高速數(shù)字設(shè)計

前言

　　2001年7月間，電子工業(yè)出版社的領(lǐng)導(dǎo)同志邀請各高校十幾位通信領(lǐng)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(xué)科的教學(xué)工作會很有好處。　　教材建設(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，意味著開設(shè)了一門好的課程，甚至可能預(yù)示著一個嶄新學(xué)科的誕生。20世紀(jì)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(xué)科、特別是對雷達技術(shù)的推動作用，就是一個很好的例子?！　∥覈I(lǐng)導(dǎo)部門對教材建設(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的領(lǐng)導(dǎo)下，匯集了高等院校幾百位富有教學(xué)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(xué)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(xué)工作發(fā)揮了極好的作用。近年來，隨著教學(xué)改革不斷深入和科學(xué)技術(shù)的飛速進步，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)這種情況，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?，電子工業(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(wù)骨干負責(zé)有關(guān)工作，收集了230余種通信教材和參考書的詳細資料，調(diào)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(nèi)容豐富，覆蓋了電路理論與應(yīng)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(xué)用書，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，以供教師用英語直接授課。希望這些教材的引進和出版對高校通信教學(xué)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(zé)、嚴(yán)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(shè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進步，對高校教學(xué)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(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)；引進的教材要適應(yīng)高校教學(xué)改革的需要，針對目前一些教材內(nèi)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(xué)科的參考書；要與國內(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?，預(yù)?！皣怆娮优c通信教材系列”項目取得成功，為我國電子與通信教學(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(nèi)容概要

　　信號完整性領(lǐng)域的一部經(jīng)典著作，英文版已經(jīng)重印了將近20次。全書結(jié)合了數(shù)字和模擬電路理論，對高速數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)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。其中不僅包括了關(guān)于高速數(shù)字設(shè)計中EMC方面的許多實用信息，而且包括了許多有價值的測試技術(shù)。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。《高速數(shù)字設(shè)計》通俗易懂，是高速數(shù)字設(shè)計人員必備的參考書，實用性很強，獨特地將理論與實踐方法相結(jié)合，適合從事模擬和數(shù)字電路設(shè)計的相關(guān)人員使用?！陡咚贁?shù)字設(shè)計》可以作為大專院校相關(guān)專業(yè)師生的教學(xué)參考，對于體系結(jié)構(gòu)設(shè)計人員、EMC專家、印刷電路板設(shè)計和布線專業(yè)人士也是一本極具價值的參考書。

作者簡介

　　Howard Johnson：1982年在美國萊斯大學(xué)獲得博士學(xué)位后專攻高速數(shù)字通信和數(shù)字信號處理系統(tǒng)的設(shè)計，在數(shù)字設(shè)計領(lǐng)域有著20多年的經(jīng)驗。一直從事數(shù)字電子設(shè)計和咨詢業(yè)務(wù)，服務(wù)于全球的數(shù)字工程師。他是IEEE 802.3z千兆位以太網(wǎng)和100BASE-T快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的首席技術(shù)編輯，定期出席為數(shù)字工程師舉辦的專題討論會，并在牛津大學(xué)授課?！　　　artin Graham：自1966年以來在美國加州大學(xué)伯克利分校任電子工程和計算機科學(xué)教授，講授電子系統(tǒng)的可靠性和可行性設(shè)計。

書籍目錄

第1章基礎(chǔ)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(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估算衰減時間的更好方法1.8.1測量一個響應(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2.1一種年代久遠的數(shù)字技術(shù)的發(fā)展歷史2.2功耗2.2.1靜態(tài)和動態(tài)功耗2.2.2驅(qū)動容性負載時的動態(tài)功耗2.2.3疊加偏置電流產(chǎn)生的動態(tài)功耗2.2.4輸入功耗2.2.5內(nèi)部功耗2.2.6驅(qū)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／dt2.3.2電流突變的影響dI／dt2.3.3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)（θjc和θcA）第3章測量技術(shù)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(jié)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(yīng)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(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?dāng)_3.9.1關(guān)掉原始信號3.9.2關(guān)掉串?dāng)_3.9.3產(chǎn)生人為的串?dāng)_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(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EMI4.1.3點對點布線中的串?dāng)_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(yīng)4.2.4鄰近效應(yīng)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5.1高速電流沿著電感最小路徑前進5.2完整地平面的串?dāng)_5.3開槽地平面的串?dāng)_5.4平行交叉地平面的串?dāng)_5.5指狀電源和地線的串?dāng)_5.6保護走線5.7近端和遠端串?dāng)_5.7.1感性耦合機制5.7.2容性耦合機制5.7.3互感和互容的混合耦合5.7.4近端串?dāng)_如何變成一個遠端問題5.7.5展示兩線之間串?dāng)_的特征5.7.6使用串聯(lián)端接減少串?dāng)_5.8印刷電路板如何疊層5.8.1電源和地的規(guī)劃5.8.2機框?qū)?.8.3選擇走線尺寸5.8.4布線密度和走線層數(shù)5.8.5經(jīng)典疊層5.8.6高速板的特別提示第6章 端接6.1 末端端接器6.2 源端端接器6.3 中間端接器6.4 末端端接器的交流偏置6.5 電阻的選擇6.6 端接器中的串?dāng)_第7章 通孔7.1 通孔的機械特性7.2 通孔的電容7.3 通孔的電感7.4 返回電流及其與通孔的關(guān)系第8章 電源系統(tǒng)8.1 提供穩(wěn)定的電壓參考8.2 分配統(tǒng)一的電壓8.3 一般情形的電源分配問題8.4 選擇旁路電容第9章 連接器9.1 互感——連接器如何引起串?dāng)_9.2 串聯(lián)電感——連接器怎樣產(chǎn)生電磁干擾9.3 寄生電容——用在多支路總線上的連接器9.4 連接器中耦合的測量9.5 連接器下地線的連續(xù)性9.6 采用外部連接解決EMI問題9.7 高速應(yīng)用的特殊連接器9.8 穿過連接器的差分信號9.9 連接器的電源管理特性第10章 扁平電纜 254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公式參考書目索引

編輯推薦

　　高速數(shù)字電路設(shè)計從入門到精通的最佳參考書之一，在信號完整性和EMC領(lǐng)域是公認的最有價值的教材之一。作者在書中側(cè)重于基礎(chǔ)理論，簡化了復(fù)雜的數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)，其分析過程詳細且通俗易懂，涵蓋了信號完整性中許多非常有價值的基本概念，討論了許多其他資料中較少涉及的測試方法，如電路走線的分布電感和電容，這是非常實用和有價值的。當(dāng)然，《高速數(shù)字設(shè)計》不可能面面俱到，然而書中向我們展示的分析問題和解決問題的方法卻對解決實際問題大有裨益。

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