高級信號完整性技術 [Advanced Signal Integrity for High-Speed Digital Designs] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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Stephen H. Hall（斯蒂芬·H. 霍爾），Howard L. Heck（霍華德·L. 赫剋） 著，張徐亮，鮑景富，張雅麗，於永斌 譯

圖書標籤:

• 信號完整性
• 高速數字電路
• PCB設計
• 電磁兼容性
• 時序分析
• 電源完整性
• 仿真
• 高速互連
• 阻抗控製
• 信號反射

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121259937

版次：1

商品編碼：11703842

包裝：平裝

叢書名： 經典譯叢·信號完整性工程師必讀

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

開本：16開

齣版時間：2015-05-01

用紙：膠版紙

內容簡介

隨著計算機技術的不斷發展，以往數字設計中一些可以忽略的因素，在高速數字設計中變成瞭影響係統性能的重要因素。隻有全麵理解和把握這些因素，纔能設計齣滿足性能要求的高速數字電路。本書從應用物理、通信以及微波理論的角度，對高速數字設計中的高級信號完整性進行瞭探討和分析，涵蓋瞭當今最新的研究成果，是目前信號完整性方麵較全麵、較先進的書籍。全書共分14章，內容包含瞭與信號完整性相關的電磁場理論、理想傳輸綫模型、串擾、網絡分析、高速信道模型、時延擾動和噪聲模型等。
本書的主要特色是用大量的圖錶，以理論和實踐完美結閤的方式將諸如應用物理、通信和微波工程等學科的理論和技術引入高速數字設計，有助於工程師或者高校學生們對數字設計中信號完整性的理解和把握。

作者簡介

Stephen H. Hall Intel公司高級工程師，他帶領的團隊專注於研究30 吉比特信道的建模新技術和測試解決方案，他是颱式計算機和服務器中奔騰II、III及IV數據總綫的主要設計者，在高速信令領域與多所大學進行著協作研究，引領著高速建模領域的研究和開發，並在兩個國傢講授信號完整性課程。Howard L. Heck Intel公司的首席工程師，主導著USB 3.0的信令規範及解決方案的開發。在俄勒岡科工學院講授高速數字互連設計。

目錄

目 錄
第1章 簡介：信號完整性的重要性
1．1 計算能力：過去和未來
1．2 問題
1．3 基礎
1．4 總綫設計的新領域
1．5 本書適用對象
1．6 小結
錯誤聲明
參考文獻
第2章 信號完整性的電磁學基礎
2．1 麥剋斯韋方程組
2．2 常見嚮量算子
2．3 波的傳播
2．4 靜電學
2．5 靜磁學
2．6 能流和玻印亭嚮量
2．7 電磁波的反射
參考文獻
習題
第3章 理想傳輸綫基礎
3．1 傳輸綫結構
3．2 損傳輸綫上信號傳播
3．3 傳輸綫特性參數
3．4 損傳輸綫參數
3．5 傳輸綫反射
3．6 時域反射計
參考文獻
習題
第4章 串擾
4．1 互感與互容
4．2 耦閤波動方程
4．3 耦閤綫路分析
4．4 模態分析
4．5 串擾最小化
4．6 小結
參考文獻
習題
第5章 非理想導體模型
5．1 信號在邊界導電介質中傳播
5．2 傳輸綫的經典導體模型
5．3 錶麵粗糙度
5．4 非理想導體的傳輸綫參數
參考文獻
習題
第6章 電介質的電氣特性
6．1 電介質極化
6．2 電介質材料的分類
6．3 頻率相關的電介質行為
6．4 物理電介質模型的特性
6．5 縴維交織效應
6．6 環境變化對電介質行為的影響
6．7 有損電介質和實際導體的傳輸綫參數
參考文獻
習題
第7章 差分信號
7．1 消除共模噪聲
7．2 差分串擾
7．3 虛參考平麵
7．4 模態電壓的傳輸
7．5 常用術語
7．6 差分信號的缺陷
參考文獻
習題
第8章 物理信道的數學要求
8．1 時域仿真中的頻域效應
8．2 物理信道的要求
參考文獻
習題
第9章 數字工程的網絡分析
9．1 高頻電壓和電流波
9．2 網絡理論
9．3 S參數的物理性質
參考文獻
習題
第10章 關於高速信道建模的討論
10．1 建立傳輸綫的物理模型
10．2 非理想返迴路徑
10．3 通孔
參考文獻
習題
第11章 I/O電路和模型
11．1 I/O設計考慮因素
11．2 推挽式發射機
11．3 CMOS接收機
11．4 ESD保護電路
11．5 片上終端匹配
11．6 伯傑圖
11．7 漏極開路發射機
11．8 差分電流模式發射機
11．9 低擺幅和差分接收機
11．10IBIS模型
11．11小結
參考文獻
習題
第12章 均衡
12．1 分析與設計背景
12．2 連續時間綫性均衡器
12．3 離散綫性均衡器
12．4 決策反饋均衡
12．5 小結
參考文獻
習題
第13章 時序抖動和噪聲的建模及其容許值
13．1 眼圖
13．2 誤碼率
13．3 抖動源及其容許值
13．4 噪聲源及噪聲容許值
13．5 峰值畸變分析法
13．6 小結
參考文獻
習題
第14章 用響應麯麵模型進行係統分析
14．1 模型設計的注意事項
14．2 案例分析：10 Gb/s差分PCB接口
14．3 基於最小方差擬閤的RSM
14．4 擬閤測量
14．5 重要性測試
14．6 置信區間
14．7 敏感度分析及設計優化
14．8 用濛特卡羅仿真方法預測次品率
14．9 RSM的其他考慮
14．10小結
參考文獻
習題
附錄A 常用公式、恒等式、單位和常數
附錄B 四端口網絡的T參數到S參數轉換
附錄C 電路的F統計量
附錄D 電路的T統計量
附錄E 粗糙導體的趨膚電阻與內部電感的因果關係
附錄F 0．25 μm MOSIS工藝的SPICE Level 3模型
中英文術語對照

前言/序言

《精密互聯：高速數字電路中的信號完整性設計指南》 一、 書籍簡介 在當今飛速發展的電子技術領域，數字信號的速度正以前所未有的姿態飆升。從高性能服務器到智能手機，從通信基站到自動駕駛汽車，無一不依賴於高速數字信號的精確傳輸。然而，伴隨信號速度的提升，傳統的設計方法和經驗已不足以應對隨之而來的復雜挑戰。信號失真、串擾、反射、時序抖動等一係列“信號完整性”（Signal Integrity, SI）問題，如同潛藏在高速電路中的“幽靈”，一旦疏忽，輕則導緻性能下降，重則可能引發係統性失效。 《精密互聯：高速數字電路中的信號完整性設計指南》並非一本探討高級信號完整性技術的書籍，而是旨在為廣大電子工程師、係統設計者以及硬件研發人員提供一套係統、全麵且實用的信號完整性基礎理論與實踐方法。本書將聚焦於理解高速數字電路設計中信號完整性問題的根源，掌握分析和解決這些問題的核心工具與技術，並引導讀者建立起一套完整的信號完整性設計流程。我們相信，隻有深刻理解瞭信號在傳輸路徑上的物理行為，纔能在設計的早期階段就有效規避潛在風險，確保設計的成功與係統的穩定運行。 本書的內容涵蓋瞭從基礎的電磁場理論到復雜的互聯結構分析，從電路仿真工具的使用到實際PCB（Printed Circuit Board，印製電路闆）的設計考量。我們力求以清晰易懂的語言，結閤豐富的實例，將抽象的物理原理具象化，幫助讀者建立直觀的認識。同時，本書也將強調理論與實踐相結閤的重要性，鼓勵讀者將所學知識應用於實際設計中，不斷積纍經驗，提升解決復雜問題的能力。 二、 目錄與內容概述 第一章：高速數字信號的挑戰與信號完整性概述 1.1 數字信號的演進與速度提升的驅動力： 探討摩爾定律、計算需求的增長、通信帶寬的拓展等因素如何推動數字信號速度不斷攀升。 1.2 高速信號傳輸麵臨的物理障礙： 介紹隨著信號頻率升高，傳輸綫效應、寄生效應、互連損耗等問題如何日益顯著。 1.3 信號完整性（SI）的定義與重要性： 明確信號完整性的概念，闡述其對數字係統性能、可靠性及功耗的影響。 1.4 信號完整性問題的常見錶現： 詳細列舉並初步解釋反射、串擾、損耗、抖動、過衝、下衝、振鈴等典型SI問題。 1.5 SI設計在整體硬件設計流程中的位置： 強調SI設計並非獨立環節，而是貫穿於係統架構、原理圖設計、PCB布局布綫、以及生産測試的整個生命周期。 第二章：傳輸綫理論基礎 2.1 電壓和電流在導綫中的傳播： 迴顧電磁波在導波結構中的傳播原理，引入波阻抗的概念。 2.2 理想傳輸綫模型： 介紹長延時綫、集總參數模型和分布式參數模型之間的區彆，重點分析分布參數模型。 2.3 特性阻抗（Characteristic Impedance）： 詳細講解特性阻抗的定義、計算方法（取決於幾何結構和介質屬性），以及其在匹配中的關鍵作用。 2.4 傳輸綫的損耗： 分析導綫電阻損耗（DC和AC）和介質損耗，以及它們對信號衰減的影響。 2.5 傳輸綫的延遲和傳播速度： 解釋信號在傳輸綫上傳播的速度與介電常數的關係，以及延遲對時序的影響。 2.6 阻抗匹配的重要性： 闡述阻抗不匹配導緻的反射，以及匹配的多種策略（源端匹配、終端匹配）。 2.7 史密斯圓圖（Smith Chart）入門（可選）： 簡要介紹史密斯圓圖在阻抗分析中的應用，幫助理解復雜的阻抗變化。 第三章：反射與串擾分析 3.1 反射的産生機製： 深入分析阻抗不連續點（連接器、過孔、器件焊盤、走綫拐角）如何引起信號反射。 3.2 反射對信號的影響： 講解反射引起的電壓和電流畸變，包括振鈴（Ringing）、過衝（Overshoot）和下衝（Undershoot），以及它們對邏輯閾值的影響。 3.3 串擾（Crosstalk）的機理： 分析相鄰信號綫之間的容性耦閤和感性耦閤如何導緻串擾。 3.4 串擾的類型： 區分前嚮串擾（Far-End Crosstalk, FEXT）和近端串擾（Near-End Crosstalk, NEXT），並解釋其特點。 3.5 串擾對信號的影響： 講解串擾如何引入噪聲、導緻時序抖動，甚至引起誤觸發。 3.6 減少反射和串擾的布局布綫技巧： 提供具體的PCB設計建議，如等長綫（Routing），保持差分對的緊密性和平行度，控製走綫間距，使用參考平麵等。 第四章：PCB設計中的信號完整性考慮 4.1 PCB材料的選擇與影響： 介紹不同PCB介質材料（如FR-4, Rogers等）的介電常數、損耗因子以及它們對信號傳播的影響。 4.2 傳輸綫結構的設計： 詳細講解微帶綫（Microstrip）、帶狀綫（Stripline）等典型PCB傳輸綫結構的設計方法，包括綫寬、綫距、層疊結構對阻抗的控製。 4.3 過孔（Via）的SI問題： 分析過孔的寄生電感和電容如何影響信號完整性，以及優化過孔設計（如迴流焊孔，盲/埋孔）的策略。 4.4 連接器和焊盤的SI效應： 討論連接器引腳、焊盤尺寸和形狀對阻抗匹配和信號反射的影響。 4.5 電源完整性（Power Integrity, PI）與信號完整性的關聯： 闡述不穩定的電源會對信號完整性産生怎樣的負麵影響，以及PI設計的核心要素（去耦電容、電源層、地層）。 4.6 PCB布局（Placement）的SI考量： 強調器件位置對信號路徑長度、串擾和時序的影響，如將高速器件靠近，閤理規劃信號流。 4.7 PCB布綫（Routing）的最佳實踐： 詳細介紹直連、避免拐角、差分對布綫、蛇形綫（Stitching/Delay Line）的應用、信號層與參考層的選擇等。 第五章：高速信號完整性仿真與分析工具 5.1 為什麼需要仿真： 解釋在實際製造前進行SI仿真的必要性，以預測和優化設計。 5.2 常見的SI仿真軟件介紹： 簡要介紹業界常用的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： 講解如何從PCB設計數據（Gerber, ODB++等）提取幾何信息，並建立精確的傳輸綫模型。 5.4 S參數（Scattering Parameters）的理解與應用： 介紹S參數如何描述傳輸綫的頻率響應、損耗和匹配特性。 5.5 瞬態仿真（Transient Simulation）： 演示如何進行瞬態仿真，觀察信號波形，分析反射、振鈴、串擾等時域效應。 5.6 損耗分析與眼圖（Eye Diagram）理解： 講解如何通過仿真評估信號的損耗，並解讀眼圖以評估信號質量和時序裕度。 5.7 仿真結果的解讀與設計優化： 指導讀者如何根據仿真結果識彆SI問題，並提齣相應的 PCB 設計修改建議。 第六章：時序與抖動分析 6.1 時序（Timing）基礎： 迴顧建立時間和保持時間（Setup and Hold Times）等基本時序概念。 6.2 信號延遲的纍積效應： 分析多段傳輸綫、邏輯門、時鍾分配網絡等纍積延遲對時序的影響。 6.3 時鍾信號的完整性： 強調時鍾信號作為係統基準的重要性，以及時鍾信號的抖動（Jitter）和占空比失真（Duty Cycle Distortion）的危害。 6.4 抖動（Jitter）的分解與分析： 介紹周期性抖動（PJ）、隨機抖動（RJ）以及它們對接收端判定的影響。 6.5 抖動容忍度（Jitter Tolerance）與抖動預算（Jitter Budget）： 講解如何評估接收器對抖動的容忍能力，以及如何分配係統總抖動預算。 6.6 差分信號（Differential Signaling）的優勢： 探討差分信號如何通過共模噪聲抑製和減小對外部的電磁乾擾來提高信號完整性。 6.7 時序裕度（Timing Margin）的估算與優化： 介紹如何通過分析和仿真來確保有足夠的時序裕度。 第七章：實際案例分析與設計流程 7.1 一個典型的DDR（Double Data Rate）內存接口SI設計挑戰： 分析DDR接口對信號完整性和時序的苛刻要求。 7.2 高速串行總綫（如PCIe, USB）的SI設計要點： 探討不同高速串行總綫的傳輸特性和設計難點。 7.3 EMI（Electromagnetic Interference，電磁乾擾）與SI的聯動： 討論信號完整性設計如何影響係統的EMI性能。 7.4 SI設計流程的建立與優化： 提齣一個完整的SI設計流程，包括需求分析、仿真驗證、PCB設計、以及生産測試中的SI確認。 7.5 SI問題的調試與故障排除： 提供一些在實際硬件調試中遇到SI問題時的排查思路和方法。 三、 目標讀者 本書的目標讀者群包括但不限於： 硬件工程師/PCB設計工程師： 希望深入理解高速信號在PCB上傳輸原理，掌握PCB設計中信號完整性優化的具體方法。 係統工程師： 需要評估和理解不同係統架構下的信號完整性需求，並與硬件團隊進行有效溝通。 嵌入式係統開發者： 關注高性能嵌入式係統設計，理解信號速度對其穩定性的影響。 電子工程專業的學生和教師： 作為學習高速數字電路設計理論和實踐的參考教材。 對電子硬件設計感興趣的技術人員： 希望係統地瞭解信號完整性這一關鍵領域。 四、 本書特色 係統性與全麵性： 從基礎理論到高級概念，從仿真工具到實際設計，本書力求覆蓋信號完整性設計的各個方麵。 強調實踐與工程應用： 結閤大量的工程實例和設計經驗，將理論知識轉化為可操作的設計指導。 圖文並茂，易於理解： 使用清晰的圖示、錶格和公式，幫助讀者直觀地理解抽象的物理概念。 實用性強： 提供的設計技巧和方法均來源於實際工程應用，具有很高的參考價值。 語言精煉，避免冗餘： 專注於核心知識點的講解，力求內容緊湊且信息密度高。 通過閱讀《精密互聯：高速數字電路中的信號完整性設計指南》，您將能夠建立起對信號完整性問題的深刻認識，掌握分析和解決這些問題的核心技能，從而在您未來的高速數字電路設計中，減少反復試錯，提升産品性能和可靠性，並最終實現更精密的互聯與更高效的數字係統。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的閱讀門檻確實不低，它對讀者的預備知識有著相當高的要求。它假定讀者已經熟練掌握瞭傅裏葉分析、矩陣代數以及基本的電磁場理論。如果想“囫圇吞棗”地讀完，很可能會在第三章的互易性原理推導那裏就寸步難行。但正是這種高門檻，保證瞭其內容的純粹性和深度。我花瞭比預期多一倍的時間來消化其中的章節，尤其是在處理多層闆的阻抗匹配和串擾隔離時，書中提齣的特定幾何結構優化方法，那種精妙的設計思路，讓人拍案叫絕。它不像市麵上那些“速成手冊”，堆砌圖錶和公式來營造復雜感，而是將每一個復雜的概念都分解到最基本的物理約束下進行重構。舉個例子，書中對封裝引腳和BGA的過孔效應的討論，不再停留在“過孔是個電容”的簡單描述，而是深入到瞭其寄生電感與迴路麵積的相互作用，如何影響高頻電流的迴流路徑完整性，這種層層遞進的剖析，徹底顛覆瞭我對“簡單”互連的認知。這本書更像是為那些已經“入門”，渴望邁入“精通”大門的工程師準備的“內功心法”。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和圖錶質量，在同類技術書籍中絕對是頂級的。清晰的綫條、精準的標注，以及那些經過精心繪製的截麵圖和波形示意圖，極大地幫助瞭抽象概念的可視化。我特彆喜歡作者在引入新概念時，總是先用一個實際的工程案例來做鋪墊，然後再引入理論模型進行嚴謹的論證。例如，在講解眼圖的裕度分析時，它沒有直接給齣公式，而是先展示瞭一個在不同碼率下，因反射和抖動導緻眼圖完全閉閤的真實案例圖，然後纔迴溯去解釋是什麼物理機製導緻瞭這種災難性的結果。這種“結果導嚮”的教學方法，極大地增強瞭閱讀的代入感和學習的動力。此外，書中大量的參考文獻和注釋係統，也展現瞭作者嚴謹的學術態度，如果遇到某些推導特彆費解的地方，讀者可以方便地追溯到原始的學術論文去深入瞭解。這使得這本書不僅是一本工具書，更是一份高質量的、可供進一步研究的知識索引。對於希望在信號完整性領域深耕，並最終發錶研究成果的讀者來說，其參考價值無可替代。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計得非常有衝擊力，那種深邃的藍色和銀色的字體搭配，立刻讓人感覺到它內容的專業性和深度。我最初拿到這本書，是衝著它標題裏“高級”二字去的，畢竟基礎理論在網上可以找到很多，但真正能觸及到設計前沿、能解決實際工程中那些“疑難雜癥”的係統性論述，纔是真正稀缺的資源。這本書的內容組織結構極其嚴謹，仿佛是在為一位經驗豐富的工程師量身定製的進階指南。它沒有花費篇幅去解釋歐姆定律或基礎的傳輸綫理論，而是直接切入到瞭高速設計中那些令人頭疼的非理想效應。比如，關於串擾的建模和分析部分，作者似乎用瞭非常巧妙的數學工具，將復雜的耦閤效應分解成瞭幾個易於理解的模型，這對於我後續在實際PCB布局中進行容限估算，提供瞭非常堅實的理論後盾。特彆是對於S參數在時域和頻域中的轉換與應用，書中的闡述深入淺齣，遠超我以往閱讀過的任何教材，真正做到瞭將理論的嚴謹性與工程實踐的直觀性完美結閤。讀完關於電源完整性（PI）的章節後，我立刻迴去優化瞭我正在進行的一個項目中的去耦電容布局策略，效果立竿見影，係統的抖動（Jitter）指標有瞭顯著改善。這本書的價值，就在於它能把那些看似玄乎的“魔術”，用清晰的物理和數學原理揭示齣來。

評分☆☆☆☆☆

當我翻閱這本書時，最讓我感到驚喜的是它對於“遺留問題”和“邊緣案例”的處理方式。很多教科書為瞭追求體係的完美，往往會忽略那些在實際生産環境中，由於公差、材料波動或非綫性效應導緻的性能衰減。這本書則不然，它似乎洞察瞭工程師在麵對復雜係統時會遇到的所有陷阱。比如，書中詳細分析瞭在超高速率下，介質損耗（Dielectric Loss）和導體錶麵粗糙度（Surface Roughness）對信號衰減的綜閤影響，並且給齣瞭如何在不同頻率點上權衡這兩種損耗的實用準則。這對於我們使用高Tg、低損耗材料進行新一代服務器主闆設計時，提供瞭關鍵的決策依據。我特彆欣賞作者在介紹仿真工具的使用方法時，那種不偏不倚的態度，既肯定瞭商業軟件的強大，又指齣瞭其模型局限性，引導讀者思考“仿真結果是否可信”這一核心問題。它不是簡單地教你點鼠標，而是教你如何像一個物理學傢一樣去解讀仿真數據背後的真實世界。這種對工程哲學的探討，讓我感覺自己不再是簡單的操作員，而是一個真正的係統架構師。這本書的閱讀體驗，更像是與一位身經百戰的導師進行一對一的深度交流，每一頁都充滿瞭實踐的重量。

評分☆☆☆☆☆

我發現這本書最獨特的一點是它對“設計流程迭代”的深刻理解。它不僅僅提供瞭如何“做對”的方法論，更重要的是，它揭示瞭在不同設計階段（概念、預布局、布局、驗證）中，信號完整性問題的優先級和處理手段是如何動態變化的。比如，在概念設計階段，它強調的是材料選擇和層疊結構的宏觀決策；到瞭後期的布局階段，則聚焦於T型點、Stub的優化和特定IC的I/O模型匹配。這種隨時間推移的知識結構，幫助我構建瞭一個完整的“信號完整性生命周期管理”思維框架。它教會我的不是一堆孤立的技術點，而是一套係統性的解決問題的思維鏈條。許多其他書籍會把所有知識點一股腦地拋給你，讓你在實戰中自行摸索如何組閤使用，而這本《高級信號完整性技術》則像是為你繪製瞭一張清晰的“作戰地圖”，標明瞭在什麼時間和地點，應該使用哪種武器。對於任何一個負責復雜高速闆卡端到端性能交付的工程師而言，這本書絕對是案頭不可或缺的參考寶典。

評分☆☆☆☆☆

不錯，挺好的～

評分☆☆☆☆☆

物流速度快，618買的，價格實惠，送貨上門，可以的，速度很贊?

評分☆☆☆☆☆

還可以 比較快。。。。。。

評分☆☆☆☆☆

翻譯實在太差瞭，邏輯混亂。

評分☆☆☆☆☆

很好的東西，下次還會買

評分☆☆☆☆☆

不錯，書講的很不錯……

評分☆☆☆☆☆

很好的東西，下次還會買

評分☆☆☆☆☆

書是好東西，但是收到書籍非常髒

評分☆☆☆☆☆

不錯，挺好的～