正版新书--PCB电流与信号完整性设计 (美)布鲁克斯,丁扣宝,韩雁 机械工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美布鲁克斯，丁扣宝，韩雁 著

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• PCB设计
• 信号完整性
• 电流完整性
• 高速电路
• 电子工程
• 布线
• EMC
• EMI
• 机械工业出版社
• 丁扣宝

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111499978

商品编码：29481105315

包装：平装

出版时间：2015-06-01

基本信息

书名：PCB电流与信号完整性设计

定价：49.00元

作者：(美)布鲁克斯,丁扣宝,韩雁

出版社：机械工业出版社

出版日期：2015-06-01

ISBN：9787111499978

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书着重物理概念，避免复杂的数学推导，阐述了基本电路的电流源、电流造成的信号完整性问题，以及如何解决串扰和电磁干扰问题。主要内容包括：温度、PCB传输线、反射、耦合电流、功率分配、趋肤效应、介电损耗和通孔等，并给出了每个常见问题的实用设计方案。本书适合作为电子与通信工程及其相关专业的教材。对于从事集成电路设计、系统设计的工程技术人员来说也是一本很好的参考书。

目录

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出版者的话
译者序
前言
部分 电流的性质
　章 电子和电荷
　　1.1 电子流
　　1.2 原子结构
　　1.3 绝缘体
　　1.4 电荷场
　　1.5 磁场
　　1.6 驱动电流的力
　　1.7 电压与电流
　　1.8 电流方向
　　1.9 半导体空流
第2章 基本的电流概念
　　2.1 电流类型
　　2.2 传播速度
　　2.3 电路的时序问题
　　2.4 电流的度量
　　2.5 测量技术
　　2.6 热、噪声和电流阈值
　第3章 基本的电流定律
　　3.1 电流在回路中流动
　　3.2 回路中的电流处处恒定
　　3.3 欧姆定律
　　3.4 基尔霍夫定律
　　3.5 基尔霍夫第二定律
第二部分 基本电路中电流的流动
　第4章 电阻电路
　　4.1 电阻率
　　4.2 电阻的电流和相位
　　4.3 串联电阻
　　4.4 并联电阻
　　4.5 功率和能量
　　4.6 电阻分压器
　第5章 电抗电路：电容器和电容
　　5.1 电容的性质
　　5.2 电容的定义
　　5.3 电流'通过'电容器
　　5.4 AC电流'通过'电容器
　　5.5 位移电流
　　5.6 电容的欧姆定律
　　5.7 容抗与频率的关系图
　　5.8 电容的相移
　　5.9 电容器的组合形式
　　5.10 电容器功耗
　　5.11 电容公式
　第6章 电抗电路：电感器和电感
　　6.1 电感的性质
　　6.2 电感的定义
　　6.3 DC电流'通过'电感器
　　6.4 AC电流'通过'电感器
　　6.5 电感的欧姆定律
　　6.6 感抗与频率的关系图
　　6.7 电感相移
　　6.8 电感器的组合形式
　　6.9 电感器功耗
　　6.10 电感的一般公式
　　6.11 趋肤效应
　第7章 电抗电路：谐振
　　7.1 串联谐振
　　7.2 并联谐振
　第8章 阻抗
　　8.1 阻抗的含义
　　8.2 阻抗的大小
　　8.3 阻抗相位
　　8.4 串联RLC电路示例
　　8.5 并联RLC电路示例
　　8.6 功率因数
　　8.7 谐振时的RLC电路
　　8.8 谐振点附近R的影响
　　8.9 阻抗的组合形式
　第9章 实际元件和寄生效应
　　9.1 电阻器
　　9.2 电感器
　　9.3 电容器
　　9.4 元件间的耦合
　　9.5 自谐振
　0章 时间常数和滤波器
　　10.1 RC时间常数
　　10.2 L/R时间常数
　　10.3 RC滤波器
　　10.4 品质因数Q
　1章 变压器
　　11.1 磁场回顾
　　11.2 耦合效率-铁心
　　11.3 耦合效率-频率限制
　　11.4 耦合效应-匝数比
　　11.5 电流和阻抗比
　　11.6 变压器损失和效率
　　11.7 绕组极性：楞次定律
　2章 差分电流
　　12.1 概念
　　12.2 一些说明
　　12.3 差模和共模（奇模和偶模）
　　12.4 模式转移或转换
　3章 半导体
　　13.1 电子壳层回顾
　　13.2 半导体掺杂
　　13.3 半导体二极管结
　　13.4 齐纳二极管
　　13.5 通过二极管的电流
　　13.6 双极晶体管
　　13.7 场效应晶体管
第三部分 电压源和电流源
　4章 电压源和电流源
　　14.1 基本电压源和电流源
　　14.2 理想电压源和电流源
　　14.3 等效电路
第四部分 电路板上的电流
　5章 电流在电路板上的流动
　　15.1 信号电流
　　15.2 电源电流
　　15.3 返回电流
　6章 电流和走线温度
　　16.1 基本概念
　　16.2 历史背景
　　16.3 各种关系
　　16.4 熔断电流
　7章 电流反射
　　17.1 一个命题
　　17.2 基本问题
　　17.3 临界长度
　　17.4 传输线
　　17.5 终端
　　17.6 反射系数
　　17.7 耦合影响阻抗的方式
　　17.8 电流如何流动
　　17.9 差分电流如何流动
　8章 耦合电流/EMI/串扰
　　18.1 基本概念
　　18.2 天线
　　18.3 EMI
　　18.4 串扰
　9章 电流分布和旁路电容
　　19.1 问题的本质
　　19.2 传统方法
　　19.3 电源分布阻抗方法
　　19.4 采用哪种方法
　第20章 随频率变化的电阻和有损传输线
　　20.1 趋肤效应
　　20.2 介质损耗
　　20.3 传输线损耗
　第21章 电流和过孔
　　21.1 过孔功耗
　　21.2 过孔电感
　　21.3 过孔特征阻抗
　　21.4 过孔内的反射
　　21.5 盲孔和埋孔
　第22章 电流和信号完整性
　　22.1 历史视角
　　22.2 PCB设计规则
　　22.3 差分走线设计规则
　　22.4 过孔设计规则
　　22.5 相信这些设计规则的原因
　附录A 电流和麦克斯韦
　附录B 眼图
　附录C 电路板的消亡

作者介绍

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文摘

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序言

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《PCB电流与信号完整性设计》—— 打造高速、可靠电子产品的基石 在当今电子产品飞速发展的时代，PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）作为电子元器件的载体和电路的连接者，其设计的好坏直接关系到整个产品的性能、稳定性和可靠性。尤其是随着电子设备集成度的不断提高，信号传输速度的急剧攀升，PCB设计中对电流和信号完整性的考量变得尤为重要。任何细微的疏忽都可能导致信号失真、串扰、电磁干扰（EMI）等问题，轻则影响产品性能，重则导致产品失效。 《PCB电流与信号完整性设计》一书，正是为了应对这一挑战而诞生的。它并非一本泛泛而谈的概论性著作，而是深入剖析PCB设计中电流分布和信号传输过程中的关键物理原理，并在此基础上提供了一套系统、详实的设计方法论和实践指南。本书旨在帮助工程师们掌握理解和解决PCB设计中复杂问题的能力，从而设计出满足严苛性能要求的高速、高频、高密度电子产品。 深入理解电流分布的学问：电源完整性 在电子系统中，稳定可靠的电源供应是所有电路正常工作的先决条件。PCB上的电流路径往往并非理想的低阻抗导线，而是具有一定的阻抗。当高速开关电路工作时，瞬态电流会在这些路径上产生电压跌落（IR Drop）和地弹（Ground Bounce）等现象，这些都会直接影响到芯片的供电电压，进而引发各种性能问题，如时序错误、逻辑翻偏、甚至误判。 本书首先从电磁场和传输线理论入手，详细阐述了PCB走线、过孔、焊盘等结构如何影响电流的分布和阻抗。它会细致地分析电源层、地层以及信号层之间的耦合关系，以及这些耦合如何影响信号的完整性。读者将学习到如何计算走线的直流和交流阻抗，理解电容和电感在电源分配网络（PDN）中的作用。 特别地，书中会深入探讨电源完整性（Power Integrity, PI）的设计要点。这包括： PDN阻抗的优化： 如何通过合理的电源层/地层设计、去耦电容的选型和布局，有效降低PDN的阻抗，确保芯片在任何工作状态下都能获得稳定、纯净的电源。书中会详细讲解不同类型去耦电容（陶瓷电容、钽电容、电解电容）的特性、 ESR（等效串联电阻）和 ESL（等效串联电感）的影响，以及如何根据工作频率选择最优的去耦电容组合和布局策略。 IR Drop的分析与缓解： 介绍如何使用仿真工具进行IR Drop分析，以及在设计阶段如何通过增加电源/地走线的宽度、采用多层电源/地平面、优化过孔设计等方法来最小化IR Drop。 地弹的产生机制与抑制： 解释高频信号开关时，地电流回流路径上的电感效应如何导致地弹，并提供诸如增加地平面密度、优化地过孔设计、合理划分地平面等抑制地弹的有效措施。 电源/地平面之间的耦合： 分析电源和地平面之间的电容耦合如何影响信号完整性，以及如何通过调整平面之间的距离和介电常数来优化耦合效果。 通过对这些内容的学习，工程师们将能够建立起对电源完整性设计的深刻理解，掌握主动预防和解决电源相关问题的能力，为电子产品的稳定运行打下坚实的基础。 精益求精的信号传输：信号完整性 信号完整性（Signal Integrity, SI）是PCB设计中另一个至关重要的环节。随着信号传输速率的提高，PCB走线不再是简单的导线，而是变成了复杂的传输线。信号在传输过程中会受到多种因素的影响，如阻抗失配、反射、串扰、损耗、时序偏差等。这些问题一旦出现，将导致信号波形失真，如过冲、下冲、振铃、时钟抖动等，严重影响数据的正确传输和电路的正常工作。 本书对信号完整性进行了系统性的阐述，从基础的传输线理论讲起，逐步深入到实际设计中的各种挑战。读者将学习到： 传输线理论与阻抗匹配： 详细讲解传输线模型（RLCG模型），理解阻抗、传播延迟、衰减等参数的意义。重点介绍阻抗匹配的必要性，以及如何在PCB设计中实现严格的阻抗控制，包括走线宽度、层叠结构、介质损耗等。 反射的产生与消除： 分析阻抗不匹配如何导致信号反射，以及反射如何影响信号质量。书中会介绍使用终端匹配（串联匹配、并联匹配）等方法来消除反射，并提供具体的计算和仿真指导。 串扰的机理与抑制： 深入剖析同层、跨层以及电源/地平面之间的串扰是如何产生的。读者将学习到诸如增加走线间距、采用差分对设计、优化信号层与电源/地平面之间的关系、利用地隔离等多种抑制串扰的有效手段。 信号损耗的分析与补偿： 讲解介质损耗和导体损耗对信号衰减的影响，尤其是在高频应用中。书中会介绍如何评估信号损耗，以及如何通过选择低损耗介质材料、优化走线长度、采用信号衰减补偿技术来改善信号质量。 时序和抖动分析： 解释信号传播延迟的变化如何影响时序，以及抖动（Jitter）对高速数字信号的影响。书中会介绍时序预算的概念，以及如何通过优化设计来减小时序误差和抖动。 差分信号设计： 详细讲解差分信号的优势，如抗干扰能力强、信噪比高，以及差分对的布局布线规则，包括等长、等距、对称等设计要点。 实践导向的设计方法与工具 理论知识的掌握固然重要，但将其转化为实际的设计能力则需要扎实的实践经验和有效的工具。本书并非仅仅停留在理论层面，而是强调实践导向的设计方法。 仿真工具的应用： 详细介绍如何利用业界主流的PCB设计和仿真工具，如Allegro/OrCAD、Altium Designer、HyperLynx等，对PCB进行电源完整性和信号完整性仿真。书中会指导读者如何建立准确的仿真模型，设置仿真参数，以及如何解读仿真结果，并基于仿真结果优化设计。 设计规则的建立与检查： 强调建立一套完善的设计规则（Design Rules）对于确保PCB设计质量的重要性。书中会提供一些通用的设计规则模板，并指导读者如何根据具体项目需求进行定制。同时，会介绍如何利用设计规则检查（DRC）工具来验证设计的合规性。 典型案例分析： 通过分析一些实际的PCB设计案例，书中会生动地展示如何将理论知识应用于解决实际问题。这些案例将涵盖高速存储器接口、CPU接口、射频电路等不同场景，为读者提供宝贵的参考。 EMC/EMI的初步考虑： 虽然本书的重点是电流和信号完整性，但书中也会涉及EMC/EMI（电磁兼容/电磁干扰）的初步考虑。由于良好的电流和信号完整性设计是实现EMC/EMI设计的基础，书中会指出如何通过优化PI/SI设计来减少电磁辐射和提高抗干扰能力。 目标读者群 本书适合于所有从事PCB设计、硬件开发、嵌入式系统设计的工程师，包括： PCB Layout工程师： 掌握书中内容，能够设计出满足高速、高频要求的PCB。 硬件工程师： 深入理解PCB设计对整体电路性能的影响，能够与Layout工程师进行更有效的沟通，共同解决设计难题。 嵌入式系统工程师： 了解高速信号在PCB上的传输特性，有助于更好地理解和调试嵌入式设备。 电子工程专业的学生： 作为学习PCB设计和信号完整性的优秀教材，为未来的职业生涯打下坚实基础。 对电子产品设计感兴趣的爱好者： 能够系统地了解现代电子产品设计背后的关键技术。 结语 《PCB电流与信号完整性设计》不仅是一本技术手册，更是一本思维工具。它引导读者跳出传统的“连接”思维，深入理解电子信号在物理世界中的行为。通过掌握书中阐述的原理和方法，工程师们将能够更自信、更高效地应对日益复杂的电子产品设计挑战，设计出性能卓越、稳定可靠的电子产品，从而在竞争激烈的市场中脱颖而出。这本精心编写的著作，必将成为您PCB设计领域不可或缺的宝贵资源。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我留下了深刻的印象，简洁却又不失专业感。我一直对PCB设计领域有着浓厚的兴趣，尤其是在处理复杂电路时，对电流和信号完整性的理解至关重要。虽然我还没有深入阅读这本书的内容，但从其书名和作者的知名度来看，我对其内容充满了期待。特别是“PCB电流与信号完整性设计”这个主题，是当前电子产品小型化、高性能化趋势下不可或缺的关键技术。我希望这本书能提供一套系统性的理论框架，并辅以大量的实例和实操指导，帮助读者理解电流分布、信号耦合、阻抗匹配、EMI/EMC等核心概念，并掌握相应的分析和优化方法。我相信，一本好的技术书籍不仅能传授知识，更能激发读者的思考和创新能力，我期待这本书能成为我PCB设计之路上的良师益友。

评分☆☆☆☆☆

在翻阅这本书的目录和封面时，我被它所涵盖的深度和广度所吸引。作为一个初学者，我一直为PCB设计中的信号完整性问题感到头疼，常常在实际操作中遇到各种难以解释的现象。这本书的书名直接点明了核心问题，让我看到了解决这些困境的希望。我特别关注书中是否会深入讲解高速信号传输的原理，比如时域和频域的分析方法，以及如何通过合理的布局布线来抑制反射、串扰和振铃。此外，我对书中关于电源完整性的论述也很感兴趣，毕竟稳定可靠的电源是所有电路正常工作的基石。如果这本书能够结合最新的EDA工具和设计流程，提供一些实用的技巧和最佳实践，那将是极大的帮助。我希望这本书能够用清晰易懂的语言，避免过于晦涩的理论，让像我这样的初学者也能循序渐进地掌握这些复杂的概念。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，PCB设计不仅仅是画图，更是对物理规律的深刻理解和巧妙运用。尤其是在处理高频信号和高密度电路时，信号的完整性与电流的合理分配是决定产品成败的关键。这本书的书名直接切中了这一核心痛点，这让我对它寄予厚望。我希望书中能够详细阐述诸如信号耦合、阻抗控制、差分信号设计、电源去耦等一系列重要的信号完整性设计原则，并给出具体的计算公式和设计指南。同时，对于电流分布方面，我也希望它能涉及如何通过合理的布线和过孔设计，减小电流密度，避免热点产生，以及如何处理地弹效应和电源噪声等问题。如果书中能提供一些实际的设计案例，分析常见的信号完整性失效模式及其规避方法，那就更加完美了。

评分☆☆☆☆☆

作为一名硬件工程师，我深知在现代电子产品设计中，PCB设计的重要性日益凸显。尤其是在追求高性能和小型化的过程中，信号完整性和电流分布的优化变得尤为关键。这本书的书名“PCB电流与信号完整性设计”恰好触及了我的专业需求。我期待这本书能够深入探讨高速信号传输中的各种挑战，例如反射、串扰、时序抖动等，并提供切实可行的解决方案。同时，我也希望书中能够详细讲解电流的分布规律，以及如何通过合理的PCB布局布线来确保电源的稳定性和可靠性，避免出现电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）问题。如果书中能包含一些实用的设计工具的使用指导，以及针对不同应用场景的案例分析，那将是极大的福利，能帮助我更好地应对实际工作中的复杂问题。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版在我的意料之中，因为当前电子行业的飞速发展对PCB设计提出了越来越高的要求。特别是随着集成电路的性能不断提升，信号传输的速度也越来越快，信号完整性问题变得尤为突出。作为一名资深的PCB工程师，我深知在实际项目中，如何有效控制电流分布和保证信号完整性，直接关系到产品的稳定性和性能。因此，一本能够系统性地梳理和讲解这些关键技术的书籍，对于行业内的从业人员来说，具有极高的参考价值。我期待这本书能够提供一些前沿的分析工具和仿真方法，以及一些针对不同应用场景的优化策略。同时，我也希望书中能够包含一些具有代表性的案例分析，通过实际问题的解决过程，加深读者对理论知识的理解和应用。