高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前言

　　前言　　本書基于硬件平臺(tái)層次，介紹了現(xiàn)代高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)所必需的實(shí)踐方面和理論方面的知識(shí)。從基本的傳輸線理論到數(shù)字時(shí)序分析，再到高速測(cè)量技術(shù)及其他內(nèi)容——這些必備的概念，本書將逐一為讀者進(jìn)行說(shuō)明。這樣做，可以在理論和實(shí)踐應(yīng)用之間達(dá)到特定的平衡，不僅便于讀者理解問題的本質(zhì)，而且為解決問題提供了實(shí)踐指導(dǎo)。理論層的理解有助于讀者擺脫當(dāng)前實(shí)踐應(yīng)用的局限，進(jìn)而能夠解決本書中沒有涉及的問題。書中的許多內(nèi)容，在過(guò)去的數(shù)字設(shè)計(jì)中并非必需，但現(xiàn)在這些內(nèi)容卻是必不可少的。而標(biāo)準(zhǔn)的大學(xué)課程中，一般不涉及本書中的絕大部分內(nèi)容，而且大學(xué)課程不會(huì)專門針對(duì)數(shù)字設(shè)計(jì)領(lǐng)域，盡管有證據(jù)說(shuō)數(shù)字設(shè)計(jì)是電氣工程中最重要的產(chǎn)業(yè)之一。本書重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)可大批量生產(chǎn)的穩(wěn)健的高速數(shù)字產(chǎn)品，比如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（設(shè)計(jì)時(shí)需要特別考慮計(jì)算機(jī)總線）。不過(guò)，書中的理論對(duì)于任何高速數(shù)字系統(tǒng)都是適用的。書中涵蓋的所有方法，都已經(jīng)在工業(yè)中應(yīng)用于實(shí)際數(shù)字產(chǎn)品，且這些產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)和銷售已經(jīng)獲得成功。已經(jīng)完成基礎(chǔ)電磁課程或微波設(shè)計(jì)課程的工程師、研究生以及本科學(xué)生，由于已具有相應(yīng)的知識(shí)儲(chǔ)備，所以容易完全理解本書中的理論。另一方面，若僅在實(shí)踐層應(yīng)用本書中的公式，則只需有基本的電路理論背景就可以了。　　第1章解釋了為什么理解書中所講授的課程是重要的（作者是Garrett Hall）?！　〉?章介紹了基本傳輸線理論和專用于數(shù)字技術(shù)的術(shù)語(yǔ)。該章為后續(xù)章奠定了基礎(chǔ)（作者是 Stephen Hall）?！　〉?章和第4章介紹了串?dāng)_效應(yīng)，解釋了串?dāng)_效應(yīng)與數(shù)字時(shí)序之間的關(guān)系，并研究了非理想傳輸線效應(yīng)（作者是Stephen Hall）?！　〉?章解釋了芯片封裝、過(guò)孔、連接器和影響數(shù)字系統(tǒng)性能的其他方面的作用（作者是Stephen Hall）。　　第6章解釋了諸如同步開關(guān)噪聲和非理想返回電流通路失真等難以理解的效應(yīng)。如果不合理解決，這些效應(yīng)可導(dǎo)致數(shù)字設(shè)計(jì)失效（作者是Stephen Hall）?！　〉?章討論了輸出緩沖器建模的不同方法。輸出緩沖器用于將數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)到總線上（作者是Garrett Hall）?！　〉?章詳細(xì)解釋了系統(tǒng)級(jí)數(shù)字時(shí)序的若干方法。本章中描述了不同時(shí)序方案背后的理論，并將這些方案與書中的高速數(shù)字效應(yīng)聯(lián)系起來(lái)（作者是Stephen Hall）?！　〉?章提出了設(shè)計(jì)中可能遇到的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一：如何處理對(duì)系統(tǒng)有影響的大量變量，以及如何減少變量以方便管理。該章還解釋了如何將一個(gè)難以解決的問題轉(zhuǎn)化為易于解決的問題，并介紹了一種專門的設(shè)計(jì)方法學(xué)，用于生產(chǎn)高性能數(shù)字產(chǎn)品（作者是Stephen Hall）?！　〉?0章內(nèi)容的主題是輻射。輻射問題是一個(gè)讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)者很頭疼的問題，這是因?yàn)椋?jīng)常在系統(tǒng)原型建立完畢之后，才能發(fā)現(xiàn)輻射問題，此時(shí)改動(dòng)代價(jià)高昂，時(shí)間也很有限（作者是Garrett Hall）。　　第11章介紹了在高速數(shù)字系統(tǒng)中進(jìn)行精確測(cè)量的實(shí)用技術(shù)（作者是James McCall）。 致謝　　許多同仁為本書做出了直接或間接的貢獻(xiàn)。我們非常有幸結(jié)識(shí)了這些優(yōu)秀的工程師和杰出的同事。其中，為本書提供了巨大幫助的有：Intel公司的Maynard Falconer博士　Mayo Foundation公司專用處理器開發(fā)小組的Mike Degerstrom 　　Intel公司的Jason Mix博士　　PHI公司的Dorothy Hall 　我們也要謝謝下列朋友。他們長(zhǎng)期通力合作，確實(shí)對(duì)本書的出版起到了重要作用，在此對(duì)他們表示感謝：俄勒岡研究生院，Intel公司的Howard Heck 　Intel公司的Michael Leddige 　　Intel公司的Tim Schreyer博士　Intel公司的Harry Skinner 　Intel公司的Alex Levin 　Intel公司的Rich Melitz 　Mayo Foundation公司專用處理器開發(fā)小組的Wayne Walters 　　Mayo Foundation公司專用處理器開發(fā)小組的Pat Zabinski 　　Mayo Foundation公司專用處理器開發(fā)小組的Barry Gilbert博士　科羅拉多州立大學(xué)Melinda Picket?May博士　還要特別感謝作者Stephen的妻子Jodi Hall，沒有她的耐心和支持，本書是不可能完成的。

內(nèi)容概要

本書詳細(xì)講解現(xiàn)代高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論與實(shí)現(xiàn)方法，部析數(shù)字總線上的高頻效應(yīng)，介紹了多種成熟技術(shù)和應(yīng)用實(shí)例，將通俗易懂的原理解釋與大量實(shí)用問題解決方案相結(jié)合，為當(dāng)前的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)提供實(shí)踐指導(dǎo)。主要內(nèi)容包括基本傳播輸線理論、串?dāng)_和非理想傳輸線、封裝、過(guò)孔、連接器、非理想電流回路、同步開關(guān)噪聲、數(shù)字時(shí)序分析、輻射、高速測(cè)量技術(shù)等。    本書適合作為高等院校電子工程相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生的參考書，也可供從事數(shù)字電路設(shè)計(jì)的技術(shù)人員參考。

作者簡(jiǎn)介

Stephen H. Hall　俄勒岡州波特蘭市Intel公司高級(jí)設(shè)計(jì)工程師。
    Garrett W. Hall  Intel公司硅片系統(tǒng)工程師。
    James A. McCall  Intel公司高級(jí)設(shè)計(jì)工程師。

書籍目錄

第1章 互連設(shè)計(jì)的重要性1.1 基礎(chǔ)1.2 過(guò)去和未來(lái)第2章 理想傳輸線基本原理2.1 PCB或MCM上的傳輸線結(jié)構(gòu)2.2 波的傳播2.3 傳輸線參數(shù)2.4 發(fā)送初始波和傳輸線反射2.5 補(bǔ)充示例第3章 串?dāng)_3.1 互感和互容3.2 電感矩陣和電容矩陣3.3 場(chǎng)仿真器3.4 串?dāng)_感應(yīng)噪聲3.5 用等效電路模型仿真串?dāng)_3.6 串?dāng)_感應(yīng)延遲時(shí)間和信號(hào)完整性變化3.7 串?dāng)_引起的阻抗變化3.8 奇、偶模傳輸線對(duì)的匹配3.9 串?dāng)_最小化設(shè)計(jì)3.10 補(bǔ)充示例第4章 非理想互連問題4.1 傳輸線損耗4.2 介電常數(shù)的變化4.3 走線彎曲4.4 符號(hào)間干擾4.5 90°轉(zhuǎn)角效應(yīng)4.6 拓?fù)湫?yīng)第5章 連接器、封裝和過(guò)孔5.1 過(guò)孔5.2 連接器5.3 芯片封裝第6章 非理想回路、同步開關(guān)噪聲和功率傳輸6.1 非理想電流回路6.2 本地功率傳輸網(wǎng)絡(luò)6.3 SSO/SSN第7章 緩沖器建模7.1 模型分類7.2 基本的CMOS輸出緩沖器7.3 在飽和區(qū)中工作的輸出緩沖器7.4 小結(jié)第8章 數(shù)字時(shí)序分析8.1 公用時(shí)鐘時(shí)序8.2 源同步時(shí)序8.3 其他總線信號(hào)傳輸技術(shù)第9章 設(shè)計(jì)方法學(xué)9.1 時(shí)序9.2 時(shí)序度量、信號(hào)質(zhì)量度量和測(cè)試負(fù)載9.3 設(shè)計(jì)優(yōu)化9.4 靈敏度分析9.5 設(shè)計(jì)指南9.6 參數(shù)提取9.7 在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)遵循的通用經(jīng)驗(yàn)方法第10章 輻射規(guī)范和系統(tǒng)噪聲最小化10.1 FCC輻射規(guī)范10.2 輻射的物理原理10.3 去耦與扼流10.4 補(bǔ)充的PCB設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、封裝須知與引腳布局10.5 機(jī)箱設(shè)計(jì)10.6 時(shí)鐘頻譜擴(kuò)展第11章 高速測(cè)量技術(shù)11.1 數(shù)字示波器11.2 時(shí)域反射計(jì)11.3 TDR的精度11.8 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀附錄A 阻抗公式的其他特性附錄B GTL電流模式分析附錄C 數(shù)字信號(hào)的頻域分量附錄D 有用的S參數(shù)變換附錄E 分貝的定義附錄F FCC輻射限制參考書目索引

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