高速數(shù)字設(shè)計(jì)

前言

　　2001年7月問(wèn)，電子工業(yè)出版社的領(lǐng)導(dǎo)同志邀請(qǐng)各高校十幾位通信領(lǐng)域方面的老師，商量引進(jìn)國(guó)外教材問(wèn)題。與會(huì)同志對(duì)出版社提出的計(jì)劃十分贊同，大家認(rèn)為，這對(duì)我國(guó)通信事業(yè)、特別是對(duì)高等院校通信學(xué)科的教學(xué)工作會(huì)很有好處?！　〗滩慕ㄔO(shè)是高校教學(xué)建設(shè)的主要內(nèi)容之一。編寫、出版一本好的教材，意味著開(kāi)設(shè)了一門好的課程，甚至可能預(yù)示著一個(gè)嶄新學(xué)科的誕生。20世紀(jì)40年代MIT林肯實(shí)驗(yàn)室出版的一套28本雷達(dá)叢書(shū)，對(duì)近代電子學(xué)科、特別是對(duì)雷達(dá)技術(shù)的推動(dòng)作用，就是一個(gè)很好的例子。　　我國(guó)領(lǐng)導(dǎo)部門對(duì)教材建設(shè)一直非常重視。20世紀(jì)80年代，在原教委教材編審委員會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)下，匯集了高等院校幾百位富有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的專家，編寫、出版了一大批教材；很多院校還根據(jù)學(xué)校的特點(diǎn)和需要，陸續(xù)編寫了大量的講義和參考書(shū)。這些教材對(duì)高校的教學(xué)工作發(fā)揮了極好的作用。近年來(lái)，隨著教學(xué)改革不斷深入和科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，有的教材內(nèi)容已比較陳舊、落后，難以適應(yīng)教學(xué)的要求，特別是在電子學(xué)和通信技術(shù)發(fā)展神速、可以講是日新月異的今天，如何適應(yīng)這種隋況，更是一個(gè)必須認(rèn)真考慮的問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)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(shū)外，引進(jìn)和出版一些國(guó)外優(yōu)秀電子與通信教材，尤其是有選擇地引進(jìn)一批英文原版教材，是會(huì)有好處的?！　∫荒甓鄟?lái)，電子工業(yè)出版社為此做了很多工作。他們成立了一個(gè)“國(guó)外電子與通信教材系列”項(xiàng)目組，選派了富有經(jīng)驗(yàn)的業(yè)務(wù)骨干負(fù)責(zé)有關(guān)工作，收集了230余種通信教材和參考書(shū)的詳細(xì)資料，調(diào)來(lái)了100余種原版教材樣書(shū)，依靠由20余位專家組成的出版委員會(huì)，從中精選了40多種，內(nèi)容豐富，覆蓋了電路理論與應(yīng)用、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、微電子、通信系統(tǒng)、電磁場(chǎng)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(xué)用書(shū)，也可作為有關(guān)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(yǔ)直接授課。希望這些教材的引進(jìn)和出版對(duì)高校通信教學(xué)和教材改革能起一定作用。　　在這里，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(rèn)真負(fù)責(zé)、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)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(guó)教育工作者和出版工作者的良好美德?！　‰S著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)高校教學(xué)工作會(huì)不斷提出新的要求和希望。我想，無(wú)論如何，要做好引進(jìn)國(guó)外教材的工作，一定要聯(lián)系我國(guó)的實(shí)際。教材和學(xué)術(shù)專著不同，既要注意科學(xué)性、學(xué)術(shù)性，也要重視可讀性，要深入淺出，便于讀者自學(xué)；引進(jìn)的教材要適應(yīng)高校教學(xué)改革的需要，針對(duì)目前一些教材內(nèi)容較為陳舊的問(wèn)題，有目的地引進(jìn)一些先進(jìn)的和正在發(fā)展中的交叉學(xué)科的參考書(shū)；要與國(guó)內(nèi)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(xué)生們的課桌上，發(fā)揮一定的作用?！　∽詈螅A(yù)?！皣?guó)外電子與通信教材系列，項(xiàng)目取得成功，為我國(guó)電子與通信教學(xué)和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展培土施肥。也懇切希望讀者能對(duì)這些書(shū)籍的不足之處、特別是翻譯中存在的問(wèn)題，提出意見(jiàn)和建議，以便再版時(shí)更正。

內(nèi)容概要

　　 本書(shū)是信號(hào)完整性領(lǐng)域的一部經(jīng)典著作。全書(shū)結(jié)合了數(shù)字和模擬電路理論，對(duì)高速數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的信號(hào)完整性和EMC方面的問(wèn)題進(jìn)行了深入淺出的討論和研究，其中不僅包括關(guān)于高速數(shù)字設(shè)計(jì)中EMC方面的許多實(shí)用信息，還包括許多有價(jià)值的測(cè)試技術(shù)。另外，書(shū)中詳細(xì)討論了涉及信號(hào)完整性方面的傳輸線、時(shí)鐘偏移和抖動(dòng)、端接、過(guò)孔等問(wèn)題，具有極高的實(shí)踐指導(dǎo)意義。本書(shū)通俗易懂，理論與實(shí)踐方法結(jié)合緊密，是高速數(shù)字設(shè)計(jì)人員必備參考書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

　　Howard Johnson，1982年在美國(guó)萊斯大學(xué)獲得博士學(xué)位后專攻高遣數(shù)字通信和數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在數(shù)字設(shè)計(jì)領(lǐng)域有近30年的經(jīng)驗(yàn)。一直從事數(shù)字電子設(shè)計(jì)和咨詢業(yè)務(wù)，服務(wù)于全球的數(shù)字工程師，并在英國(guó)牛津大學(xué)授課。

書(shū)籍目錄

為便于閱讀，給出中文目錄第1章 基礎(chǔ)知識(shí) 　1.1 頻率與時(shí)間 　1.2 時(shí)間與距離 　1.3 集總與分布系統(tǒng) 　1.4 關(guān)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(shí)間的更好方法 　　1.8.1 測(cè)量一個(gè)響應(yīng)曲線下的總面積 　　1.8.2 應(yīng)用到圖1.15中 　1.9 互容 　　1.9.1 互容與串?dāng)_的關(guān)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?dāng)_的關(guān)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(yuǎn)的數(shù)字技術(shù)的發(fā)展歷史　2.2 功率 　　2.2.1 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)功耗 　　2.2.2 驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)功耗 　　2.2.3 疊加偏置電流產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)功耗 　　2.2.4 輸入功率 　　2.2.5 內(nèi)部功耗 　　2.2.6 驅(qū)動(dòng)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(dǎo)（QJC和QCA） 第3章 測(cè)量技術(shù) 　3.1 示波器探頭的上升時(shí)間和帶寬 　3.2 探頭接地環(huán)路的自感 　　3.2.1 計(jì)算接地環(huán)路電感 　　3.2.2 算出10%~90%上升時(shí)間 　　3.2.3 估算電路的Q值 　　3.2.4 結(jié)果的重要性 　3.3 探頭接地環(huán)路檢測(cè)到的假信號(hào) 　　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(yīng)用互感的定義 　　3.3.4 磁場(chǎng)檢測(cè)器 　3.4 探頭是如何加重電路負(fù)載的 　3.5 特殊的探頭構(gòu)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(cè)夾具 　3.6 避免檢測(cè)到來(lái)自探頭外殼電流的信號(hào) 　3.7 觀測(cè)一個(gè)串行數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 　3.8 降低系統(tǒng)時(shí)鐘 　3.9 觀測(cè)串?dāng)_ 　　3.9.1 關(guān)掉原始信號(hào) 　　3.9.2 關(guān)掉串?dāng)_ 　　3.9.3 產(chǎn)生人為的串?dāng)_ 　3.10 測(cè)量工作容限 　　3.10.1 附加噪聲 　　3.10.2 寬總線的時(shí)序調(diào)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(cè)量亞穩(wěn)態(tài) 　　3.11.2 理解亞穩(wěn)態(tài)的特性 　　3.11.3 長(zhǎng)判決時(shí)間的證據(jù) 　　3.11.4 亞穩(wěn)態(tài)問(wèn)題的解決方法 第4章 傳輸線 　4.1 普通點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線的缺點(diǎn) 　　4.1.1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線的信號(hào)畸變 　　4.1.2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線的EMI 　　4.1.3 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線中的串?dāng)_ 　4.2 無(wú)限均勻傳輸線 　　4.2.1 理想的無(wú)畸變、無(wú)損耗傳輸線 　　4.2.2 有損耗的傳輸線 　　4.2.3 趨膚效應(yīng) 　　4.2.4 鄰近效應(yīng) 　　4.2.5 介電損耗 　4.3 源端及負(fù)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(shí)間 　4.4 傳輸線的特殊實(shí)例 　　4.4.1 未端接線路 　　4.4.2 連接在線路中間的容性負(fù)載 　　4.4.3 等間隔的容性負(fù)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(jì)算公式 　　4.5.3 雙絞線的計(jì)算公式 　　4.5.4 微帶線的簡(jiǎn)單公式集 　　4.5.5 帶狀線的簡(jiǎn)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(shí)鐘分配 第12章 時(shí)鐘振蕩器 附錄A 記憶要點(diǎn) 附錄B 計(jì)算上升時(shí)間 附錄C MathCad公式 參考書(shū)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(shè)計(jì)（英文版）》特點(diǎn)：　　涵蓋高速數(shù)字設(shè)備（20 MHz到20 GHz及更高）中發(fā)生的信號(hào)反射、串?dāng)_和噪聲問(wèn)題?！　“私?jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員面對(duì)一個(gè)新系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該提出的一系列問(wèn)題?！　√峁┝岁P(guān)于電感、電容、電阻、上升時(shí)間和Q值的計(jì)算公式，很有價(jià)值?！　〗忉屃巳绾卧谛盘?hào)串?dāng)_、機(jī)械裝配公差和走線密度之間進(jìn)行折中。　　介紹了在印制電路板走線時(shí)確定層數(shù)的方法。

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