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出版者:清华大学

作者:李刚

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2005-6

价格:28.0

装帧:平装

isbn号码:9787302106555

丛书系列:

图书标签:

• Protel DXP
• 电路设计
• EDA
• PCB设计
• 电子工程
• 教程
• 实战
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• PCB布局
• 设计规范

精密电子设计前沿：电路板实现与验证的深度解析 本书旨在为电子工程师、硬件设计师以及相关领域的专业技术人员提供一套全面、深入且极具实践指导意义的电路板设计与实现知识体系。它聚焦于现代电子系统开发流程中的关键环节——从概念设计到物理实现、再到最终验证和可靠性分析的全过程，强调理论与工程实践的紧密结合。 --- 第一部分：系统级设计与原理图捕获的精细化管理 本部分内容着重于奠定成功PCB设计的基础，强调在进入物理布局之前，必须完成的严谨的系统需求分析和高质量的原理图设计。 1. 现代电子系统架构的层次化理解 嵌入式系统与SoC/FPGA的集成策略： 探讨如何根据系统功能需求选择合适的主控芯片（如微控制器、DSP或可编程逻辑器件），以及不同功能模块间的接口协议选型（如PCIe、DDRx、高速串行总线）。 电源完整性（PI）的早期考量： 详细分析电源拓扑结构（LDO、DC-DC Buck/Boost/SEPIC）的选择标准，并介绍如何利用仿真工具初步评估开关电源的瞬态响应和纹波特性。 信号完整性（SI）的抽象建模： 介绍高速信号传输的基本物理原理，包括传输线理论、阻抗匹配、反射与串扰的定性分析，为后续的布局布线提供理论基础。 2. 高级原理图捕获技术与设计复用 模块化设计与层次化结构： 讲解如何利用层次化原理图有效地管理大型复杂设计，包括子系统的封装、复用和版本控制。 元件库的建立与管理规范： 深入讨论元器件符号、封装（Footprint）的创建标准，特别是对于BGA、QFN等复杂封装的引脚映射与设计规则检查（DRC）的预设。 设计规则的嵌入式约束： 强调在原理图阶段就应将初步的电气约束（如差分对的最小间距、特定网络的最大长度等）嵌入到网络属性中，为后续的PCB编辑器自动继承和应用做准备。 BOM（物料清单）的自动化生成与核对： 介绍如何确保BOM的准确性，包括替代料件的标记、生命周期管理以及与采购系统的集成流程。 --- 第二部分：物理实现与多层板的精密布局布线 本部分是本书的核心，全面覆盖了从PCB堆栈定义到高速信号的精确走线与优化工艺。 3. 叠层设计与材料科学的抉择 PCB叠层结构优化： 详细解析双面板、四层板、六层板及更复杂多层板的典型结构配置（信号层、内层电源/地平面、介质层）。重点分析介电常数（Dk）和损耗角正切（Df）对信号衰减的影响。 材料选择对性能的影响： 比较FR4、High-Tg FR4、聚四氟乙烯（PTFE）等不同基材的特性，并指导设计者根据工作频率和环境温度选择合适的层压板材料。 阻抗控制的设计流程： 提供精确计算特定层间距和线宽以实现50欧姆单端和100欧姆差分阻抗的工程方法，并讨论表面粗糙度对高频性能的影响。 4. 关键信号的布局与布线策略 高速差分对的严格管理： 深入讲解差分信号对的耦合、走线拓扑（蛇形线、星形、T型）的优劣，以及如何严格控制线对内的长度匹配、相位匹配和间距一致性。 电源与地平面分割的艺术： 探讨如何划分模拟地、数字地和开关电源地，使用去耦电容阵列（Decoupling Capacitor Array）优化电源噪声抑制，以及如何规划地平面（Ground Plane）以确保低阻抗返回路径。 时钟与敏感信号的隔离： 教授时钟线、参考信号线（Reference Signals）的布线原则，如何利用包地（Shielding）和最小化拐角（Mitered Corners）来降低辐射和耦合。 盲孔、埋孔与叠孔技术： 解析现代HDI（高密度互连）技术中不同类型过孔的特性、成本影响以及在高速设计中如何利用微盲孔进行信号层间的精确跳线。 --- 第三部分：信号完整性与电源完整性的工程验证 本部分侧重于如何利用仿真工具和实际测量技术，对设计的电气性能进行量化评估和优化。 5. 信号完整性（SI）的仿真与后仿真分析 TDR/TDT（时域反射/透射）分析： 讲解如何利用TDR/TDT原理检查PCB走线的特征阻抗一致性、连接器和过孔引入的反射系数。 串扰分析与容忍度计算： 介绍NEXT（近端串扰）和FEXT（远端串扰）的仿真建模，以及如何根据器件的接收灵敏度设定可接受的串扰阈值。 抖动（Jitter）与眼图（Eye Diagram）分析： 针对高速接口（如SerDes），详细说明时域和频域抖动模型的应用，以及如何解读眼图以判断信号的质量裕度。 通道建模（Channel Modeling）： 介绍如何使用IBIS-AMI或S-参数模型进行端到端（End-to-End）的系统级信号完整性仿真。 6. 电源完整性（PI）的深入测试与优化 PDN（电源分配网络）的阻抗建模： 讲解如何将去耦电容、平面电感和芯片封装的等效电感（ESL）组合起来，建立整个PDN的阻抗曲线。 瞬态电流负载的仿真： 模拟DDR内存或高速CPU在不同工作模式下瞬间拉取的电流变化，分析PDN在这些瞬态条件下的电压跌落（Voltage Droop）。 去耦电容选型与布局的频率敏感性： 提供一套系统化的方法，根据PDN所需的阻抗规格，精确计算并选择不同容值和封装的去耦电容，并确定它们在板上的最佳放置位置。 --- 第四部分：可制造性设计（DFM）与热管理集成 优秀的设计必须是可制造的、可靠的。本部分关注设计成果向制造环节的转化，并兼顾系统的长期工作稳定性。 7. 可制造性设计（DFM）与装配工艺考量 光绘文件（Gerber）的输出与审查： 详细介绍Gerber X2、ODB++等标准格式的生成流程，并强调层与层之间图形对齐的准确性。 钻孔（Drilling）与CNC铣削的限制： 讨论最小线宽、最小间距、最小钻孔直径（特别是阶梯钻孔和激光钻孔）与制造能力的匹配。 元件布局的装配限制： 考虑SMT贴片工艺对元件间距、元件边界与板边缘的距离要求，以及波峰焊或回流焊对元器件极性标记的要求。 阻焊（Solder Mask）与丝印（Silkscreen）的优化： 确保焊盘的清洁度和后续维修的便捷性。 8. 热管理与可靠性分析 热设计基础与传导/对流分析： 介绍热阻的概念，分析PCB板作为散热器（Heat Spreader）的作用，以及如何通过增加铜皮面积和导热过孔（Thermal Vias）来降低关键芯片的结温。 热过孔阵列的优化设计： 讲解如何布置热过孔阵列以最大化热量从顶层器件传递到底层散热层，同时注意避免影响高速信号的阻抗控制。 可靠性标准与测试准备： 概述IPC标准对PCB设计和制造质量的要求，以及设计输出的最终验证步骤，为后续的DVT（设计验证测试）做好准备。 --- 本书特色： 摒弃对单一软件界面的冗余介绍，而是聚焦于电子设计工程的核心原则和高级技巧。它将复杂的物理现象转化为可操作的设计约束，是追求高可靠性、高速度和高密度电子产品实现的必备参考手册。

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这本书简直是打开了新世界的大门，对于我这个电子工程专业的新手来说，简直是如获至宝。我记得我刚开始接触电路设计的时候，光是软件的各种菜单和功能就已经把我绕晕了，更别提那些复杂的元器件封装和PCB布局的规则了。这本书的讲解方式非常平易近人，它不是那种堆砌着专业术语的教科书，而是更像一位经验丰富的老工程师手把手地带着你操作。从最基础的原理图绘制，到复杂的层次化设计，再到最终的PCB输出，每一步都配有清晰的截图和详尽的步骤说明。特别是对于那些容易让人抓狂的DRC（设计规则检查）和LVS（版图与原理图对比），书里给出了非常实用的调试技巧，让我少走了很多弯路。读完这本书，我感觉自己不再是那个对着软件界面发呆的新人，而是真正掌握了一套专业的设计流程，对整个电子产品开发有了更宏观的认识。那种从“不会做”到“能做出像样的设计”的转变，带来的成就感是无可替代的。

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说实话，我最初买这本书是抱着试试看的心态，因为市面上关于EDA工具的书籍很多，但真正能深入浅出讲明白的却凤毛麟角。这本书的深度和广度都让我感到惊喜。它不仅仅停留在“如何操作软件”的层面，更重要的是它融入了大量的设计思想和工程实践经验。比如在高速信号处理和电源完整性方面的内容，讲解得尤为到位。作者似乎非常懂得设计中的“陷阱”在哪里，提前就给我们打好了预防针，告诉我哪些地方需要特别注意阻抗匹配，哪些层需要优先考虑地平面。这种前瞻性的指导，对于未来设计高密度、高性能的PCB至关重要的是。我以前总觉得那些复杂的电磁兼容性问题离我很远，但这本书让我意识到，这些“看不见”的问题，恰恰决定了一个产品能否稳定可靠地运行。阅读过程中，我经常需要对照着自己的项目去思考，书中的每一个案例都像是对现实世界中某个难点问题的精妙剖析。

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我是一名在职工程师，平时工作节奏很快，很难有大块的时间去系统学习新的工具版本。这本书的结构安排非常人性化，章节划分清晰，我可以根据自己当前遇到的具体问题，快速定位到相应的章节进行查阅和学习。它的实用性体现在每一个细节上，比如元件库的管理、BOM（物料清单）的自动生成与校对，这些看似琐碎的工作，在实际量产中却能节省大量时间和精力。作者在讲解这些流程时，没有采用那种教科书式的枯燥叙述，而是采用了更接近实际工作场景的描述方式，比如如何处理外协加工厂对Gerber文件的特殊要求，如何应对因PCB供应商工艺限制而产生的修改。这种“战场经验”的分享，比单纯的软件功能介绍要宝贵得多。它让我感觉这本书不只是一本工具书，更像是一位资深同事的“工作手册”，随时可以拿出来翻阅，解决燃眉之急。

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这本书的排版和图文质量达到了一个非常高的水准，这对于学习设计类软件的书籍来说至关重要。清晰的彩色截图配合精准的文字说明，极大地降低了阅读和理解的门槛。特别是涉及到三维布线和复杂的叠层设置时，如果图片不够清晰，读者很容易在复杂的视图中迷失方向。这本书在这方面做得非常出色，即便是初学者也能轻松跟上进度。更值得称赞的是，它对设计规范的引用非常严谨，而不是随意地给出一个“看起来可行”的方案。通过这本书的学习，我开始更加注重设计前期的规划，比如合理设置设计层数、选择合适的钻孔工艺等，这些决策对后期的成本控制和可制造性都有深远影响。它教会了我，好的电路设计，不仅仅是功能实现，更是一种对成本、效率和可靠性的全面平衡艺术。

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与其他同类书籍相比，这本书在“高级功能”的讲解上显得尤为成熟和自信。很多教程往往在基础操作完成后就戛然而止，留下读者在面对实际项目中的复杂挑战时束手无策。然而，这本书非常深入地探讨了诸如差分信号的绕线规则、电源分割的优化技巧，以及如何利用强大的仿真模块进行初步验证。作者对于这些“进阶”主题的处理，展现了扎实的理论功底和丰富的实战经验。它不只是告诉我们“在哪里点击”按钮，更重要的是阐述了“为什么”要这样做，背后的物理原理是什么。这种深入浅出的讲解，成功地将操作技能提升到了设计智慧的层面。读完这本书，我感觉自己的设计思维被彻底激活了，不再满足于仅仅让电路跑起来，而是开始追求卓越的性能和极致的稳定性。这对于任何想在硬件设计领域有所建树的人来说，都是一份不可多得的财富。

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