高级信号完整性技术 [Advanced Signal Integrity for High-Speed Digital Designs] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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Stephen H. Hall（斯蒂芬·H. 霍尔），Howard L. Heck（霍华德·L. 赫克） 著，张徐亮，鲍景富，张雅丽，于永斌 译

图书标签:

• 信号完整性
• 高速数字电路
• PCB设计
• 电磁兼容性
• 时序分析
• 电源完整性
• 仿真
• 高速互连
• 阻抗控制
• 信号反射

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121259937

版次：1

商品编码：11703842

包装：平装

丛书名： 经典译丛·信号完整性工程师必读

外文名称：Advanced Signal Integrity for High-Speed Digital Designs

开本：16开

出版时间：2015-05-01

用纸：胶版纸

内容简介

随着计算机技术的不断发展，以往数字设计中一些可以忽略的因素，在高速数字设计中变成了影响系统性能的重要因素。只有全面理解和把握这些因素，才能设计出满足性能要求的高速数字电路。本书从应用物理、通信以及微波理论的角度，对高速数字设计中的高级信号完整性进行了探讨和分析，涵盖了当今最新的研究成果，是目前信号完整性方面较全面、较先进的书籍。全书共分14章，内容包含了与信号完整性相关的电磁场理论、理想传输线模型、串扰、网络分析、高速信道模型、时延扰动和噪声模型等。
本书的主要特色是用大量的图表，以理论和实践完美结合的方式将诸如应用物理、通信和微波工程等学科的理论和技术引入高速数字设计，有助于工程师或者高校学生们对数字设计中信号完整性的理解和把握。

作者简介

Stephen H. Hall Intel公司高级工程师，他带领的团队专注于研究30 吉比特信道的建模新技术和测试解决方案，他是台式计算机和服务器中奔腾II、III及IV数据总线的主要设计者，在高速信令领域与多所大学进行着协作研究，引领着高速建模领域的研究和开发，并在两个国家讲授信号完整性课程。Howard L. Heck Intel公司的首席工程师，主导着USB 3.0的信令规范及解决方案的开发。在俄勒冈科工学院讲授高速数字互连设计。

目录

目 录
第1章 简介：信号完整性的重要性
1．1 计算能力：过去和未来
1．2 问题
1．3 基础
1．4 总线设计的新领域
1．5 本书适用对象
1．6 小结
错误声明
参考文献
第2章 信号完整性的电磁学基础
2．1 麦克斯韦方程组
2．2 常见向量算子
2．3 波的传播
2．4 静电学
2．5 静磁学
2．6 能流和玻印亭向量
2．7 电磁波的反射
参考文献
习题
第3章 理想传输线基础
3．1 传输线结构
3．2 损传输线上信号传播
3．3 传输线特性参数
3．4 损传输线参数
3．5 传输线反射
3．6 时域反射计
参考文献
习题
第4章 串扰
4．1 互感与互容
4．2 耦合波动方程
4．3 耦合线路分析
4．4 模态分析
4．5 串扰最小化
4．6 小结
参考文献
习题
第5章 非理想导体模型
5．1 信号在边界导电介质中传播
5．2 传输线的经典导体模型
5．3 表面粗糙度
5．4 非理想导体的传输线参数
参考文献
习题
第6章 电介质的电气特性
6．1 电介质极化
6．2 电介质材料的分类
6．3 频率相关的电介质行为
6．4 物理电介质模型的特性
6．5 纤维交织效应
6．6 环境变化对电介质行为的影响
6．7 有损电介质和实际导体的传输线参数
参考文献
习题
第7章 差分信号
7．1 消除共模噪声
7．2 差分串扰
7．3 虚参考平面
7．4 模态电压的传输
7．5 常用术语
7．6 差分信号的缺陷
参考文献
习题
第8章 物理信道的数学要求
8．1 时域仿真中的频域效应
8．2 物理信道的要求
参考文献
习题
第9章 数字工程的网络分析
9．1 高频电压和电流波
9．2 网络理论
9．3 S参数的物理性质
参考文献
习题
第10章 关于高速信道建模的讨论
10．1 建立传输线的物理模型
10．2 非理想返回路径
10．3 通孔
参考文献
习题
第11章 I/O电路和模型
11．1 I/O设计考虑因素
11．2 推挽式发射机
11．3 CMOS接收机
11．4 ESD保护电路
11．5 片上终端匹配
11．6 伯杰图
11．7 漏极开路发射机
11．8 差分电流模式发射机
11．9 低摆幅和差分接收机
11．10IBIS模型
11．11小结
参考文献
习题
第12章 均衡
12．1 分析与设计背景
12．2 连续时间线性均衡器
12．3 离散线性均衡器
12．4 决策反馈均衡
12．5 小结
参考文献
习题
第13章 时序抖动和噪声的建模及其容许值
13．1 眼图
13．2 误码率
13．3 抖动源及其容许值
13．4 噪声源及噪声容许值
13．5 峰值畸变分析法
13．6 小结
参考文献
习题
第14章 用响应曲面模型进行系统分析
14．1 模型设计的注意事项
14．2 案例分析：10 Gb/s差分PCB接口
14．3 基于最小方差拟合的RSM
14．4 拟合测量
14．5 重要性测试
14．6 置信区间
14．7 敏感度分析及设计优化
14．8 用蒙特卡罗仿真方法预测次品率
14．9 RSM的其他考虑
14．10小结
参考文献
习题
附录A 常用公式、恒等式、单位和常数
附录B 四端口网络的T参数到S参数转换
附录C 电路的F统计量
附录D 电路的T统计量
附录E 粗糙导体的趋肤电阻与内部电感的因果关系
附录F 0．25 μm MOSIS工艺的SPICE Level 3模型
中英文术语对照

前言/序言

《精密互联：高速数字电路中的信号完整性设计指南》 一、 书籍简介 在当今飞速发展的电子技术领域，数字信号的速度正以前所未有的姿态飙升。从高性能服务器到智能手机，从通信基站到自动驾驶汽车，无一不依赖于高速数字信号的精确传输。然而，伴随信号速度的提升，传统的设计方法和经验已不足以应对随之而来的复杂挑战。信号失真、串扰、反射、时序抖动等一系列“信号完整性”（Signal Integrity, SI）问题，如同潜藏在高速电路中的“幽灵”，一旦疏忽，轻则导致性能下降，重则可能引发系统性失效。 《精密互联：高速数字电路中的信号完整性设计指南》并非一本探讨高级信号完整性技术的书籍，而是旨在为广大电子工程师、系统设计者以及硬件研发人员提供一套系统、全面且实用的信号完整性基础理论与实践方法。本书将聚焦于理解高速数字电路设计中信号完整性问题的根源，掌握分析和解决这些问题的核心工具与技术，并引导读者建立起一套完整的信号完整性设计流程。我们相信，只有深刻理解了信号在传输路径上的物理行为，才能在设计的早期阶段就有效规避潜在风险，确保设计的成功与系统的稳定运行。 本书的内容涵盖了从基础的电磁场理论到复杂的互联结构分析，从电路仿真工具的使用到实际PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）的设计考量。我们力求以清晰易懂的语言，结合丰富的实例，将抽象的物理原理具象化，帮助读者建立直观的认识。同时，本书也将强调理论与实践相结合的重要性，鼓励读者将所学知识应用于实际设计中，不断积累经验，提升解决复杂问题的能力。 二、 目录与内容概述 第一章：高速数字信号的挑战与信号完整性概述 1.1 数字信号的演进与速度提升的驱动力： 探讨摩尔定律、计算需求的增长、通信带宽的拓展等因素如何推动数字信号速度不断攀升。 1.2 高速信号传输面临的物理障碍： 介绍随着信号频率升高，传输线效应、寄生效应、互连损耗等问题如何日益显著。 1.3 信号完整性（SI）的定义与重要性： 明确信号完整性的概念，阐述其对数字系统性能、可靠性及功耗的影响。 1.4 信号完整性问题的常见表现： 详细列举并初步解释反射、串扰、损耗、抖动、过冲、下冲、振铃等典型SI问题。 1.5 SI设计在整体硬件设计流程中的位置： 强调SI设计并非独立环节，而是贯穿于系统架构、原理图设计、PCB布局布线、以及生产测试的整个生命周期。 第二章：传输线理论基础 2.1 电压和电流在导线中的传播： 回顾电磁波在导波结构中的传播原理，引入波阻抗的概念。 2.2 理想传输线模型： 介绍长延时线、集总参数模型和分布式参数模型之间的区别，重点分析分布参数模型。 2.3 特性阻抗（Characteristic Impedance）： 详细讲解特性阻抗的定义、计算方法（取决于几何结构和介质属性），以及其在匹配中的关键作用。 2.4 传输线的损耗： 分析导线电阻损耗（DC和AC）和介质损耗，以及它们对信号衰减的影响。 2.5 传输线的延迟和传播速度： 解释信号在传输线上传播的速度与介电常数的关系，以及延迟对时序的影响。 2.6 阻抗匹配的重要性： 阐述阻抗不匹配导致的反射，以及匹配的多种策略（源端匹配、终端匹配）。 2.7 史密斯圆图（Smith Chart）入门（可选）： 简要介绍史密斯圆图在阻抗分析中的应用，帮助理解复杂的阻抗变化。 第三章：反射与串扰分析 3.1 反射的产生机制： 深入分析阻抗不连续点（连接器、过孔、器件焊盘、走线拐角）如何引起信号反射。 3.2 反射对信号的影响： 讲解反射引起的电压和电流畸变，包括振铃（Ringing）、过冲（Overshoot）和下冲（Undershoot），以及它们对逻辑阈值的影响。 3.3 串扰（Crosstalk）的机理： 分析相邻信号线之间的容性耦合和感性耦合如何导致串扰。 3.4 串扰的类型： 区分前向串扰（Far-End Crosstalk, FEXT）和近端串扰（Near-End Crosstalk, NEXT），并解释其特点。 3.5 串扰对信号的影响： 讲解串扰如何引入噪声、导致时序抖动，甚至引起误触发。 3.6 减少反射和串扰的布局布线技巧： 提供具体的PCB设计建议，如等长线（Routing），保持差分对的紧密性和平行度，控制走线间距，使用参考平面等。 第四章：PCB设计中的信号完整性考虑 4.1 PCB材料的选择与影响： 介绍不同PCB介质材料（如FR-4, Rogers等）的介电常数、损耗因子以及它们对信号传播的影响。 4.2 传输线结构的设计： 详细讲解微带线（Microstrip）、带状线（Stripline）等典型PCB传输线结构的设计方法，包括线宽、线距、层叠结构对阻抗的控制。 4.3 过孔（Via）的SI问题： 分析过孔的寄生电感和电容如何影响信号完整性，以及优化过孔设计（如回流焊孔，盲/埋孔）的策略。 4.4 连接器和焊盘的SI效应： 讨论连接器引脚、焊盘尺寸和形状对阻抗匹配和信号反射的影响。 4.5 电源完整性（Power Integrity, PI）与信号完整性的关联： 阐述不稳定的电源会对信号完整性产生怎样的负面影响，以及PI设计的核心要素（去耦电容、电源层、地层）。 4.6 PCB布局（Placement）的SI考量： 强调器件位置对信号路径长度、串扰和时序的影响，如将高速器件靠近，合理规划信号流。 4.7 PCB布线（Routing）的最佳实践： 详细介绍直连、避免拐角、差分对布线、蛇形线（Stitching/Delay Line）的应用、信号层与参考层的选择等。 第五章：高速信号完整性仿真与分析工具 5.1 为什么需要仿真： 解释在实际制造前进行SI仿真的必要性，以预测和优化设计。 5.2 常见的SI仿真软件介绍： 简要介绍业界常用的SI仿真工具（如ANSYS SIwave, HyperLynx, Cadence Allegro SI等）及其主要功能。 5.3 仿真模型建立： 讲解如何从PCB设计数据（Gerber, ODB++等）提取几何信息，并建立精确的传输线模型。 5.4 S参数（Scattering Parameters）的理解与应用： 介绍S参数如何描述传输线的频率响应、损耗和匹配特性。 5.5 瞬态仿真（Transient Simulation）： 演示如何进行瞬态仿真，观察信号波形，分析反射、振铃、串扰等时域效应。 5.6 损耗分析与眼图（Eye Diagram）理解： 讲解如何通过仿真评估信号的损耗，并解读眼图以评估信号质量和时序裕度。 5.7 仿真结果的解读与设计优化： 指导读者如何根据仿真结果识别SI问题，并提出相应的 PCB 设计修改建议。 第六章：时序与抖动分析 6.1 时序（Timing）基础： 回顾建立时间和保持时间（Setup and Hold Times）等基本时序概念。 6.2 信号延迟的累积效应： 分析多段传输线、逻辑门、时钟分配网络等累积延迟对时序的影响。 6.3 时钟信号的完整性： 强调时钟信号作为系统基准的重要性，以及时钟信号的抖动（Jitter）和占空比失真（Duty Cycle Distortion）的危害。 6.4 抖动（Jitter）的分解与分析： 介绍周期性抖动（PJ）、随机抖动（RJ）以及它们对接收端判定的影响。 6.5 抖动容忍度（Jitter Tolerance）与抖动预算（Jitter Budget）： 讲解如何评估接收器对抖动的容忍能力，以及如何分配系统总抖动预算。 6.6 差分信号（Differential Signaling）的优势： 探讨差分信号如何通过共模噪声抑制和减小对外部的电磁干扰来提高信号完整性。 6.7 时序裕度（Timing Margin）的估算与优化： 介绍如何通过分析和仿真来确保有足够的时序裕度。 第七章：实际案例分析与设计流程 7.1 一个典型的DDR（Double Data Rate）内存接口SI设计挑战： 分析DDR接口对信号完整性和时序的苛刻要求。 7.2 高速串行总线（如PCIe, USB）的SI设计要点： 探讨不同高速串行总线的传输特性和设计难点。 7.3 EMI（Electromagnetic Interference，电磁干扰）与SI的联动： 讨论信号完整性设计如何影响系统的EMI性能。 7.4 SI设计流程的建立与优化： 提出一个完整的SI设计流程，包括需求分析、仿真验证、PCB设计、以及生产测试中的SI确认。 7.5 SI问题的调试与故障排除： 提供一些在实际硬件调试中遇到SI问题时的排查思路和方法。 三、 目标读者 本书的目标读者群包括但不限于： 硬件工程师/PCB设计工程师： 希望深入理解高速信号在PCB上传输原理，掌握PCB设计中信号完整性优化的具体方法。 系统工程师： 需要评估和理解不同系统架构下的信号完整性需求，并与硬件团队进行有效沟通。 嵌入式系统开发者： 关注高性能嵌入式系统设计，理解信号速度对其稳定性的影响。 电子工程专业的学生和教师： 作为学习高速数字电路设计理论和实践的参考教材。 对电子硬件设计感兴趣的技术人员： 希望系统地了解信号完整性这一关键领域。 四、 本书特色 系统性与全面性： 从基础理论到高级概念，从仿真工具到实际设计，本书力求覆盖信号完整性设计的各个方面。 强调实践与工程应用： 结合大量的工程实例和设计经验，将理论知识转化为可操作的设计指导。 图文并茂，易于理解： 使用清晰的图示、表格和公式，帮助读者直观地理解抽象的物理概念。 实用性强： 提供的设计技巧和方法均来源于实际工程应用，具有很高的参考价值。 语言精炼，避免冗余： 专注于核心知识点的讲解，力求内容紧凑且信息密度高。 通过阅读《精密互联：高速数字电路中的信号完整性设计指南》，您将能够建立起对信号完整性问题的深刻认识，掌握分析和解决这些问题的核心技能，从而在您未来的高速数字电路设计中，减少反复试错，提升产品性能和可靠性，并最终实现更精密的互联与更高效的数字系统。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图表质量，在同类技术书籍中绝对是顶级的。清晰的线条、精准的标注，以及那些经过精心绘制的截面图和波形示意图，极大地帮助了抽象概念的可视化。我特别喜欢作者在引入新概念时，总是先用一个实际的工程案例来做铺垫，然后再引入理论模型进行严谨的论证。例如，在讲解眼图的裕度分析时，它没有直接给出公式，而是先展示了一个在不同码率下，因反射和抖动导致眼图完全闭合的真实案例图，然后才回溯去解释是什么物理机制导致了这种灾难性的结果。这种“结果导向”的教学方法，极大地增强了阅读的代入感和学习的动力。此外，书中大量的参考文献和注释系统，也展现了作者严谨的学术态度，如果遇到某些推导特别费解的地方，读者可以方便地追溯到原始的学术论文去深入了解。这使得这本书不仅是一本工具书，更是一份高质量的、可供进一步研究的知识索引。对于希望在信号完整性领域深耕，并最终发表研究成果的读者来说，其参考价值无可替代。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得非常有冲击力，那种深邃的蓝色和银色的字体搭配，立刻让人感觉到它内容的专业性和深度。我最初拿到这本书，是冲着它标题里“高级”二字去的，毕竟基础理论在网上可以找到很多，但真正能触及到设计前沿、能解决实际工程中那些“疑难杂症”的系统性论述，才是真正稀缺的资源。这本书的内容组织结构极其严谨，仿佛是在为一位经验丰富的工程师量身定制的进阶指南。它没有花费篇幅去解释欧姆定律或基础的传输线理论，而是直接切入到了高速设计中那些令人头疼的非理想效应。比如，关于串扰的建模和分析部分，作者似乎用了非常巧妙的数学工具，将复杂的耦合效应分解成了几个易于理解的模型，这对于我后续在实际PCB布局中进行容限估算，提供了非常坚实的理论后盾。特别是对于S参数在时域和频域中的转换与应用，书中的阐述深入浅出，远超我以往阅读过的任何教材，真正做到了将理论的严谨性与工程实践的直观性完美结合。读完关于电源完整性（PI）的章节后，我立刻回去优化了我正在进行的一个项目中的去耦电容布局策略，效果立竿见影，系统的抖动（Jitter）指标有了显著改善。这本书的价值，就在于它能把那些看似玄乎的“魔术”，用清晰的物理和数学原理揭示出来。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书最独特的一点是它对“设计流程迭代”的深刻理解。它不仅仅提供了如何“做对”的方法论，更重要的是，它揭示了在不同设计阶段（概念、预布局、布局、验证）中，信号完整性问题的优先级和处理手段是如何动态变化的。比如，在概念设计阶段，它强调的是材料选择和层叠结构的宏观决策；到了后期的布局阶段，则聚焦于T型点、Stub的优化和特定IC的I/O模型匹配。这种随时间推移的知识结构，帮助我构建了一个完整的“信号完整性生命周期管理”思维框架。它教会我的不是一堆孤立的技术点，而是一套系统性的解决问题的思维链条。许多其他书籍会把所有知识点一股脑地抛给你，让你在实战中自行摸索如何组合使用，而这本《高级信号完整性技术》则像是为你绘制了一张清晰的“作战地图”，标明了在什么时间和地点，应该使用哪种武器。对于任何一个负责复杂高速板卡端到端性能交付的工程师而言，这本书绝对是案头不可或缺的参考宝典。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的阅读门槛确实不低，它对读者的预备知识有着相当高的要求。它假定读者已经熟练掌握了傅里叶分析、矩阵代数以及基本的电磁场理论。如果想“囫囵吞枣”地读完，很可能会在第三章的互易性原理推导那里就寸步难行。但正是这种高门槛，保证了其内容的纯粹性和深度。我花了比预期多一倍的时间来消化其中的章节，尤其是在处理多层板的阻抗匹配和串扰隔离时，书中提出的特定几何结构优化方法，那种精妙的设计思路，让人拍案叫绝。它不像市面上那些“速成手册”，堆砌图表和公式来营造复杂感，而是将每一个复杂的概念都分解到最基本的物理约束下进行重构。举个例子，书中对封装引脚和BGA的过孔效应的讨论，不再停留在“过孔是个电容”的简单描述，而是深入到了其寄生电感与回路面积的相互作用，如何影响高频电流的回流路径完整性，这种层层递进的剖析，彻底颠覆了我对“简单”互连的认知。这本书更像是为那些已经“入门”，渴望迈入“精通”大门的工程师准备的“内功心法”。

评分☆☆☆☆☆

当我翻阅这本书时，最让我感到惊喜的是它对于“遗留问题”和“边缘案例”的处理方式。很多教科书为了追求体系的完美，往往会忽略那些在实际生产环境中，由于公差、材料波动或非线性效应导致的性能衰减。这本书则不然，它似乎洞察了工程师在面对复杂系统时会遇到的所有陷阱。比如，书中详细分析了在超高速率下，介质损耗（Dielectric Loss）和导体表面粗糙度（Surface Roughness）对信号衰减的综合影响，并且给出了如何在不同频率点上权衡这两种损耗的实用准则。这对于我们使用高Tg、低损耗材料进行新一代服务器主板设计时，提供了关键的决策依据。我特别欣赏作者在介绍仿真工具的使用方法时，那种不偏不倚的态度，既肯定了商业软件的强大，又指出了其模型局限性，引导读者思考“仿真结果是否可信”这一核心问题。它不是简单地教你点鼠标，而是教你如何像一个物理学家一样去解读仿真数据背后的真实世界。这种对工程哲学的探讨，让我感觉自己不再是简单的操作员，而是一个真正的系统架构师。这本书的阅读体验，更像是与一位身经百战的导师进行一对一的深度交流，每一页都充满了实践的重量。

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不错，是正品，研读中！

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评分☆☆☆☆☆

很好啊啊啊

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物流速度快，618买的，价格实惠，送货上门，可以的，速度很赞?

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书是好书，就是封皮纸质不行，比蓝皮书的差，软绵绵的。