电气测量线路屏蔽保护的基本理论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国计量出版社

作者:刘令湘

出品人:

页数:164 页

译者:

出版时间:2002年01月

价格:15.0

装帧:平装

isbn号码:9787502615697

丛书系列:

图书标签:

• 电气测量
• 线路保护
• 屏蔽技术
• 电力系统
• 电磁兼容
• 测量误差
• 接地技术
• 抗干扰
• 信号处理
• 高精度测量

好的，这是一本关于现代通信系统中的信号完整性设计与优化的图书简介，旨在深入探讨高速电路设计中至关重要的信号完整性问题，并提供实用的解决方案。 --- 现代通信系统中的信号完整性设计与优化 内容概述 本书系统性地阐述了在高速数字和射频通信系统中，信号完整性（Signal Integrity, SI）面临的挑战、理论基础以及先进的设计与仿真方法。随着通信速率的不断攀升，从千兆比特到太比特级别，传统电路设计范式已无法满足系统可靠运行的要求。本书将重点聚焦于物理层设计，深入剖析了信号在传输线、连接器和封装结构中发生的各种失真现象，并提供了全面的缓解和优化策略。 全书结构严谨，理论与实践并重，旨在为电子工程师、系统架构师以及研究人员提供一本权威的参考手册，帮助他们构建出具有卓越性能和稳定性的现代通信设备。 第一部分：信号完整性基础理论 本部分奠定了理解信号完整性问题的理论基石。 第一章：高速数字信号的特性与挑战 本章首先回顾了数字信号在时域和频域上的特性，重点分析了上升沿、下降沿时间与系统带宽的关系。探讨了信号上升沿时间如何定义系统的“快速性”，以及带宽限制如何导致信号失真。引入了眼图（Eye Diagram）分析作为衡量信号质量的核心工具，并详细解释了抖动（Jitter）、裕量（Margin）和噪声容限等关键概念。针对通信速率的提高，讨论了串扰（Crosstalk）和反射（Reflection）如何从次要问题演变为系统性能的决定性因素。 第二章：传输线理论的深化应用 本章回归传输线理论，但着眼于高频下的复杂效应。详细介绍了均匀传输线（如微带线、带状线）的阻抗匹配原理，并深入分析了PCB走线中的集肤效应（Skin Effect）和介质损耗（Dielectric Loss），这些损耗在高频下对信号衰减的影响尤为显著。讨论了非理想导体和非理想介质对信号上升沿的展宽效应。此外，本章还引入了色散（Dispersion）的概念，解释了不同频率分量传播速度差异导致的波形展宽现象，这是超高速互连设计中的一个核心挑战。 第三章：时域与频域的互作用分析 本章强调了时域行为与频域特性之间的内在联系。通过傅里叶变换理论，将时域的信号失真转化为频域的幅度响应和相位响应的偏差。重点介绍了S参数（Scattering Parameters）作为描述多端口网络高频特性的关键工具，并讲解了如何从S参数中提取出插入损耗（Insertion Loss）和回波损耗（Return Loss）。本章还涵盖了去嵌入（De-embedding）和嵌入（Embedding）技术，用于隔离特定结构（如过孔、连接器）对信号传输的影响。 第二部分：串扰与噪声抑制技术 信号完整性的主要威胁之一是信号之间的相互干扰。本部分专注于串扰的建模、分析与主动抑制。 第四章：串扰的机理与建模 本章详细阐述了串扰产生的物理机制，区分了近端串扰（NEXT）和远端串扰（FEXT）。建立了耦合系数模型，分析了耦合强度与走线间距、介质常数和信号频率之间的关系。特别关注了并行走线长度对串扰累积效应的影响。引入了“3W”规则的局限性，并提出了在更严格的约束下，基于电磁场求解的精确串扰分析方法。 第五章：串扰的缓解与隔离设计 提供了针对串扰的多种PCB设计实践。讨论了增加走线间距、使用接地参考平面（Ground Reference Plane）的连续性和完整性对抑制串扰的关键作用。深入分析了层叠结构设计中，如何通过优化信号层与最近的参考平面之间的距离来控制耦合。对于密集布线的区域，本章提出了交错走线（Staggering）策略和保护地线（Guard Traces）的使用指南，并量化了这些措施对NEXT和FEXT的抑制效果。 第六章：电源完整性（PI）与地弹（Ground Bounce） 虽然本书主攻信号完整性，但电源完整性是其不可分割的组成部分。本章将电源噪声视为信号失真的主要“源头”之一。讲解了电源分配网络（PDN）的阻抗特性，并强调了在信号上升沿时间内，PDN的低阻抗要求。详细分析了瞬态电流需求导致的地面弹（Ground Bounce）现象，以及如何通过合理的去耦电容选型、放置和布局来有效降低电源噪声峰值。 第三部分：高速互连与封装效应 随着系统集成度的提高，连接器、过孔和封装寄生参数对信号传输的影响日益显著，需要进行精确的建模和补偿。 第七章：过孔（Via）与封装的寄生效应 本章聚焦于PCB堆栈中不可避免的结构：过孔。分析了过孔的电感和电容特性，以及它们在高频下引起的反射和阻抗不连续性。深入讨论了“过孔效应”（Via Effect）在信号上升沿的体现，特别是当过孔的有效长度接近信号上升沿时间的四分之一波长时所产生的显著失真。提供了过孔去叠（De-stacking）和过孔屏蔽（Stitching Vias）等技术以最小化其负面影响。 第八章：连接器与芯片封装的建模 本章扩展到系统级互连，探讨了连接器（如背板连接器、高速I/O接口）和芯片封装（如BGA、FCBGA）对信号路径的影响。介绍了如何从供应商提供的模型（如Touchstone文件）中提取电气参数，并将这些参数集成到整体SI仿真流程中。讨论了封装引脚的串扰和电感对芯片输入端的信号质量的影响。 第九章：均衡技术（Equalization）的应用 当被动设计手段不足以克服严重损耗和串扰时，主动均衡技术成为必需。本章详细介绍了串联均衡器（CTLE, DFE）和并联均衡器（Tx De-emphasis, Pre-emphasis）的原理和应用场景。重点分析了如何利用前馈（Feed-forward）和反馈（Feedback）均衡技术，在接收端恢复因损耗而严重压缩的眼图，实现远距离、高码率的可靠传输。 第四部分：仿真、测量与验证方法 本书最后一部分着眼于如何通过仿真预测和实际测量来验证设计质量。 第十章：电磁场仿真与系统级建模 本章介绍了先进的SI仿真工具链。涵盖了从全波三维电磁场求解器（3D EM Solver）用于精确建模关键结构（如复杂过孔、交叠区域），到系统级电路级仿真（Circuit Simulation）的完整流程。强调了建立精确的频域模型（S参数）并将其转换为时域分析的必要性。讨论了蒙特卡洛分析（Monte Carlo Analysis）在评估批量生产中参数变化对系统裕量的影响。 第十一章：信号测量与故障诊断 本章侧重于实际的物理测量技术。详细介绍了示波器、TDR/TDT（时域反射/透射）测试仪在SI验证中的应用。讲解了如何正确设置探头、校准仪器，并从实际测量的眼图中提取抖动、噪声和上升时间等关键指标。提供了系统级故障诊断的实用流程，如如何通过分析TDR波形定位阻抗不连续点的位置和幅度。 第十二章：高可靠性系统设计准则 综合前述内容，本章总结了一套适用于5G/6G、万兆以太网、PCIe等现代通信标准的设计准则。这些准则不仅涉及阻抗匹配和串扰控制，还涵盖了布局、布线规则、电源去耦网格的优化，以及在多通道系统中进行时序（Timing）和相位同步（Phase Alignment）的工程实践。旨在指导工程师将理论知识转化为可量产的高性能产品。 --- 目标读者： 高速数字电路设计工程师、PCB布局工程师、射频电路设计师、嵌入式系统架构师、通信工程专业的学生及研究人员。 本书特色： 本书不仅提供了详尽的理论推导，更着重于在实际多层板堆叠和复杂封装环境下的应用指导，是实现信号完整性从“可用”到“卓越”的关键技术指南。

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这本书的价值，远超出了其作为一本技术手册的范畴，它更像是一部关于严谨科学思维的教材。我注意到，作者在论述每一种保护或屏蔽技术时，都会伴随着对其局限性和适用场景的坦诚讨论，从不夸大其效能。这种实事求是的态度，对于培养年轻一代科研人员的科学精神至关重要。例如，关于信号隔离的讨论，它没有陷入某种技术的狂热追捧，而是客观地比较了不同隔离技术在成本、带宽、瞬态响应等多个维度上的权衡取舍。这种多角度、平衡的评估体系，教会读者在工程实践中，必须在理论的完美性与现实的约束之间找到最佳的动态平衡点。阅读完毕后，我感觉到自己对“测量”二字的理解，从单纯的“获取数据”提升到了“确保数据质量和系统可靠性”的更高层次。

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这本书的装帧设计和印刷质量着实令人眼前一亮，那种沉甸甸的质感，配合上封面那略带复古工业风的图文排版，就让人觉得这不是一本普通的教科书，而是一件值得收藏的工具书。我尤其喜欢它在细节处理上的用心，比如内页的纸张选择，既保证了阅读的舒适度，又似乎能抵抗岁月的侵蚀。在内容编排上，虽然我对这方面知识并非科班出身，但从目录的清晰脉络来看，作者显然花了不少心思去构建一个逻辑严谨的知识体系，从最基础的概念阐述到复杂的应用案例，层层递进，让人对整个领域的认知有一个扎实的建立过程。拿到书的那一刻，我仿佛已经能预感到，在接下来的研读过程中，会有一种系统性梳理和深入探索的满足感。它散发出的那种专业而严谨的气息，让我对后续的学习充满了期待，尤其是那些关于新一代测量技术的探讨，很想看看作者是如何将其与传统理论进行巧妙融合的。

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作为一名长期在现场摸爬滚打的工程师，我对那些空泛的理论陈述总是抱持着十二分的警惕，很多教材往往在概念堆砌上做得很好，却在实际操作的“痛点”上语焉不详。然而，这本书给我的第一印象却是异常“落地”。我快速翻阅了其中关于抗干扰设计的那几个章节，发现作者似乎非常了解实际工程中信号完整性面临的真实挑战——不是理想环境下的仿真模型，而是充满了电磁噪声和地线耦合的复杂工况。书中对不同屏蔽材料的特性分析，以及在极端温度、高湿环境下，如何保持测量的准确性和可靠性的论述，都显得非常精辟且具有实操指导意义。这绝不是那种“纸上谈兵”的著作，它更像是一本由资深专家手把手传授经验的秘籍，每一个公式推导的背后，似乎都能看到无数次失败和优化的影子，读起来让人感到踏实和信服。

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当我尝试将书中的某些理论框架应用于我正在进行的一个老旧工业控制系统的升级项目时，我发现这本书提供了一个全新的审视问题的视角。以往我总是依赖经验来处理测量回路中的干扰问题，这次阅读让我意识到，很多看似随机的噪声波动，其实都有其深刻的、可预测的物理成因。书中关于耦合效应和共模抑制比（CMRR）的深入分析，让我能够从源头上——也就是在电路布局和布线设计阶段——就规避了许多后期难以解决的难题。它不仅仅是告诉我们“应该怎么做”，更重要的是解释了“为什么必须这样做”。这种对根本原理的深挖，极大地提高了我在面对不确定性问题时的解决效率和信心，让我不再满足于简单的“打补丁式”修复，而是追求系统性的优化。

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这本书的行文风格颇具学术深度，但又保持了一种令人惊讶的清晰度，这在专业技术书籍中是相当难得的平衡。我特别欣赏作者在引入新概念时所采用的类比和历史回顾，这使得那些原本枯燥的物理原理不再高不可攀，而是有了鲜活的背景和演变过程。例如，它对早期电磁兼容性标准的演变梳理，就不仅仅是罗列标准号，而是深入挖掘了驱动这些标准诞生的具体技术瓶颈和社会需求。对于初学者而言，这种循序渐进的引导无疑是巨大的福音，它不会让你在第一页就被复杂的数学符号击退；而对于资深研究者来说，那些对前沿理论的批判性思考和未来发展趋势的预判，又提供了可以深入挖掘的智力火花。整体感觉，作者的知识储备深厚，但表达方式却极为克制和精准，真正做到了“大道至简”。

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