PCB電流與信號完整性設計 機械工業齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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美布魯剋斯，丁扣寶，韓雁 著

圖書標籤:

• PCB設計
• 信號完整性
• 電流完整性
• 高速電路
• 電磁兼容性
• PCB分析
• 電路設計
• 機械工業齣版社
• 電子工程
• SMT

店鋪： 北京群洲文化專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111499978

商品編碼：29482836357

包裝：平裝

齣版時間：2015-06-01

基本信息

書名：PCB電流與信號完整性設計

定價：49.00元

作者：(美)布魯剋斯,丁扣寶,韓雁

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2015-06-01

ISBN：9787111499978

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書著重物理概念，避免復雜的數學推導，闡述瞭基本電路的電流源、電流造成的信號完整性問題，以及如何解決串擾和電磁乾擾問題。主要內容包括：溫度、PCB傳輸綫、反射、耦閤電流、功率分配、趨膚效應、介電損耗和通孔等，並給齣瞭每個常見問題的實用設計方案。本書適閤作為電子與通信工程及其相關專業的教材。對於從事集成電路設計、係統設計的工程技術人員來說也是一本很好的參考書。

目錄

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齣版者的話
譯者序
前言
部分 電流的性質
　章 電子和電荷
　　1.1 電子流
　　1.2 原子結構
　　1.3 絕緣體
　　1.4 電荷場
　　1.5 磁場
　　1.6 驅動電流的力
　　1.7 電壓與電流
　　1.8 電流方嚮
　　1.9 半導體空穴流
第2章 基本的電流概念
　　2.1 電流類型
　　2.2 傳播速度
　　2.3 電路的時序問題
　　2.4 電流的度量
　　2.5 測量技術
　　2.6 熱、噪聲和電流閾值
　第3章 基本的電流定律
　　3.1 電流在迴路中流動
　　3.2 迴路中的電流處處恒定
　　3.3 歐姆定律
　　3.4 基爾霍夫定律
　　3.5 基爾霍夫第二定律
第二部分 基本電路中電流的流動
　第4章 電阻電路
　　4.1 電阻率
　　4.2 電阻的電流和相位
　　4.3 串聯電阻
　　4.4 並聯電阻
　　4.5 功率和能量
　　4.6 電阻分壓器
　第5章 電抗電路：電容器和電容
　　5.1 電容的性質
　　5.2 電容的定義
　　5.3 電流'通過'電容器
　　5.4 AC電流'通過'電容器
　　5.5 位移電流
　　5.6 電容的歐姆定律
　　5.7 容抗與頻率的關係圖
　　5.8 電容的相移
　　5.9 電容器的組閤形式
　　5.10 電容器功耗
　　5.11 電容公式
　第6章 電抗電路：電感器和電感
　　6.1 電感的性質
　　6.2 電感的定義
　　6.3 DC電流'通過'電感器
　　6.4 AC電流'通過'電感器
　　6.5 電感的歐姆定律
　　6.6 感抗與頻率的關係圖
　　6.7 電感相移
　　6.8 電感器的組閤形式
　　6.9 電感器功耗
　　6.10 電感的一般公式
　　6.11 趨膚效應
　第7章 電抗電路：諧振
　　7.1 串聯諧振
　　7.2 並聯諧振
　第8章 阻抗
　　8.1 阻抗的含義
　　8.2 阻抗的大小
　　8.3 阻抗相位
　　8.4 串聯RLC電路示例
　　8.5 並聯RLC電路示例
　　8.6 功率因數
　　8.7 諧振時的RLC電路
　　8.8 諧振點附近R的影響
　　8.9 阻抗的組閤形式
　第9章 實際元件和寄生效應
　　9.1 電阻器
　　9.2 電感器
　　9.3 電容器
　　9.4 元件間的耦閤
　　9.5 自諧振
　0章 時間常數和濾波器
　　10.1 RC時間常數
　　10.2 L/R時間常數
　　10.3 RC濾波器
　　10.4 品質因數Q
　1章 變壓器
　　11.1 磁場迴顧
　　11.2 耦閤效率-鐵心
　　11.3 耦閤效率-頻率限製
　　11.4 耦閤效應-匝數比
　　11.5 電流和阻抗比
　　11.6 變壓器損失和效率
　　11.7 繞組極性：楞次定律
　2章 差分電流
　　12.1 概念
　　12.2 一些說明
　　12.3 差模和共模（奇模和偶模）
　　12.4 模式轉移或轉換
　3章 半導體
　　13.1 電子殼層迴顧
　　13.2 半導體摻雜
　　13.3 半導體二極管結
　　13.4 齊納二極管
　　13.5 通過二極管的電流
　　13.6 雙極晶體管
　　13.7 場效應晶體管
第三部分 電壓源和電流源
　4章 電壓源和電流源
　　14.1 基本電壓源和電流源
　　14.2 理想電壓源和電流源
　　14.3 等效電路
第四部分 電路闆上的電流
　5章 電流在電路闆上的流動
　　15.1 信號電流
　　15.2 電源電流
　　15.3 返迴電流
　6章 電流和走綫溫度
　　16.1 基本概念
　　16.2 曆史背景
　　16.3 各種關係
　　16.4 熔斷電流
　7章 電流反射
　　17.1 一個命題
　　17.2 基本問題
　　17.3 臨界長度
　　17.4 傳輸綫
　　17.5 終端
　　17.6 反射係數
　　17.7 耦閤影響阻抗的方式
　　17.8 電流如何流動
　　17.9 差分電流如何流動
　8章 耦閤電流/EMI/串擾
　　18.1 基本概念
　　18.2 天綫
　　18.3 EMI
　　18.4 串擾
　9章 電流分布和旁路電容
　　19.1 問題的本質
　　19.2 傳統方法
　　19.3 電源分布阻抗方法
　　19.4 采用哪種方法
　第20章 隨頻率變化的電阻和有損傳輸綫
　　20.1 趨膚效應
　　20.2 介質損耗
　　20.3 傳輸綫損耗
　第21章 電流和過孔
　　21.1 過孔功耗
　　21.2 過孔電感
　　21.3 過孔特徵阻抗
　　21.4 過孔內的反射
　　21.5 盲孔和埋孔
　第22章 電流和信號完整性
　　22.1 曆史視角
　　22.2 PCB設計規則
　　22.3 差分走綫設計規則
　　22.4 過孔設計規則
　　22.5 相信這些設計規則的原因
　附錄A 電流和麥剋斯韋
　附錄B 眼圖
　附錄C 電路闆的消亡

作者介紹

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文摘

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序言

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電子係統設計的奧秘：從微觀到宏觀的深度解析 在當今這個科技飛速發展的時代，電子産品已滲透到我們生活的方方麵麵。智能手機、高性能計算機、先進的醫療設備、甚至是無人駕駛汽車，其核心都離不開精密的電子綫路設計。而要實現這些復雜電子係統的穩定、高效運行，我們必須深入理解並精通“PCB電流與信號完整性設計”這一關鍵領域。本書旨在為讀者提供一個全麵、深入的視角，揭示電子係統設計中那些不容忽視的微觀細節與宏觀影響，從而助力工程師們突破設計瓶頸，邁嚮卓越。 一、電磁場的語言：電流與信號傳播的基礎 理解PCB設計，首先要理解電流的本質。電流並非僅僅是導綫中電子的簡單流動，它本質上是電磁場的運動。當電流在導綫中流動時，會産生與其相關的磁場；而變化的磁場又會在導綫中感應齣電場，進而影響電流的走嚮。這種相互作用，構成瞭我們所稱的電磁現象。 在PCB設計中，我們常常需要處理高頻信號。高頻信號的傳播特性與低頻信號有著顯著的差異。在低頻時，我們可以近似地將導綫視為純粹的電阻，電流的分布也相對均勻。然而，隨著頻率的升高，導綫的電感和電容效應變得愈發顯著，導綫不再是簡單的電阻，而是成為瞭一個具有傳輸綫特性的結構。此時，電流的分布將不再均勻，而是沿著導綫以波的形式傳播。 理解這種電磁場的語言，需要我們掌握一些基礎概念： 電場與磁場： 電荷産生電場，運動的電荷（電流）産生磁場。變化的電場和磁場是相互依存、相互激發的。 麥剋斯韋方程組： 這是描述電磁場行為的數學基石，它揭示瞭電場、磁場、電荷密度和電流密度之間的精確關係。雖然在實際PCB設計中，我們不一定需要直接求解麥剋斯韋方程組，但理解其內在邏輯對於深入理解信號傳播至關重要。 傳輸綫理論： 當信號的上升沿（或下降沿）時間與信號在導綫上傳播所需的時間相比，不再可以忽略不計時，導綫就必須被視為傳輸綫。傳輸綫理論描述瞭信號在導綫中的傳播速度、阻抗、反射等現象。 二、信號的忠實傳遞：信號完整性的核心挑戰 “信號完整性”（Signal Integrity, SI）是指信號在傳輸過程中，其波形能夠準確、完整地保持，到達接收端時沒有失真或降級。在高速數字電路中，信號的上升沿和下降沿通常非常快，這使得信號的傳播過程更加復雜。一旦信號完整性齣現問題，即使電路在物理上連接正確，也可能導緻係統運行不穩定，齣現邏輯錯誤，甚至無法正常工作。 導緻信號完整性問題的關鍵因素包括： 反射： 當信號在傳輸綫上遇到阻抗不匹配的點時（例如，傳輸綫末端沒有正確端接，或者連接器、元件焊盤的阻抗與傳輸綫不匹配），部分信號能量會沿著傳輸綫反嚮傳播，形成反射。這些反射會與原始信號疊加，導緻信號波形失真，産生過衝（overshoot）、下衝（undershoot）和振鈴（ringing），嚴重時會使接收器誤判邏輯電平。 串擾（Crosstalk）： 當兩條或多條信號綫靠得很近時，一條信號綫上的快速變化會通過電場和磁場耦閤，在另一條信號綫上感應齣噪聲信號，這種現象稱為串擾。串擾會影響接收信號的準確性，尤其是在信號綫上存在高速切換信號時。 損耗（Loss）： 信號在傳輸過程中會因為導綫的電阻、介質的介電損耗以及輻射損耗而衰減。頻率越高，損耗通常越大。這會導緻信號幅度減小，上升沿變緩，進而影響信號的接收。 地彈（Ground Bounce）和電源噪聲（Power Supply Noise）： 當大量器件同時發生邏輯翻轉時，會從電源和地平麵抽取瞬時大電流。由於電源和地平麵存在一定的阻抗，會導緻電源和地平麵的電位發生瞬時波動，即“地彈”和“電源噪聲”。這些噪聲會耦閤到信號綫，影響信號的完整性。 時序問題： 信號完整性問題還會影響信號到達接收端的時間，導緻時序錯誤。例如，反射可能導緻信號延遲，而串擾也可能引入不確定的延遲。 三、PCB設計中的關鍵實踐：從布局到布綫 要實現良好的信號完整性，需要在PCB設計的每一個環節都加以重視。 元件布局（Placement）： 元件的布局對信號完整性有著至關重要的影響。 高速信號路徑最短化： 盡可能縮短高速信號的走綫長度，減少傳輸綫的影響。 敏感元件遠離噪聲源： 將對噪聲敏感的元件（如低電平邏輯、ADC等）遠離高頻開關器件、時鍾發生器等噪聲源。 匹配阻抗元件靠近： 對於需要阻抗匹配的元件，如高速接口的差分信號對，其端接電阻或電容應盡可能靠近元件。 電源和地平麵規劃： 劃分清晰、完整的電源和地平麵，為高速信號提供良好的參考平麵，降低阻抗，減少共模噪聲。 走綫策略（Routing）： 走綫是信號完整性的直接體現。 等長處理： 對於差分信號對、多組並行的時鍾信號等，需要進行等長處理，確保信號到達接收端的時間差在容許範圍內。 控製阻抗： 根據信號的特性和PCB疊層結構，精確控製走綫的特徵阻抗，確保與驅動端和接收端的阻抗匹配。這通常需要遵循PCB廠商提供的疊層參數，並使用阻抗計算工具。 避免銳角彎摺： 銳角彎摺會改變走綫的阻抗，引起信號反射，應盡量使用圓弧或45度角彎摺。 避免並行走綫過長： 長距離的並行走綫是串擾的主要來源。當不可避免時，應增加綫間距，或在它們之間插入地綫（guard trace）。 地綫迴流路徑： 信號在傳輸綫上傳播時，電流會在參考平麵上形成迴流。確保信號綫有連續、低阻抗的地綫迴流路徑，可以有效抑製串擾和減少地彈。避免信號綫跨越不同的參考平麵。 差分信號設計： 差分信號通過發送和接收兩個極性相反的信號來抑製共模噪聲，提高抗乾擾能力。差分走綫需要嚴格保持等長、等距，並且與地綫緊密耦閤。 電源完整性（Power Integrity, PI）： 電源係統的穩定性直接影響著電路的正常工作。 去耦電容（Decoupling Capacitors）： 在靠近IC芯片的電源和地引腳處放置不同容值的去耦電容，用於濾除電源噪聲，補償電源綫上的瞬態壓降，為芯片提供穩定的電源。 電源分配網絡（PDN）設計： 設計低阻抗的電源分配網絡，包括電源層、地層、過孔等，確保所有器件都能獲得穩定、乾淨的電源。 電源和地平麵的完整性： 保持電源和地平麵的連續性和低阻抗，可以有效抑製地彈和電源噪聲。 四、仿真與驗證：確保設計的可靠性 在實際的PCB設計流程中，仿真和驗證是必不可少的環節。 電磁場仿真： 利用專業的電磁場仿真軟件（如Ansys HFSS, CST Studio Suite等），可以對PCB走綫、疊層結構、元件封裝等進行精確的電磁場分析，預測信號在傳輸過程中的反射、串擾、損耗等現象，提前發現潛在的信號完整性問題。 SPICE仿真： 對於電路層麵的信號行為分析，可以使用SPICE仿真器模擬電路在不同激勵下的響應，評估元件的性能和信號的動態特性。 PCB設計軟件內置SI/PI工具： 許多主流的PCB設計軟件（如Altium Designer, Cadence Allegro等）都集成瞭信號完整性和電源完整性分析工具，可以幫助工程師在設計過程中進行初步的檢查和評估。 實際測量與調試： 即使經過瞭充分的仿真，實際的測量依然是驗證設計的最終手段。利用高速示波器、矢量網絡分析儀（VNA）等儀器，可以對PCB實闆上的信號進行精確測量，分析信號的波形、時域和頻域特性，找齣實際存在的問題並進行優化。 五、麵嚮未來的挑戰：新材料與新技術的應用 隨著電子産品性能的不斷提升，信號頻率也在不斷攀升，這給PCB設計帶來瞭新的挑戰。 高頻材料： 傳統PCB材料（如FR-4）在高頻下的介電損耗和介電常數穩定性不如一些高頻材料（如RO4000係列、PTFE等）。選擇閤適的高頻材料對於降低損耗、提高信號完整性至關重要。 先進封裝技術： 隨著芯片集成度的提高，封裝技術也在不斷發展，如BGA、CSP、SiP等。這些封裝的引腳數量多、間距小，對PCB的布綫密度和信號完整性提齣瞭更高的要求。 5G、物聯網等新興技術： 這些技術通常涉及更高的頻率和更復雜的信號處理，對PCB設計中的電磁兼容性、信號完整性提齣瞭前所未有的挑戰。 結語 “PCB電流與信號完整性設計”並非一個孤立的技術領域，它貫穿於整個電子係統設計的始終。從最初的原理圖設計，到PCB的布局布綫，再到最終的實闆驗證，每一個環節都息息相關。隻有深刻理解電磁場的基本原理，掌握信號在傳輸過程中的各種現象，並將其轉化為實際的PCB設計實踐，我們纔能設計齣高性能、高可靠性的電子産品。本書將帶領您一步步探索這些奧秘，為您在電子設計的道路上提供堅實的支撐和指引。

評分☆☆☆☆☆

我最近在研究高速PCB設計，所以特意買瞭這本《PCB電流與信號完整性設計》。坦白說，在閱讀這本書之前，我對“信號完整性”這個概念總覺得有些模糊，感覺它太理論化，離實際操作有點遠。但這本書徹底改變瞭我的看法。它用非常直觀的方式，把原本抽象的信號完整性問題具象化瞭。例如，書中對“振鈴”和“反射”的解釋，通過模擬波形圖，讓我一眼就能看齣問題所在，並且書中提供的解決方案，比如在走綫末端添加終端電阻，或者調整走綫長度，都是非常具體且易於實施的。更讓我驚喜的是，書中還涉及到瞭EMI（電磁乾擾）的分析，這一點很多同類書籍可能不會深入探討。它詳細分析瞭PCB設計中哪些環節容易産生EMI輻射，以及如何通過優化電源和地平麵的設計來抑製EMI，例如通過增加電感的濾波作用，或者閤理布置旁路電容。我尤其關注書中關於電源完整性（PI）的設計部分，它講到瞭如何通過優化電源分配網絡（PDN）來降低電壓跌落，以及如何通過閤理的去耦電容配置來應對瞬態電流的需求。這些內容對於我正在設計的項目中，要保證CPU等高速器件的穩定運行，具有非常重要的指導意義。這本書的內容邏輯嚴謹，講解清晰，圖文並茂，是實實在在的技術乾貨。

評分☆☆☆☆☆

這次我入手瞭《PCB電流與信號完整性設計》，本來是抱著學習一些基礎知識的想法，沒想到它給我帶來的驚喜遠超預期。這本書的內容深度和廣度都相當可觀，特彆是關於信號完整性（SI）方麵，作者的處理方式讓我耳目一新。我一直覺得SI是一個非常抽象的概念，很多資料講解起來晦澀難懂，但這本書通過非常清晰的邏輯和生動的圖示，把這些復雜的現象解釋得非常到位。比如，書中詳細闡述瞭反射、串擾、損耗等信號傳輸過程中常見的劣化因素，並且提供瞭切實可行的解決方案。我尤其喜歡關於“過衝”和“下衝”的分析，作者不僅解釋瞭産生的原因，還給齣瞭具體的PCB設計技巧來抑製它們，比如通過控製走綫長度、阻抗和端接來實現。另外，關於EMI（電磁乾擾）的章節，也給瞭我很大的啓發。書中並沒有簡單地列舉EMI的來源，而是深入剖析瞭PCB設計中哪些環節容易引發EMI，以及如何通過優化電源、地平麵、信號綫布局等方式來“治本”，而不是僅僅停留在“治標”的層麵。讀到關於EMI屏蔽和濾波的部分，我感覺自己掌握瞭一套係統的方法論，可以有效地在設計早期就規避很多潛在的EMI問題。這本書對於需要在高頻、高速領域進行PCB設計的工程師來說，絕對是一本不可多得的寶典。

評分☆☆☆☆☆

這本書的質量是真的齣乎我的意料，我一直以來在PCB設計領域摸爬滾打，接觸過不少相關的書籍，但真正能讓我眼前一亮，覺得“這纔是我想看的”的，實在不多。這次拿到《PCB電流與信號完整性設計》，從封麵到排版，都透著一股紮實的氣息。翻開目錄，看到的內容安排，就覺得作者是真正懂行，並且能把復雜的東西講明白的人。那些關於PCB布局布綫的黃金法則，如何優化走綫，如何避免串擾和反射，以及在高頻電路設計中必不可少的去耦電容和電源層、地層設計策略，這些內容都講得極其透徹。而且，書中不僅僅是理論的堆砌，更多的是結閤瞭大量的實際案例分析，那些圖文並茂的例子，讓我能直觀地理解那些抽象的信號完整性概念。比如，書中對阻抗匹配的講解，不光給齣瞭公式，更重要的是解釋瞭為什麼需要阻抗匹配，以及在實際PCB上如何實現，這對我解決瞭很多長期睏擾我的工程問題。尤其是關於電源完整性的部分，它深入淺齣地講解瞭如何通過閤理的電源分配網絡（PDN）設計，來減小電壓跌落，提高電源的穩定性，這對於追求高性能和高可靠性的電子産品來說，簡直是福音。讀完這本書，我感覺自己對PCB設計有瞭更深層次的理解，不再僅僅是“畫闆子”，而是真正掌握瞭如何設計齣高性能、低噪聲的PCB。

評分☆☆☆☆☆

作為一名資深的PCB工程師，我一直對《PCB電流與信號完整性設計》這類主題的書籍非常關注，因為它們直接觸及到産品性能的底層技術。這次有幸接觸到機械工業齣版社的這本新作，我可以說，它的內容質量絕對是頂級的。首先，書中對於PCB電流承載能力和發熱問題的分析，非常係統和深入。它不僅僅是給齣公式，而是結閤瞭實際的PCB闆材、銅厚、走綫寬度等因素，講解如何計算電流密度，如何進行熱管理，這對於設計大功率PCB産品至關重要。接著，本書對信號完整性的講解，可以說是達到瞭一個全新的高度。我特彆贊賞書中對於“眼圖”的分析，它通過大量的實際眼圖案例，詳細解讀瞭眼高、眼寬、抖動等參數的意義，以及如何通過PCB設計來優化眼圖。這對於高速數字接口的設計，比如PCIe、USB等，是必不可少的知識。書中還詳細闡述瞭串擾的産生機製，以及如何通過走綫間距、屏蔽層等手段來降低串擾，這對於確保多條高速信號綫同時工作時的穩定性非常關鍵。另外，關於PCB的電磁兼容性（EMC）設計，本書也提供瞭非常有價值的參考，比如如何設計良好的接地平麵，如何避免形成EMI輻射環路，這些內容都是經驗之談，非常寶貴。這本書的內容，已經遠遠超齣瞭入門級，更像是為有一定基礎的工程師量身打造的進階指南。

評分☆☆☆☆☆

拿到《PCB電流與信號完整性設計》這本書，我的第一感覺就是“專業”。作為一名在電子行業摸爬滾打多年的從業者，我深知PCB設計中電流和信號完整性的重要性，它們直接關係到産品的性能、穩定性和可靠性。這本書的內容非常貼閤實際工程需求，完全沒有那種“為瞭寫書而寫書”的空洞感。它從最基礎的PCB電流密度和熱設計講起，深入分析瞭不同類型PCB走綫在電流傳輸過程中可能遇到的問題，比如溫升、壓降，以及這些問題對器件性能的影響。接著，它就非常自然地過渡到瞭信號完整性部分，這是這本書的重頭戲。我最欣賞的是書中關於阻抗控製的講解，不僅僅是理論公式，更多的是結閤實際生産工藝，告訴你如何在不同層數的PCB上實現精確的阻抗匹配，以及如何評估和測試阻抗。還有關於差分信號的設計，書中給齣瞭非常詳細的布局和布綫規則，包括如何保持差分對的等長，如何避免共模乾擾，這些細節對於保證高速數據傳輸的穩定性至關重要。此外，書中對於接地設計和去耦策略的講解，也達到瞭相當的高度，它解釋瞭為什麼“單點接地”、“星型接地”等概念在實際中存在局限性，以及如何根據具體電路的特點設計齣更優化的地平麵結構。這本書的學習價值，對於任何希望提升PCB設計水平的工程師來說，都是巨大的。