高速數(shù)字設計

前言

　　2001年7月問，電子工業(yè)出版社的領導同志邀請各高校十幾位通信領域方面的老師，商量引進國外教材問題。與會同志對出版社提出的計劃十分贊同，大家認為，這對我國通信事業(yè)、特別是對高等院校通信學科的教學工作會很有好處?！　〗滩慕ㄔO是高校教學建設的主要內容之一。編寫、出版一本好的教材，意味著開設了一門好的課程，甚至可能預示著一個嶄新學科的誕生。20世紀40年代MIT林肯實驗室出版的一套28本雷達叢書，對近代電子學科、特別是對雷達技術的推動作用，就是一個很好的例子?！　∥覈I導部門對教材建設一直非常重視。20世紀80年代，在原教委教材編審委員會的領導下，匯集了高等院校幾百位富有教學經(jīng)驗的專家，編寫、出版了一大批教材；很多院校還根據(jù)學校的特點和需要，陸續(xù)編寫了大量的講義和參考書。這些教材對高校的教學工作發(fā)揮了極好的作用。近年來，隨著教學改革不斷深入和科學技術的飛速進步，有的教材內容已比較陳舊、落后，難以適應教學的要求，特別是在電子學和通信技術發(fā)展神速、可以講是日新月異的今天，如何適應這種隋況，更是一個必須認真考慮的問題。解決這個問題，除了依靠高校的老師和專家撰寫新的符合要求的教科書外，引進和出版一些國外優(yōu)秀電子與通信教材，尤其是有選擇地引進一批英文原版教材，是會有好處的?！　∫荒甓鄟恚娮庸I(yè)出版社為此做了很多工作。他們成立了一個“國外電子與通信教材系列”項目組，選派了富有經(jīng)驗的業(yè)務骨干負責有關工作，收集了230余種通信教材和參考書的詳細資料，調來了100余種原版教材樣書，依靠由20余位專家組成的出版委員會，從中精選了40多種，內容豐富，覆蓋了電路理論與應用、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、微電子、通信系統(tǒng)、電磁場與微波等方面，既可作為通信專業(yè)本科生和研究生的教學用書，也可作為有關專業(yè)人員的參考材料。此外，這批教材，有的翻譯為中文，還有部分教材直接影印出版，以供教師用英語直接授課。希望這些教材的引進和出版對高校通信教學和教材改革能起一定作用?！　≡谶@里，我還要感謝參加工作的各位教授、專家、老師與參加翻譯、編輯和出版的同志們。各位專家認真負責、嚴謹細致、不辭辛勞、不怕瑣碎和精益求精的態(tài)度，充分體現(xiàn)了中國教育工作者和出版工作者的良好美德?！　‰S著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展和科學技術的不斷進步，對高校教學工作會不斷提出新的要求和希望。我想，無論如何，要做好引進國外教材的工作，一定要聯(lián)系我國的實際。教材和學術專著不同，既要注意科學性、學術性，也要重視可讀性，要深入淺出，便于讀者自學；引進的教材要適應高校教學改革的需要，針對目前一些教材內容較為陳舊的問題，有目的地引進一些先進的和正在發(fā)展中的交叉學科的參考書；要與國內出版的教材相配套，安排好出版英文原版教材和翻譯教材的比例。我們努力使這套教材能盡量滿足上述要求，希望它們能放在學生們的課桌上，發(fā)揮一定的作用。　　最后，預祝“國外電子與通信教材系列，項目取得成功，為我國電子與通信教學和通信產業(yè)的發(fā)展培土施肥。也懇切希望讀者能對這些書籍的不足之處、特別是翻譯中存在的問題，提出意見和建議，以便再版時更正。

內容概要

　　 本書是信號完整性領域的一部經(jīng)典著作。全書結合了數(shù)字和模擬電路理論，對高速數(shù)字電路系統(tǒng)設計中的信號完整性和EMC方面的問題進行了深入淺出的討論和研究，其中不僅包括關于高速數(shù)字設計中EMC方面的許多實用信息，還包括許多有價值的測試技術。另外，書中詳細討論了涉及信號完整性方面的傳輸線、時鐘偏移和抖動、端接、過孔等問題，具有極高的實踐指導意義。本書通俗易懂，理論與實踐方法結合緊密，是高速數(shù)字設計人員必備參考書。

作者簡介

　　Howard Johnson，1982年在美國萊斯大學獲得博士學位后專攻高遣數(shù)字通信和數(shù)字信號處理系統(tǒng)的設計，在數(shù)字設計領域有近30年的經(jīng)驗。一直從事數(shù)字電子設計和咨詢業(yè)務，服務于全球的數(shù)字工程師，并在英國牛津大學授課。

書籍目錄

為便于閱讀，給出中文目錄第1章 基礎知識 　1.1 頻率與時間 　1.2 時間與距離 　1.3 集總與分布系統(tǒng) 　1.4 關于3 dB和RMS頻率的解釋 　1.5 4種類型的電抗 　1.6 普通電容 　1.7 普通電感 　1.8 估算衰減時間的更好方法 　　1.8.1 測量一個響應曲線下的總面積 　　1.8.2 應用到圖1.15中 　1.9 互容 　　1.9.1 互容與串擾的關系 　　1.9.2 端接電阻之間的互容 　1.10 互感 23 　　1.10.1 互感與串擾的關系 　　1.10.2 磁耦合環(huán)路的反向 　　1.10.3 容性耦合與感性耦合的比率 第2章 邏輯門電路的高速特性 　2.1 一種年代久遠的數(shù)字技術的發(fā)展歷史　2.2 功率 　　2.2.1 靜態(tài)和動態(tài)功耗 　　2.2.2 驅動容性負載時的動態(tài)功耗 　　2.2.3 疊加偏置電流產生的動態(tài)功耗 　　2.2.4 輸入功率 　　2.2.5 內部功耗 　　2.2.6 驅動電路功耗 　　2.2.7 輸出功耗 　2.3 速度 　　2.3.1 電壓突變的影響，dV/dt 　　2.3.2 電流突變的影響，dI/dt 　　2.3.3 電壓容限 　2.4 封裝 　　2.4.1 引腳電感 　　2.4.2 引腳電容 　　2.4.3 熱傳導（QJC和QCA） 第3章 測量技術 　3.1 示波器探頭的上升時間和帶寬 　3.2 探頭接地環(huán)路的自感 　　3.2.1 計算接地環(huán)路電感 　　3.2.2 算出10%~90%上升時間 　　3.2.3 估算電路的Q值 　　3.2.4 結果的重要性 　3.3 探頭接地環(huán)路檢測到的假信號 　　3.3.1 環(huán)路A的變化電流 　　3.3.2 環(huán)路A和環(huán)路B的互感 　　3.3.3 應用互感的定義 　　3.3.4 磁場檢測器 　3.4 探頭是如何加重電路負載的 　3.5 特殊的探頭構造 　　3.5.1 自制的21:1探頭 　　3.5.2 低電感接地環(huán)路的夾具 　　3.5.3 嵌入式探測夾具 　3.6 避免檢測到來自探頭外殼電流的信號 　3.7 觀測一個串行數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 　3.8 降低系統(tǒng)時鐘 　3.9 觀測串擾 　　3.9.1 關掉原始信號 　　3.9.2 關掉串擾 　　3.9.3 產生人為的串擾 　3.10 測量工作容限 　　3.10.1 附加噪聲 　　3.10.2 寬總線的時序調整 　　3.10.3 電源 　　3.10.4 溫度 　　3.10.5 數(shù)據(jù)吞吐量 　3.11 觀察亞穩(wěn)態(tài) 　　3.11.1 測量亞穩(wěn)態(tài) 　　3.11.2 理解亞穩(wěn)態(tài)的特性 　　3.11.3 長判決時間的證據(jù) 　　3.11.4 亞穩(wěn)態(tài)問題的解決方法 第4章 傳輸線 　4.1 普通點對點布線的缺點 　　4.1.1 點對點布線的信號畸變 　　4.1.2 點對點布線的EMI 　　4.1.3 點對點布線中的串擾 　4.2 無限均勻傳輸線 　　4.2.1 理想的無畸變、無損耗傳輸線 　　4.2.2 有損耗的傳輸線 　　4.2.3 趨膚效應 　　4.2.4 鄰近效應 　　4.2.5 介電損耗 　4.3 源端及負載阻抗的影響 　　4.3.1 傳輸線上的反射 　　4.3.2 末端端接 　　4.3.3 源端端接 　　4.3.4 短線 　　4.3.5 不良端接傳輸線的建立時間 　4.4 傳輸線的特殊實例 　　4.4.1 未端接線路 　　4.4.2 連接在線路中間的容性負載 　　4.4.3 等間隔的容性負載 　　4.4.4 直角彎曲 　　4.4.5 延遲線 　4.5 線路阻抗和傳播延遲 　　4.5.1 傳輸線參數(shù)的控制 　　4.5.2 同軸電纜的計算公式 　　4.5.3 雙絞線的計算公式 　　4.5.4 微帶線的簡單公式集 　　4.5.5 帶狀線的簡單公式集 第5章 地平面和疊層 第6章 端接 第7章 通孔 第8章 電源系統(tǒng) 第9章 連接器 第10章 扁平電纜第11章 時鐘分配 第12章 時鐘振蕩器 附錄A 記憶要點 附錄B 計算上升時間 附錄C MathCad公式 參考書目

章節(jié)摘錄

　　Three primary limitations of oscilloscope systems are inadequate sensitivity, insufficientrange of input voltage, and limited bandwidth.　　For all but the most sensitive digital work, we are well above the minimum sensi-tivity level of any reasonable oscilloscope. On the high side, digital signals being lessthan 5 V,I we are well within the maximum voltage range of most oscilloscope inputs.The most serious remaining limitation is bandwidth.　　Your oscilloscope vertical amplifier undoubtedly has a bandwidth rating, as doesyour oscilloscope probe. What do these numbers mean？ Few engineers would try using a100-MHz scope on 200-MHz digital signals, but how about using it on 99-MHz signals？What precisely does bandwidth mean, and how does it affect digital signals？　　Figure 3.1 gives us a clue. The two traces in Figure 3.1 depict precisely the samesignal viewed with two probes having widely different bandwidths. The top trace risesquickly, while the bottom trace rises much more slowly. The top trace was recorded witha very fast rise-time probe, and the other with a probe having a limited bandwidth of 6-MHz. The 6-MHz probe, originally manufactured as a noise-filtering, very-high-imped-ance input probe, exaggerates the differences you will see among practical digital probes.The lower bandwidth probe slurs out and slows down both rising and falling edges ofdigital signals. In signal processing terminology, the lower bandwidth probe filters outhigh-frequency components of the signal under test.

編輯推薦

　　《高速數(shù)字設計（英文版）》特點：　　涵蓋高速數(shù)字設備（20 MHz到20 GHz及更高）中發(fā)生的信號反射、串擾和噪聲問題。　　包括了經(jīng)驗豐富的設計人員面對一個新系統(tǒng)時應該提出的一系列問題。　　提供了關于電感、電容、電阻、上升時間和Q值的計算公式，很有價值。　　解釋了如何在信號串擾、機械裝配公差和走線密度之間進行折中?！　〗榻B了在印制電路板走線時確定層數(shù)的方法。

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