Analysis and Design of Autonomous Microwave Circuits pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Suarez, Almudena

出品人:

页数:704

译者:

出版时间:2009-1

价格:1405.00元

装帧:

isbn号码:9780470050743

丛书系列:

图书标签:

• 微波电路
• 自主电路
• 电路分析
• 电路设计
• 射频电路
• 微波工程
• 自动设计
• 电路优化
• 无线通信
• 毫米波电路

信号完整性与高速电路设计 内容简介 本书旨在为电子工程师、系统架构师以及对高速数字与模拟电路设计有深入兴趣的研究人员提供一本全面、实用的指南，专注于解决现代电子系统中日益严峻的信号完整性（Signal Integrity, SI）和电源完整性（Power Integrity, PI）挑战。随着集成电路（IC）工作频率的不断攀升和数据传输速率的爆炸性增长，电路板（PCB）和封装内部的电磁效应变得至关重要，这些效应如果不被精确管理，将直接导致系统性能下降、误码率升高甚至功能失效。 本书结构清晰，内容涵盖了从基础的传输线理论到高级的非理想效应分析，以及系统级的协同设计方法。全书共分八章，循序渐进地引导读者掌握设计高性能、高可靠性高速系统的核心技术。 第一章：高速系统中的电磁基础与传输线理论 本章首先回顾了电路设计中必须考虑的基础电磁学原理，重点阐述了集总电路模型失效的条件——即当电路尺寸与信号上升时间相比变得不可忽略时。随后，本书深入探讨了传输线理论，包括其集总参数模型（R, L, C, G）的物理意义及其对信号波形的影响。详细分析了史密斯圆图的应用，不仅用于阻抗匹配的图形化表示，更重要的是，用于理解和计算复杂频率下的无源器件响应。本章还介绍了无损和有损传输线的特性阻抗、传播常数、反射系数和驻波比（VSWR）的精确计算方法，为后续的SI分析奠定了坚实的理论基础。特别强调了介质损耗和导体集肤效应如何随频率变化而改变传输线的有效参数。 第二章：信号完整性：反射、串扰与时域分析 信号反射是高速设计中的首要挑战。本章详尽分析了信号源、传输线和负载之间的阻抗不匹配如何导致信号反射的产生及其对接收端眼图（Eye Diagram）的破坏。通过建立反射系数和电压传递函数的数学模型，读者将学会量化反射对信号质量的影响。 串扰（Crosstalk）分析是本章的另一核心内容。本书区分了近端串扰（NEXT）和远端串扰（FEXT），并深入探讨了耦合电容和耦合电感在多线系统中串扰形成机制中的作用。提供了多种减少串扰的设计技巧，例如增加线间距、采用屏蔽层、以及在源端和接收端采取差分信号设计。 时域反射和串扰分析通过泰勒模型（TDR/TDT）得到了详细阐述。TDR/TDT技术被视为诊断PCB和连接器损耗与不连续性的黄金标准，本章详细介绍了如何通过分析TDR波形来定位设计中的缺陷，例如过孔（Vias）、焊盘（Pads）和连接器。 第三章：频域分析与S参数：系统级建模 随着设计复杂度的提高，纯粹的时域分析已不足以应对所有挑战。本章转向频域分析，引入了散射参数（S-Parameters）作为描述多端口网络频率响应的强大工具。详细解释了S参数的物理含义，以及如何将其从时域响应（如TDR波形）转换而来，反之亦然。 本书提供了将S参数应用于系统级仿真的实用指导，包括如何处理S参数矩阵的降阶（Model Order Reduction）以用于电路仿真，以及如何利用S参数评估连接器、PCB层叠和封装的插入损耗（Insertion Loss）和回波损耗（Return Loss）。特别关注了在设计流程中集成这些频率域模型的必要性。 第四章：电源完整性：去耦、平面与噪声抑制 电源完整性（PI）被视为高速电路设计的“隐形杀手”。本章将电源分配网络（PDN）视为一个复杂的、多端口的阻抗结构。核心内容包括理解去耦电容器（Decoupling Capacitors）的选择、放置和优化，以在不同的频率范围内提供低阻抗的电源。 深入分析了电源平面（Power Planes）和地平面（Ground Planes）的电磁特性，包括平面的谐振模式、平板电容效应以及平面之间的电感。提出了“目标阻抗”（Target Impedance）的概念，并教授读者如何根据IC的瞬态电流需求和允许的电压噪声预算来确定和维护整个频段内的PDN阻抗特性。本章还涵盖了瞬态电流尖峰对芯片内部和封装的影响分析。 第五章：差分信号与高速串行接口设计 差分信号（Differential Signaling）是现代高速通信（如PCIe, USB, Ethernet）的基础。本章详细阐述了差分对的设计准则，包括线宽、线距、对称性、共模抑制比（CMRR）以及回波损耗对差分信号性能的影响。强调了保持差分对在整个布线路径上的紧密耦合和长度匹配的重要性。 针对高速串行接口（SerDes），本章讨论了均衡技术，包括发射端预加重（Pre-emphasis）和接收端判别反馈均衡（DFE）。通过分析信道容限测试（IBIS-AMI模型），指导读者如何评估和优化包含均衡器的互连系统。 第六章：非理想效应与高级损耗建模 本章深入探究了影响超高速信号的非理想物理效应。首先，对集肤效应和介质损耗进行了更精确的频率依赖性建模，并介绍了先进的介质材料（如低损耗材料）的选择标准。 接着，详细分析了过孔（Vias）的结构对信号完整性的影响，包括过孔的电感、寄生电容以及层间过渡（Via Transitions）引起的阻抗突变。提出了优化过孔设计的策略，如使用盲埋孔（Blind/Buried Vias）和减小去焊盘（Back-drilling）的残留效应。 第七章：电磁兼容性（EMC）与辐射抑制 信号完整性问题往往与电磁兼容性（EMC）问题紧密相关。本章从辐射源的角度审视高速设计。分析了环路面积、电流回流路径（Return Path）中断裂如何形成有效的辐射天线。 提供了辐射抑制的系统级设计方法，包括合适的屏蔽罩（Shielding）、滤波器的选择与放置，以及如何通过优化电源和地平面结构来最小化共模噪声和辐射。本章还涉及了电磁场仿真工具（如3D场求解器）在预测辐射风险中的应用。 第八章：设计流程、仿真工具与验证方法 本章将理论与实践相结合，指导读者如何在实际工程中应用上述知识。系统地介绍了高速设计的端到端流程，从系统规格定义、初步堆叠设计，到详细的SI/PI仿真和最终的硬件验证。 详细讨论了主流的仿真工具（如Spice、2.5D/3D电磁场求解器）的使用场景、模型输入（如IBIS、Touchstone文件）的处理，以及如何设置有效的仿真环境。最后，重点介绍了硬件调试和验证阶段的关键测试设备，如高性能示波器、矢量网络分析仪（VNA）和眼图测试仪，并阐述了如何通过实际测量结果来验证和校准仿真模型。 本书的每一个章节都配有丰富的实例和图表，旨在帮助读者不仅理解“是什么”，更要掌握“为什么”和“如何做”，从而能够自信地设计和调试下一代高速电子系统。

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