《高速數字電路設計入門》是2012年電子工業出版社出版的圖書，作者是黃智偉。本書主要介紹高速數字電路設計基礎知識、設計要求與方法。
基本介紹
- 書名：高速數字電路設計入門
- 作者：黃智偉
- ISBN：9787121161537
- 頁數：392
- 定價：59.00
- 出版社：電子工業出版社
- 出版時間：2012-04
- 開本：16
內容簡介,圖書目錄,前言,
內容簡介
全書共分10章，著重介紹了在高速數字電路中電阻元件、電容元件、電感元件、鐵氧體元件的特性與套用，高速數字電路的PDN設計，高速數字電路的去耦電路設計，FPGA的PDN設計，高速數字電路的信號完整性，高速數字電路的EMI抑制，高速信令標準的規範要求、特性與套用等內容。 本書內容豐富，敘述詳盡清晰，圖文並茂，通過大量的設計實例說明高速數字電路設計中的一些技巧與方法及應該注意的問題，工程性好，實用性強。
圖書目錄
第1章 電阻元件
1?1電阻元件的基本特性
1?1?1電阻元件的u-i特性
1?1?2電阻元件的串聯和並聯
1?2高速電路中的電阻
1?2?1電阻器的阻抗頻率特性
1?2?2互連線的電阻
1?2?3單位長度電阻
1?2?4方塊電阻
1?2?5非理想互連與電源/地平面突變的影響
1?2?6趨膚效應的影響
第2章電容元件
2?1電容元件的基本特性
2?1?1電容元件的電容量
2?1?2電容元件的電壓—電流關係
2?1?3電容元件的串聯和並聯
2?2電容器的頻率特性
2?2?1電容器的阻抗頻率特性
2?2?2電容器的衰減頻率特性
2?3電容器的ESR和ESL特性
2?4片狀電容器的使用
2?4?1片狀電容器的選擇
2?4?2片狀電容器的PCB設計注意事項
2?5低ESL的電容器
2?5?1低ESL電容器結構
2?5?2低ESL電容器的阻抗頻率特性
2?6片狀三端子電容器
2?6?1片狀三端子電容器的頻率特性
2?6?2使用三端子電容器減小ESL
2?6?3三端子電容器的PCB布局與等效電路
2?6?4三端子電容器的套用
2?7X2Y?電容器
2?7?1採用X2Y?電容器替換穿心式電容器
2?7?2X2Y?電容器的封裝形式和尺寸
2?7?3X2Y?電容器的套用與PCB布局
2?8可藏於PCB基板內的電容器
2?9PCB的電容
2?9?1PCB的平行板電容
2?9?2PCB的導線電容
2?9?3PCB的導線互容
2?9?4PCB的過孔電容
2?10埋入式電容
2?10?1埋入式電容技術簡介
2?10?2埋入式電容技術的套用
2?11IC封裝的電容
第3章電感元件
3?1電感元件的基本特性
3?1?1電感元件的電感量
3?1?2電感元件的電壓—電流關係
3?1?3電感元件的串聯和並聯
3?2電感器的頻率特性
3?2?1電感器的阻抗頻率特性
3?2?2電感器的Q值頻率特性
3?2?3電感器的電感值頻率特性
3?3電感器的電感值DC電流特性
3?4電感器的選擇
3?5互感
3?5?1互感現象
3?5?2耦合係數
3?5?3耦合電感上的電壓—電流關係
3?5?4兩相鄰通路與導線間的“互感耦合”
3?6局部電感
3?6?1局部自感
3?6?2局部互感
3?7迴路電感
3?7?1導線迴路的電感
3?7?2迴路面積對電感的影響
3?7?3環形線圈的迴路電感
3?7?4兩根相鄰的導線的迴路電感
3?8PCB的電感
3?8?1PCB導線的電感
3?8?2PCB的過孔電感
3?8?3PCB導線的互感
3?9IC封裝的電感
3?10電感引起的“地彈”與控制
3?10?1“地彈”
3?10?2“地彈”的控制
3?11LC電路的阻抗特性
3?11?1LC串聯電路的阻抗特性
3?11?2LC並聯電路的阻抗特性
第4章鐵氧體元件
4?1鐵氧體元件的基本特性
4?1?1鐵氧體的基本特性
4?1?2鐵氧體磁珠的基本特性
4?2片式鐵氧體磁珠
4?2?1信號線用片式鐵氧體磁珠
4?2?2電源線用片式鐵氧體磁珠
4?2?3吉赫茲高頻型片式鐵氧體磁珠
4?2?4片式鐵氧體磁珠陣列（磁珠排）
4?2?5其他類型的片式鐵氧體磁珠
4?2?6片狀鐵氧體磁珠的選擇
4?2?7片狀鐵氧體磁珠在電路中的套用
4?2?8鐵氧體磁珠的安裝位置
4?3EMC（電磁兼容）用鐵氧體
4?3?1EMC（電磁兼容）用鐵氧體類型
4?3?2EMC（電磁兼容）用鐵氧體阻抗頻率特性
第5章高速數字電路的PDN（電源分配網路）設計
5?1PDN與 SI、PI和EMI
5?1?1PDN是 SI、PI和EMI的公共基礎互連
5?1?2優良的PDN設計是SI、PI和EMI的基本保證
5?2PDN的拓撲結構
5?3VRM（電壓調節模組）
5?3?1高速數字系統的供電要求
5?3?2DC-DC電路
5?3?3點負載(PoL) DC-DC轉換器
5?3?4線性穩壓電路
5?3?5線性穩壓和DC-DC的混合IC電路
5?4去耦電容器
5?5PCB電源/地平面
5?5?1PCB電源/地平面的功能
5?5?2PCB電源/地平面設計一般原則
5?5?34層板的PCB電源/地平面設計
5?5?46層板的PCB電源/地平面設計
5?5?58層板的PCB電源/地平面設計
5?5?610層板的PCB電源/地平面設計
5?5?7PCB電源/地平面的主要缺點和負作用
5?6封裝電源/地平面和晶片電源分配網路
5?7目標阻抗
5?7?1目標阻抗的定義
5?7?2基於目標阻抗的PDN設計
5?7?3利用目標阻抗計算去耦電容器的電容量
5?8基於功率傳輸的PDN設計方法
5?8?1穩壓電源電路的反應時間
5?8?2去耦電容的去耦時間
5?8?3電源系統的輸出阻抗
5?8?4利用電源驅動的負載計算電容量
5?8?5平面PDN的一維分布模型
第6章高速數字電路的去耦電路設計
6?1高速數字電路的去耦電路結構與特性
6?1?1高速數字電路的去耦電路基本結構
6?1?2數字IC電源噪聲的產生
6?1?3測量去耦電路性能的測量點
6?1?4去耦電路的插入損耗測量
6?2插入損耗特性
6?2?1電容器的插入損耗特性
6?2?2電感器和鐵氧體磁珠的插入損耗特性
6?3影響電容器噪聲抑制效果的因素
6?3?1電容器的頻率特性的影響
6?3?2噪聲路徑與電容器安裝位置
6?3?3外圍電路阻抗的影響
6?3?4電容器的並聯和反諧振
6?4LC濾波器（去耦電路）
6?4?1使用一個電感器的去耦電路
6?4?2電感器的插入損耗
6?4?3鐵氧體磁珠的插入損耗
6?4?4LC濾波器的插入損耗特性
6?4?5使用電感器時的注意事項
6?5使用去耦電容抑制電源電壓波動
6?5?1數字IC的電流和電壓波動
6?5?2電源阻抗和電壓波動之間的關係
6?5?3電壓波動計算模型
6?5?4抑制電流波動的尖峰
6?5?5抑制脈衝寬度較寬的電流波動
6?6使用去耦電容降低IC的電源阻抗
6?6?1電源阻抗的計算模型
6?6?2IC電源阻抗的計算
6?6?3電容器靠近IC放置的允許距離
6?7PDN中的去耦電容
6?7?1去耦電容器的電流供應模式
6?7?2IC電源的目標阻抗
6?7?3去耦電容器組合的阻抗特性
6?7?4PCB上的目標阻抗
6?8去耦電容器的容量計算
6?8?1計算去耦電容器容量的模型
6?8?2確定目標阻抗
6?8?3確定大容量電容器的容量
6?8?4確定板電容器的容量
6?8?5確定板電容器的安裝位置
6?8?6減少ESLcap
6?8?7毫歐姆級超低目標阻抗設計
第7章FPGA的PDN設計
7?1FPGA的PDN模型
7?1?1FPGA的PDN通用模型
7?1?2簡化的FPGA的PDN模型
7?2對去耦電容器的要求
7?2?1電容器的寄生電感
7?2?2電容器的有效頻率
7?2?3去耦電容器的位置
7?2?4反諧振
7?3PCB電流通路電感
7?3?1電容器貼裝電感
7?3?2PCB電源和接地平面電感
7?3?3FPGA 貼裝電感
7?4PCB 疊層和層序
7?5設計示例：VirtexTM-5 FPGA的PDN設計
7?5?1Virtex-5 FPGA的VRM
7?5?2必需的 PCB 去耦電容器
7?5?3替代電容器
7?5?4PCB 設計檢查項目
7?5?5VirtexTM-5的PCB布局
7?6FPGA PDN設計和驗證
7?6?1確定FPGA的參數
7?6?2去耦網路設計
7?6?3模擬
7?6?4性能測量
7?6?5最佳化去耦網路設計
7?6?6存在的問題分析和改進
7?7仿真工具
7?7?1常用的一些PDN設計和仿真EDA工具
7?7?2Altera的PDN設計工具
第8章高速數字電路的信號完整性
8?1模擬信號與數位訊號
8?1?1模擬信號
8?1?2數位訊號
8?1?3模擬量的數字表示
8?2信號的時域與頻域的描述
8?2?1信號在時域中的相關概念
8?2?2信號在頻域中的相關概念
8?3脈衝（數字）信號的幾個參數
8?3?1非理想的脈衝（數字）信號波形
8?3?2周期性和非周期性脈衝（數字）信號
8?4上升時間與頻寬（頻寬）
8?4?1正弦波與方波
8?4?2上升時間
8?4?3頻寬（頻寬）
8?4?4邊沿率（壓擺率）
8?5電路的電性等效模型
8?5?1全波模型
8?5?2離散模型
8?5?3集總模型
8?5?4直流模型
8?5?5“集總模型”與“離散模型”的分界點
8?5?6傳播速度與材料的介電常數之間的關係
8?6傳輸線
8?6?1傳輸線的定義
8?6?2PCB傳輸線
8?6?3微帶線
8?6?4埋入式微帶線
8?6?5單帶狀線
8?6?6雙帶狀線或非對稱帶狀線
8?6?7差分微帶線和帶狀線
8?6?8介質材料對傳播速度的影響
8?7反射
8?7?1反射的產生
8?7?2串聯突變引起的反射
8?7?3並聯樁線及分支引起的反射
8?7?4容性反射
8?7?5感性反射
8?7?6傳輸線的反射
8?7?7反彈圖
8?7?8利用終端匹配的方法改善反射現象
8?8串擾
8?8?1拐點頻率和互阻抗模型
8?8?2電容耦合產生的串擾（容性串擾）
8?8?3電感耦合產生的串擾（感性串擾）
8?8?4反向串擾和前向串擾的基本特性
8?8?5串擾的測量
8?8?6減小PCB上串擾的一些措施
8?9同時開關噪聲（SSN）
8?9?1SSN的成因
8?9?2片上開關
8?9?3片外開關
8?9?4降低SSN的一些措施
8?10抖動
8?10?1抖動和噪聲對信號的影響
8?10?2產生抖動和噪聲的根源
8?10?3抖動和噪聲的分類
8?10?4數據相關性抖動（DDJ）
8?10?5占空比失真（DCD)
8?10?6碼間干擾（ISI）
8?10?7周期性噪聲和抖動
8?10?8附加的抖動源
8?11時鐘抖動
8?11?1時鐘抖動的基本特性
8?11?2時鐘的相位抖動
8?11?3時鐘的周期抖動
8?11?4時鐘的周期間抖動
8?11?5時鐘抖動對同步系統的影響
8?11?6時鐘抖動對異步系統的影響
8?11?7時鐘電路的PCB設計
8?12眼圖
8?12?1眼圖的構成
8?12?2眼圖的參數
8?12?3眼圖的時序抖動和幅度PDF
8?12?4眼圖的時序抖動和幅度噪聲的相關性
8?12?5眼圖的套用
第9章高速數字電路的EMI抑制
9?1EMI抑制基礎
9?1?1抑制EMI噪聲（降噪）的基本原理
9?1?2EMI濾波器
9?1?3 dB（分貝）
9?2高速數字電路的差模輻射與控制
9?2?1差模輻射模型
9?2?2環路面積控制
9?2?3減少環路電流
9?3高速數字電路的共模輻射與控制
9?3?1共模輻射模型
9?3?2共模輻射的控制
9?4數字電路板的輻射噪聲與控制
9?4?1數位訊號與諧波分量
9?4?2IC電源線的噪聲與控制
9?4?3來自PCB布局的輻射噪聲與控制
9?4?4來自電纜的輻射噪聲與控制
9?4?5禁止
9?5數字系統的輻射噪聲與控制
9?5?1系統中需要進行降噪處理的點
9?5?2LCD面板的降噪措施
9?5?3機箱的降噪措施
9?5?4DC電源線的降噪措施
9?5?5匯流排上的降噪措施
9?5?6GND的降噪措施
9?5?7USB線上的降噪措施
9?5?8外部插卡的降噪措施
9?5?9DC電源輸入端的降噪措施
9?5?10接口電纜連線埠的降噪措施
9?5?11LVDS電纜連線部分的降噪措施
9?5?12時鐘線的降噪措施
9?6AC電源線的降噪處理
9?6?1AC電源線上存在差模噪聲與共模噪聲
9?6?2AC電源線降噪處理用的共模扼流線圈
9?6?3AC電源線降噪處理用的混合扼流線圈
9?6?4開關電源的AC電源線降噪處理措施
第10章高速信令標準
10?1高速信令標準簡介
10?1?1噪聲容限
10?1?2建立時間和保持時間
10?1?3最高時鐘頻率
10?2GTL系列
10?2?1BTL
10?2?2GTL
10?2?3GTLP
10?2?4Intel GTL+和AGTL+
10?2?5GTLP背板設計示例
10?3LVDS
10?3?1LVDS標準
10?3?2LVDS信號傳輸
10?3?3LVDS的配置
10?3?4增強型電流驅動的匯流排LVDS
10?3?5LVDS PCB布線的一般原則
10?3?6LVDS的PCB走線
10?3?7LVDS的PCB過孔
10?4HSTL
10?4?1HSTL的供電電壓和邏輯電平
10?4?2HSTL的輸出緩衝器類型
10?5SSTL
10?5?1SSTL標準
10?5?2SSTL_3
10?5?3SSTL_2
10?5?4SSTL_18
10?6ECL
10?6?1ECL簡介
10?6?2ECL的輸入/輸出結構
10?6?3ECL的端接電路
10?6?4ECL電源和地平面的隔離
10?7CML
10?7?1CML簡介
10?7?2CML驅動器和接收器的連線方式
10?8不同高速信令標準之間的直流耦合
10?8?1LVPECL直流耦合電路
10?8?2LVDS直流耦合電路
10?8?3CML直流耦合電路
10?8?4HSTL直流耦合電路
10?8?5PECL直流耦合電路
10?9不同高速信令標準之間的交流耦合
10?9?1LVPECL交流耦合電路
10?9?2LVDS交流耦合電路
10?9?3CML交流耦合電路
10?9?4HSTL交流耦合電路
10?9?5NECL交流耦合電路
參考文獻
前言
對於剛剛進入高速數字電路設計領域的工程技術人員而言，高速數字電路設計所涉及的信號完整性（SI）、電源完整性（PI）、電磁完整性（EMI）的內容和問題實在太多，需要面對複雜的理論推導、建模和仿真分析，以及名目繁多的高速現象，大量的、甚至矛盾的經驗法則和設計原則。
本書是為從事高速數字電路設計的工程技術人員編寫的一本介紹高速數字電路設計基本知識、設計要求與方法的參考書。本書沒有大量的理論介紹、公式推導和仿真分析，而是從工程設計要求出發，通過介紹大量的設計實例，圖文並茂地來說明高速數字電路設計中的一些技巧與方法,以及應該注意的問題，具有很好的工程性和實用性。
本書共分10章。第1章電阻元件，介紹了電阻元件的基本特性，以及高速數字電路中的電阻器的阻抗頻率特性，單位長度、互連線、方塊電阻的特性。
第2章電容元件，介紹了電容元件的基本特性，電容器的阻抗頻率特性和衰減頻率特性，電容器的ESR和ESL特性，片狀電容器的使用與PCB設計，低ESL電容器的結構和阻抗頻率特性，片狀三端子電容器的頻率特性與PCB設計，X2Y?電容器特性與PCB設計，可藏於PCB基板內的電容器，PCB的平行板、導線、過孔電容和互容，埋入式電容特性與套用，以及IC的封裝電容。
第3章電感元件，介紹了電感元件的基本特性，電感器的阻抗頻率特性和Q值頻率特性，電感器的電感值DC（直流）電流特性，電感器的選擇，互感，局部電感，迴路電感，PCB的導線、過孔電感和互感，IC封裝的電感，電感引起的“地彈”與控制，以及LC串聯/並聯電路的阻抗特性。
第4章鐵氧體元件，介紹了鐵氧體和鐵氧體磁珠的基本特性，信號線用、電源線用片式鐵氧體磁珠特性、選擇與套用，EMC（電磁兼容）用鐵氧體類型和阻抗頻率特性。
第5章高速數字電路的PDN設計，介紹了PDN與SI、PI和EMI的關係，PDN的拓撲結構，VRM與高速數字系統的供電要求，去耦電容器，PCB電源/地平面的功能和設計的一般原則，多層電源/地平面的設計，電源/地平面的主要缺點和負作用，封裝電源/地平面和晶片電源分配網路，目標阻抗的定義，基於目標阻抗的PDN設計，利用目標阻抗計算去耦電容器的電容量，基於功率傳輸的PDN設計方法，以及利用電源驅動的負載計算電容量方法。
第6章高速數字電路的去耦電路設計，介紹了高速數字電路去耦電路的結構與特性，去耦電路的插入損耗測量，電容器、電感器和鐵氧體磁珠的插入損耗特性，影響電容器噪聲抑制效果的因素，LC濾波器（去耦電路），使用去耦電容抑制電源電壓波動的方法，使用去耦電容降低IC的電源阻抗方法，PDN中的去耦電容和去耦電容器的容量計算。
第7章FPGA的PDN設計，介紹了FPGA的PDN模型，FPGA PDN對去耦電容器的要求，PCB 電流通路電感，PCB 疊層和層序， VirtexTM-5 FPGA的PDN設計例，FPGA PDN設計和驗證，以及仿真工具。
第8章高速數字電路的信號完整性，介紹了模擬信號與數位訊號特性，信號的時域與頻域的相關概念，脈衝（數字）信號的參數，上升時間與頻寬（頻寬）的關係，電路的全波、離散、集總電性等效模型，傳輸線的定義，PCB傳輸線結構與特性，反射的產生，傳輸線的反射，反彈圖，反射現象的改善方法，電容耦合產生的串擾（容性串擾），電感耦合產生的串擾（感性串擾），減小PCB上串擾的一些措施，SSN（同時開關噪聲）成因以及降低SSN的一些措施，抖動和噪聲對信號的影響，產生抖動和噪聲的根源，時鐘抖動的基本特性時鐘的相位抖動、周期抖動和周期間抖動，時鐘抖動對同步系統和異步系統的影響，時鐘電路的PCB設計，眼圖的構成、參數和特性以及套用。
第9章高速數字電路的EMI抑制，介紹了抑制EMI噪聲（降噪）的基本原理，高速數字電路的差模輻射模型與控制，高速數字電路的共模輻射模型與控制，數字電路板中的IC電源線、PCB布局、電纜的輻射噪聲與控制，數字系統中的LCD面板、DC電源線、機箱、匯流排、GND、USB線、外部插卡、DC電源輸入端、接口電纜連線埠、LVDS電纜連線部分、時鐘線的輻射噪聲與控制，AC電源線上的差模噪聲與共模噪聲，AC電源線降噪處理用的共模扼流線圈和混合扼流線圈特性與套用，開關電源的AC電源線降噪處理措施。
第10章高速信令標準，介紹了高速信令標準GTL系列標準、LVDS標準、HSTL標準、SSTL標準、ECL標準、CML標準的規範要求與特性，以及LVDS PCB布線的一般原則，不同高速信令標準之間的DC耦合，不同高速信令標準之間的AC耦合。
