电源完整性与电磁兼容性设计实践》旨在为电子工程师、硬件架构师和信号完整性专家提供一套全面、深入且高度实用的设计与分析指南。它着眼于实际工程挑战，聚焦于如何从系统层面、PCB 层面和器件层面系统性地预防和解决由电源分配网络（PDN）噪声和电磁辐射/敏感性带来的问题。 本书结构严谨，内容涵盖了从基础理论到高级应用的全过程，特别强调了现代设计流程中的仿真、测量与迭代优化。我们摒弃了过于宽泛的理论阐述，转而深入探讨那些在实际多层板和高频设计中频繁出现的具体瓶颈。 第一部分：电源分配网络（PDN）的深入剖析与优化 本部分首先建立对现代数字系统PDN特性的基础认知，重点阐述了瞬态电流需求如何驱动系统噪声的产生。我们详细分析了去耦电容的设计哲学——如何根据噪声频率、目标阻抗和实际器件需求，精确选择电容的类型（旁路电容、去耦电容、储能电容）和数量，以及在PCB布局中实现最优的电容矩阵。 深入探讨了电源平面和地平面的阻抗特性。我们不仅仅停留在DC下的电阻分析，而是聚焦于高频下的等效串联电感（ESL）和等效串抗（ESR）对平面阻抗的影响。书中提供了多种工程手段来降低平面间的耦合阻抗，包括优化电源过孔的布置策略、引入“去耦墙”（Decoupling Walls）技术，以及处理电源/地平面分割带来的非预期谐振模式。 一个核心章节专门用于讲解“目标阻抗”（Target Impedance）的设定与实现。读者将学会如何根据芯片的瞬态电流谱（$ ext{di}/ ext{dt}$）和允许的电压降（$Delta V$）精确计算出系统级的PDN目标阻抗曲线。随后，我们将介绍如何使用先进的Spice模型（如 IBIS-AMI 或特定封装模型）结合全波仿真工具（如 Ansys SIwave 或 Cadence Sigrity PowerSI）来验证和迭代设计，确保PDN在整个工作频率范围内满足预设的阻抗要求。 此外，书中还收录了针对先进封装技术（如 BGA 封装、System-in-Package, SiP）中内部电感建模的挑战，以及如何通过封装材料和引脚分配优化来改善片上PDN性能的实用技巧。 第二部分：电磁兼容性（EMC）的系统级设计策略 EMC章节是本书的另一核心支柱，它将理论的电磁场知识转化为可操作的设计规则。我们从电磁干扰的三个基本要素——源、耦合路径和受体——出发，系统地构建了抑制和控制辐射/传导干扰的框架。 针对辐射发射（Radiated Emissions），本书详细分析了高速信号回流路径的完整性如何直接影响EMI性能。关键内容包括： 1. 回流路径的“最短路径”原则的工程化应用：如何处理跨越不同信号层的信号线与参考平面之间的不连续性（如电源/地平面分割、过孔堆叠）。 2. 平面与缝隙效应：分析PCB边缘电流的辐射效应，以及如何通过合理的板边处理和屏蔽设计来抑制低频和高频辐射。 3. 封装与连接器屏蔽：探讨I/O区域的金属屏蔽罩（Can）的设计准则，包括如何有效接地屏蔽罩，以及如何处理穿过屏蔽层的信号线和电源线。 针对传导发射（Conducted Emissions），重点在于开关电源（Switching Mode Power Supply, SMPS）的设计与隔离。书中详细阐述了开关频率的谐波特性，以及如何通过优化开关速率（Slew Rate）、利用共模扼流圈（Common Mode Chokes）和输入输出滤波网络来有效削弱传导噪声注入到系统电源轨中。 第三部分：集成化设计与验证流程 本书的最后一部分将前两部分内容整合到现代产品开发流程中。我们强调了“首次即正确”（First-Time-Right）的设计理念，这依赖于早期和持续的仿真验证。 详细介绍了SI/PI/EMC协同仿真工具集的使用方法。读者将学习如何建立一个包含芯片I/O模型、封装模型、PCB布局和外部环境的全系统级仿真模型。这包括： PI/EMI的耦合分析：如何通过仿真工具提取高频的封装寄生参数，并将其导入到EMI仿真中，以预测屏蔽效率和辐射强度。 预合规性测试（Pre-Compliance Testing）：讲解如何在实验室环境中，利用矢量网络分析仪（VNA）和频谱分析仪进行关键阻抗点和辐射源的测量，并将测量结果与仿真模型进行交叉验证，形成闭环反馈。 书中还包含了针对特定高挑战性应用的案例分析，例如高速SerDes接口的电源去耦优化、大电流处理器（CPU/GPU）的散热与电流密度管理、以及便携式设备中的天线-电路板协同设计对EMC的影响。 目标读者 本书适合具备数字电路设计基础，并开始负责高速、高密度PCB设计的工程师。它特别适用于需要深入理解并解决产品在EMC测试中遇到的实际问题，以及对PDN噪声敏感的系统（如通信设备、高性能计算和先进的嵌入式系统）的设计人员。通过本书的学习，工程师将能够系统性地构建一个低噪声、高可靠性且符合电磁兼容标准的数字系统。

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