Circuit and Interconnect Design for RF High Bit-rate Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Veenstra, Hugo/ Long, John R.

出品人:

页数:260

译者:

出版时间:

价格:1150.00 元

装帧:

isbn号码:9781402068829

丛书系列:

图书标签:

• 射频电路
• 高速电路
• 互连设计
• 电路设计
• 高比特率
• RFIC
• 模拟电路
• 微波电路
• 信号完整性
• 封装设计

射频集成电路与互连技术设计：面向高比特率应用的实践指南 丛书引言 在当今高速信息社会中，对通信带宽的需求呈爆炸式增长，这直接推动了射频（RF）系统向更高的比特率和更复杂的调制方案演进。从下一代无线通信（如 5G/6G 及其后续技术）到高速光互连和数据中心内部的高速信号传输，对信号完整性、功率效率以及系统整体性能的要求达到了前所未有的高度。实现这些目标的核心挑战之一，在于如何精确设计和优化电路本身以及支撑这些电路的关键物理结构——互连（Interconnects）。 传统的电子设计方法论往往将电路设计与物理实现视为相对独立的过程。然而，在 GHz 乃至数十 GHz 的工作频率下，导线、过孔、焊盘以及封装结构等互连元件的寄生电容、电感和电阻效应变得不可忽视，它们直接决定了信号的衰减、反射、串扰，并最终限制了系统的最高数据速率和误码率（BER）。 本丛书旨在填补理论模型与高比特率系统实际设计需求之间的鸿沟，聚焦于面向高比特率应用的射频电路与互连技术设计。本丛书将系统地探讨从器件层面的电磁效应分析，到系统级信号完整性（SI）和电源完整性（PI）的综合管理，为射频IC设计工程师、系统集成专家以及相关领域的研究人员提供一套全面、深入且具有高度实践指导意义的知识体系。 --- 第一卷：高速射频系统的电磁基础与信号完整性（SI）分析 本卷奠定了理解高频性能瓶颈的理论基础，重点关注信号在物理传输路径中表现出的电磁行为。 第 1 章：高速射频电路中的传输线理论回顾与高频修正 本章将从麦克斯韦方程组出发，回顾经典的特里维斯（Trivett）传输线模型，并引入高频效应的修正项。重点讨论皮肤效应（Skin Effect）、邻近效应（Proximity Effect）如何影响导体的有效电阻和电感，以及介质损耗在高频下的影响。我们将深入分析微带线（Microstrip）、带状线（Stripline）以及共面波导（Coplanar Waveguide, CPW）在IC封装和PCB层面的参数提取与建模，特别关注这些模型在高比特率（例如 28 Gbps 及以上）系统中的准确性。 第 2 章：S 参数与网络分析：从器件到系统级表征 本章详细阐述散射参数（S Parameters）在高速射频设计中的核心地位。内容涵盖 S 参数的定义、测量方法（矢量网络分析仪 VNA 的校准技术），以及如何利用 S 参数对无源和有源器件进行准确建模。讨论如何通过 S 参数分析传输线的损耗（Insertion Loss）和回波损耗（Return Loss），并引入 $ABCD$ 参数和 $Y$ 参数等在级联分析中的应用。此外，还将探讨如何从时域的眼图（Eye Diagram）反演到频域的 S 参数分析，实现时频域的有效关联。 第 3 章：信号完整性挑战：串扰、色散与非线性效应 高比特率系统中最主要的挑战之一是信号完整性（SI）的劣化。本章专注于分析导致信号失真的主要因素。 1. 串扰（Crosstalk）分析：区分近端串扰（NEXT）和远端串扰（FEXT），探讨耦合路径的电磁机理，并介绍屏蔽技术、间距优化以及使用差分信号抑制串扰的方法。 2. 色散与群速延迟：分析介质和导体的频率依赖性如何导致信号脉冲的展宽和失真，这是高比特率系统速率限制的关键因素。 3. 非线性失真：探讨传输线上的非线性阻抗变化和饱和效应，特别是在大信号传输或存在源端/负载端非线性匹配时的影响。 --- 第二卷：物理实现与封装级别的互连设计 本卷将视角从理想电路拓扑转向真实的物理世界，探讨电路与封装层面的互连结构对系统性能的决定性影响。 第 4 章：PCB 与封装的电磁建模与提取 现代射频系统通常集成在复杂的封装（如 BGA, QFN）和多层 PCB 上。本章介绍如何精确地对这些结构进行电磁（EM）建模。内容包括： 1. 过孔（Via）的电感与电容：过孔作为电路板层间连接的关键瓶颈，其寄生电感和电容如何显著影响高频信号的回波路径和阻抗匹配。将介绍去耦过孔（Stitching Vias）的设计策略。 2. 封装引线和焊球的建模：讨论引线键合（Wire Bonding）和焊球阵列（Solder Ball Arrays）的电磁特性，及其对封装内 I/O 端的负载影响。 3. 电磁场求解器（EM Solver）的应用：介绍 2.5D 和 3D 电磁场求解技术在互连结构设计验证中的应用流程，包括模型降阶（Model Order Reduction）技术以加速仿真。 第 5 章：电源完整性（PI）与地弹噪声管理 在高频和高功耗的射频发射/接收机中，电源完整性（PI）与信号完整性同等重要。电源网络（PDN）的阻抗特性直接决定了电路的噪声容限和功耗效率。 1. PDN 阻抗目标分析：根据电路的瞬态电流需求，设定所需的 PDN 阻抗模板。 2. 去耦电容的优化布局：分析多层去耦电容网络（包括片上、封装内和 PCB 上的电容）的频率响应和有效性，探讨如何通过优化电容选型和放置位置来压低高频噪声。 3. 地弹（Ground Bounce）与地平面设计：深入分析地平面不连续性、地孔阵列设计对地弹噪声的放大作用，并提出最小化地弹噪声的设计实践。 第 6 章：先进封装技术与 3D 集成对互连的影响 随着摩尔定律的放缓，先进封装（如 2.5D/3D 异构集成）成为提升系统性能的关键途径。本章探讨这些新技术带来的互连设计机遇与挑战： 1. 硅中介层（Silicon Interposer）：分析中介层中的无源器件（如片上电感和电容）的设计与寄生效应。 2. 混合键合（Hybrid Bonding）与微凸点（Micro-bumps）：讨论这些极短互连结构的高频性能，以及它们在实现超高密度互连时的信号完整性考量。 3. 热-电-磁（Thermo-Electro-Magnetic）耦合：在高密度 3D 结构中，功耗导致的温度升高会改变材料的介电常数和导体的电阻，本章将介绍如何耦合热分析来修正高精度电磁模型。 --- 第三卷：高比特率系统中的匹配、均衡与系统级优化 本卷将前面两卷的知识应用于实际的高速系统设计流程，重点解决如何在使用有限的互连资源下最大化数据速率和系统性能。 第 7 章：阻抗匹配与宽带匹配网络设计 本章回归到射频系统最基础但至关重要的环节——阻抗匹配。重点不再是窄带的 LC 匹配，而是针对高比特率信号的宽带匹配。 1. TDR/TDT 分析在匹配中的应用：利用时域反射测量（TDR）/透射测量（TDT）技术来诊断和优化阻抗不连续点。 2. 无源均衡器（Passive Equalization）：介绍使用 $L$ 或 $C$ 补偿线缆或 PCB 损耗的方法，包括引入串联电容（Series Compensation）和并联电感（Shunt Compensation）。 3. 匹配网络的非理想性：分析寄生参数如何使理想匹配网络在高频下失效，以及如何在高频限制下选择最优的匹配拓扑。 第 8 章：数据接收端均衡技术：CTLE, DFE 与 FFE 为了克服信道损耗，接收器必须包含均衡电路。本章详细介绍在高速数字接收机中常用的均衡技术，并探讨它们如何与物理层互连设计协同工作。 1. 连续时间线性均衡器（CTLE）：分析 CTLE 的增益提升机制，以及其对噪声和非线性度的影响。 2. 判决反馈均衡器（DFE）：重点讨论 DFE 如何通过后向滤波消除由码间串扰（ISI）引起的残留信号影响，以及 DFE 设计对前置互连特性的敏感性。 3. 前馈均衡器（FFE）：探讨在发射端引入 FIR 滤波器以预先补偿信道损耗的原理和实现方法。 第 9 章：系统级仿真与设计流程的迭代优化 本章强调在复杂系统中，电路、封装和系统仿真必须集成在一个高效的流程中。 1. 多域协同仿真：介绍如何将 IC 级的晶体管模型、封装级的 3D EM 模型、PCB 级的平面电磁模型以及接收器/发射器的数字模型（如 IBIS-AMI 模型）集成到一个统一的系统级仿真环境中。 2. 统计方法与容差分析：在高频系统设计中，工艺和环境变化对信号质量的影响更为显著。本章介绍如何利用蒙特卡洛（Monte Carlo）分析评估设计对参数变化的鲁棒性。 3. 设计收敛策略：提供一套实用的迭代流程，指导工程师如何在满足性能指标（如抖动、眼高、BER）的前提下，优化互连结构，实现设计收敛。 --- 总结 本丛书提供了一个从基础理论到先进实践的完整框架，专注于解决射频高比特率应用中，电路性能被物理互连结构所限制的核心难题。通过深入理解电磁场效应、精确建模物理结构以及优化均衡策略，读者将能够设计出更高速度、更可靠、更具竞争力的下一代射频系统。本书强调的是实践中的工程智慧，而非纯粹的学术推导，旨在培养工程师在高速互连领域解决实际问题的能力。

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