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出版者:高等教育

作者:胡翔骏

出品人:

页数:571

译者:

出版时间:2007-1

价格:54.50元

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isbn号码:9787040202229

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电子设计中的信号完整性与电源完整性：深入解析与实践指南 本书面向电子工程师、硬件设计师、系统架构师以及对高速电路设计有浓厚兴趣的高级电子专业学生。 它摒弃了基础电路理论的冗余阐述，直接聚焦于现代电子系统设计中最具挑战性、也最为关键的两个领域：信号完整性（SI）和电源完整性（PI）。 在当前微处理器和通信系统运行速度不断攀升的时代，传统基于理想导线和集总元件模型的分析方法已完全失效。高频信号在PCB走线和互连结构中传输时，传输线效应、串扰、反射、电磁干扰（EMI）以及电源分配网络（PDN）的噪声耦合，成为决定系统性能、可靠性和可制造性的核心瓶颈。 本书结构清晰，内容涵盖理论推导、精确建模、仿真验证到实际的PCB布局布线规则制定，提供了一套完整的、可落地的高速/高频电路设计方法论。 --- 第一部分：信号完整性（SI）基础与传输线理论的深度应用 本部分首先建立起对高速信号传输的精确物理认知，这是解决所有信号完整性问题的基石。 第一章：从集总到分布——高速设计的物理学基础 上升时间与带宽的严格关联： 详细分析信号上升时间（$t_r$）与系统所需带宽之间的关系，引入“快速/慢速系统”的判断标准，并给出设计裕度要求的计算方法。 传输线效应的精确建模： 深入探讨史密斯圆图（Smith Chart）在线路阻抗匹配中的应用，不仅仅是匹配电阻，而是如何处理特定频率点的复数阻抗。讨论集总参数模型（Lumped）向分布参数模型（Distributed）转变的临界点。 时域与频域的转换： 阐述拉普拉斯变换在分析瞬态响应中的作用，以及傅里叶分析如何帮助识别信号中的关键频率分量，从而指导滤波器的设计。 第二章：反射、损耗与阻抗匹配的艺术 电压反射系数与驻波比（VSWR）： 详细推导反射的量化公式，并解释在非终端系统中，信号如何通过多次反射形成毛刺和过冲/下冲。 PCB走线的等效电路模型： 分析微带线（Microstrip）、带状线（Stripline）和嵌入式微带线的几何参数如何影响特征阻抗（$Z_0$），并提供精确的公式推导和实际PCB材料（介电常数 $epsilon_r$、损耗角正切 $ andelta$）对特性的影响。 无源和有源的终端技术： 全面对比串联端接（Series Termination）、并联端接（Parallel Termination）、AC端接、Thevenin端接以及先进的驱动器内置自适应匹配技术（如Pre-emphasis/De-emphasis）。重点分析不同端接技术对驱动器输出能力和功耗的影响。 第三章：串扰（Crosstalk）的机理分析与抑制策略 近端和远端串扰的耦合机制： 详细分析互感系数（Mutual Inductance $M$）和互容系数（Mutual Capacitance $C_m$）在耦合过程中的作用，区分电感耦合和电容耦合的主导地位。 串扰的量化评估： 介绍“串扰噪声容限”（Noise Margin）的概念，并提供业界标准的串扰能量与信号能量的比值计算方法。 布局层面的抑制手段： 侧重于PCB设计层面——走线间距、参考平面切换的惩罚效应、地线隔离带（Guard Traces）的有效使用范围，以及如何利用叠层结构最小化耦合。 --- 第二部分：电源完整性（PI）——稳定供电的关键架构 电源完整性是确保数字电路稳定工作和低误码率（BER）的“幕后英雄”。本部分专注于如何设计一个低阻抗、高稳定性的电源分配网络（PDN）。 第四章：电源噪声的来源与频域分析 PDN的阻抗目标： 确立系统级别的电压纹波要求（$Delta V_{noise}$）和电流需求（$I_{peak}$），推导出所需的PDN最大阻抗$Z_{PDN}(f)$曲线，这是所有去耦设计的目标。 开关噪声与电源噪声的耦合： 详细分析IC内部的开关电流（$di/dt$）如何通过封装引脚和PCB层产生噪声，并讨论去耦电容的有效频率范围（Self-Resonant Frequency, SRF）。 去耦电容的选型与优化： 阐述MLCC、钽电容和电解电容在频率响应上的差异。介绍“去耦电容金字塔”策略，即如何根据频率范围，合理分配不同容值电容的比例，实现对PDN阻抗的有效压制。 第五章：封装、过孔与封装（Package）的PI效应 封装寄生参数的影响： 分析引线键合（Bond Wire）和管脚（Lead Frame）的电感、封装基板的电阻对电源噪声的影响，这对于BGA和QFN等现代封装尤为关键。 过孔（Via）的等效模型： 将过孔视为一个具有串联电感和电阻的结构，计算其对电源路径阻抗的贡献。提供选择合适过孔数量和尺寸的工程准则。 平面层设计与平面间的耦合： 讨论电源层与地层之间的耦合电容，以及如何在多层板中优化电源平面（Power Plane）的划分，避免出现“平面缝隙”（Plane Split）对信号返回路径的破坏。 第六章：瞬态电流建模与仿真验证 电流源模型的建立： 介绍如何从芯片数据手册中提取I/V特性，建立精确的瞬态电流源模型，用于仿真。 时域与频域的PI仿真： 详细指导如何利用Spice或有限元分析（FEA）软件，对整个PDN结构进行求解。重点讲解S参数在PDN分析中的应用，即如何使用S参数来评估多端口网络的阻抗特性。 地弹（Ground Bounce）的量化预测： 建立地弹噪声与回流电流路径阻抗的关系模型，并提出设计规范来限制地弹峰值电压。 --- 第三部分：高级专题与系统级考量 本部分探讨了在极高速度（如10Gbps以上）和高密度设计中必须考虑的交叉学科知识。 第七章：抖动（Jitter）分析与容限预算 抖动分类与量化： 深入解析周期性抖动（Periodic Jitter, PJ）、随机抖动（Random Jitter, RJ）和确定性抖动（Deterministic Jitter, DJ）的物理成因。 抖动传播与裕度分析： 介绍泰勒展开模型在预测抖动累积中的应用，以及如何进行“抖动容限测试”（Jitter Tolerance Testing）的预估。 第八章：电磁兼容性（EMC）与SI/PI的协同设计 辐射发射的根源： 阐明信号的快速上升沿（高频谐波）与不连续的回流路径是EMI的主要来源。 设计级EMI控制： 重点讲解如何通过阻抗匹配和优化参考平面来减少电流环路面积（Loop Area），从而从源头上抑制辐射。讨论屏蔽层（Shielding）在PCB层面的实现与优化。 附录：设计工具与参数提取 提供一系列实用的PCB设计参数速查表、材料特性数据库接口指南，以及主流SI/PI仿真工具（如Keysight ADS/Momentum, Ansys HFSS/SIwave）的典型工作流程介绍。 本书的特点在于其工程实用性。它不满足于简单的“应该这样做”的经验法则，而是深入到背后的电磁场理论和电路模型，确保读者不仅能“做对”，更能理解“为何如此”。 通过本书的学习，读者将能够自信地处理下一代高速系统中由信号与电源交互产生的复杂设计难题。

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这本书最令人称道的一点，是它对工程实践的关注度远超理论的纯粹性。作者显然是一位经验丰富的实践者，他懂得理论知识在真实世界中会遇到怎样的“摩擦”。在每一章的末尾，都会穿插着一些关于“为什么”和“如何避免陷阱”的讨论。比如，在讲解功率因数校正时，它没有仅仅停留在计算无功功率的层面，而是详细分析了谐波电流对设备过热和电能质量的影响，并对比了不同补偿方法的优劣，这种从“是什么”到“应该怎么做”的跨越，极大地提升了读者的工程判断力。我记得有一部分专门讨论了导线电阻、电感分布对高频信号传输的影响，这在很多其他教材中常常被忽略，但却是实际PCB设计中必须考虑的因素。这本书就像一位经验丰富的老前辈，在传授技艺的同时，不断提醒你：“路上的坑，我都踩过，你得小心点。”这种真诚的指导，让这本书的实用价值飙升，远远超过了一般的学术参考书。

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我是一名偏向于电力系统背景的学生，在我的领域里，非线性电路和状态变量法的应用至关重要。这本书在这方面的处理展现了极高的前瞻性。很多初级教材往往在提到状态空间模型时就戛然而止，但这本书却深入探讨了如何利用状态变量来描述复杂的线性系统，并进一步引申到多输入多输出（MIMO）系统的分析框架。它在讲解状态转移矩阵时，不仅给出了求解方法，更重要的是解释了状态转移矩阵的物理意义——即系统在任意时刻的状态是如何由初始状态和输入信号共同决定的。这种对“动态特性”的深入挖掘，让我能够更有效地设计和分析控制系统中的反馈回路。更值得一提的是，书中对受控源和运算放大器的处理，没有将其简化为理想化的“黑盒子”，而是回归到对内部阻抗和开环增益的讨论，这对于理解实际放大电路的非理想特性至关重要，为后续学习更专业的模拟电路打下了坚实的基础。

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坦白说，这本书的排版和配图，在最初接触时略显朴素，甚至有些老派，但这种“复古”恰恰是其内在实力的体现。它摒弃了太多花哨的3D渲染和五颜六色的标注，转而专注于用最简洁、最清晰的二维图示来表达复杂的物理概念。例如，在处理磁耦合电路和变压器原理时，书中对磁通线和漏磁通的标注，虽然是简单的线条和箭头，但其精确性使得耦合的物理过程一目了然，远胜过那些试图用立体感来掩盖逻辑跳跃的现代教材。这本书的语言风格是极其克制的，几乎没有冗余的修饰词，每一个句子都承载着明确的知识点。这对于我这种需要精确理解每一个细节的读者来说，简直是福音。它强迫你必须自己去“画出”电路的工作状态，而不是被动地接收信息。对于那些追求“硬核”技术和基础原理深挖的工程师来说，这种冷峻而扎实的风格，才是真正的饕餮盛宴。它不哄你开心，但它能让你真正强大。

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这本书简直是现代电子工程领域的“百科全书”，我是在大学期间接触到它的，当时我对电路理论还是一知半解，很多概念都停留在理论层面，抽象得让人摸不着头脑。然而，这本书的叙述方式却有着一种奇妙的魔力，它没有上来就堆砌复杂的公式，而是循序渐进地从最基本的元件特性讲起，仿佛在为每一个初学者搭建一座坚实的知识阶梯。比如，书中对RLC电路瞬态响应的分析，简直是教科书级别的典范。它不仅仅给出了数学解法，更深入剖析了电容和电感在时间维度上如何“记忆”和“抵抗”变化，配合着清晰的波形图和实例，让我第一次真切地体会到了能量在电路中流动和转化的动态过程。更让我印象深刻的是，作者在介绍傅里叶级数和拉普拉斯变换这些看似高深的数学工具时，总是能将其与实际的电路问题紧密结合，比如如何用拉氏变换来求解复杂的有源滤波器，那种“豁然开朗”的感觉，至今记忆犹新。这本书的深度和广度，使得它不仅适合入门，更适合作为资深工程师在面对复杂系统设计时，用来回顾和查阅基本原理的宝贵工具。它的价值，绝非仅仅停留在解题层面，而是真正培养了读者对电路本质的深刻洞察力。

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我拿到这本书的时候，其实是带着一种功利性的目的——准备一个非常关键的专业资格考试。说实话，市面上讲解电路的书籍汗牛充栋，但很多都显得冗余或者侧重不足。这本书的结构设计体现了极高的专业水准。它极其注重对“基本定理”的强调和推导的严谨性，特别是对基尔霍夫定律（KCL和KVL）的讨论，简直是深入骨髓。它不是简单地陈述定律，而是通过一系列巧妙的拓扑结构分析，展示了这些定律在任何复杂网络中都具有普适性和不可动摇的地位。书中对节点电压法和网孔电流法的对比分析，简直是精妙绝伦，不仅清晰地展示了各自的适用场景和优缺点，甚至还涉及到如何通过矩阵运算来优化求解过程，这对于处理大规模电路分析而言，是极其宝贵的实战经验。我尤其欣赏它在引入戴维南/诺顿等效电路定理时所采用的“黑箱”思维，这种抽象化的能力极大地简化了后续的电路简化工作。阅读这本书的过程，与其说是学习知识，不如说是在接受一种严谨的、自洽的工程思维训练，每一个章节都像是一个打磨精良的逻辑模块，层层递进，无懈可击。

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现在只要一看到这本书我就想到512！

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电分老师上课经常讲起他和编书的胡教授撕逼的故事，真是有爱。。。。

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现在只要一看到这本书我就想到512！

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如果以後做硬件、電路相關的，這本書就有用咯。