高速数字系统的信号完整性和辐射发射PDF电子书下载

第1章　数字系统中的信号完整性和辐射发射概述 1

1.1　电源和信号完整性 1

1.1.1　电源分布网络 2

1.1.2　信号分布网络 4

1.1.3　噪声的限制和特征阻抗的设计 6

1.2　辐射发射 8

1.2.1　辐射发射源的定义 8

1.2.2　辐射发射标准 10

1.2.3　实际系统的辐射发射 15

1.3　信号传输和逻辑器件 18

1.3.1　过冲、下冲和稳定状态 18

1.3.2　噪声抗扰性 22

1.3.3　时序参数 22

1.3.4　眼图 24

1.4　数字系统的建模 26

1.4.1　数学工具 26

1.4.2　SPICE-like电路仿真器 27

1.4.3　全波数值工具 28

1.4.4　专业仿真器 30

参考文献 30

第2章　高速数字器件 32

2.1　输入／输出静态特性 32

2.1.1 电流和电压规范 32

2.1.2　TTL器件 34

2.1.3　CMOS器件 36

2.1.4　ECL器件 37

2.1.5　LVDS器件 39

2.1.6　逻辑器件的功率和逻辑电平 39

2.2　动态特性：门的延迟、上升和下降时间 40

2.3　驱动器和接收器的建模 42

2.3.1　驱动器模型的种类 42

2.3.2　驱动器的开关电流路径 42

2.3.3　驱动器的非线性性能模型 43

2.3.4　接收器的非线性性能建模 45

2.4　IBIS模型 46

2.4.1　IBIS模型结构 47

2.4.2　IBIS模型和SPICE 48

参考文献 50

第3章 电感 51

3.1　环路电感 51

3.1.1　耦合环路的电感 51

3.1.2　细导线电路的电感 53

3.1.3　两个耦合环路的等效电路 53

3.1.4　具有一个参考返回导体的两个耦合导体的L矩阵 54

3.1.5　三导体导线型传输线L的计算 55

3.1.6　与频率相关的内部电感 57

3.2　部分电感 58

3.2.1　耦合环路的部分电感 58

3.2.2　细导线分段的部分电感的通量面积 59

3.2.3　分解成部分电感的环路电感 59

3.2.4　部分自电感和部分互电感 61

3.2.5　两个平行导体之间的电感 63

3.2.6 由部分电感计算环路的电感矩阵 63

3.2.7　与有限接地平面相关的部分电感 64

3.2.8　解决PCB上的电感问题 65

3.3　差模和共模电感 67

3.3.1　差模电感 67

3.3.2　共模电感 68

参考文献 69

第4章　电容 70

4.1　导体间的电容 70

4.1.1　电容的定义 70

4.1.2　具有参考返回导体的两耦合导体的部分电容和电容矩阵 71

4.1.3　具有参考返回导体的n个耦合导体的电容矩阵 72

4.2　差模和共模电容 73

4.2.1　差模电容 73

4.2.2　共模电容 74

参考文献 74

第5章　信号线上的反射 75

5.1　互连线的电参数 75

5.1.1　典型的互连线 75

5.1.2　短互连线的等效电路 76

5.1.3　无耗传输线 77

5.1.4　使用部分电感建模传输线 79

5.2　无耗传输线上的入射波和反射波 79

5.2.1　阻性不连续 79

5.2.2　容性不连续 80

5.2.3　端接阻性负载的互连线上的反射 81

5.2.4　互连线的临界长度 82

5.2.5　反射计算的梯格图 83

5.2.6　无耗传输线的精确模型 85

5.2.7　传输线电压的图解法 87

5.3　信号分布的架构 90

5.3.1　点到点结构 91

5.3.2　星形结构 91

5.3.3　链状结构 92

5.3.4　总线型结构 92

5.3.5　H树形结构 93

5.3.6　梳状结构 93

5.4　传输线的终端 94

5.4.1　戴维南终端 95

5.4.2　串联、并联和交流终端 97

5.4.3　串联终端及其通过电路仿真与其他终端的比较 97

5.4.4　应用于链状结构的戴维南终端和电路仿真 99

5.4.5　应用于链状结构的串联终端和电路仿真 100

5.4.6　应用于总线型结构的戴维南终端和电路仿真 101

5.4.7　终端和互连线的结构 102

5.4.8　终端的性能 103

参考文献 103

第6章　串扰 105

6.1　耦合线的集总电路模型 105

6.1.1　具有参考地的双耦合传输线的等效电路 106

6.1.2　容性耦合 107

6.1.3　感性耦合 108

6.1.4　总耦合 109

6.1.5　双耦合传输线的仿真 109

6.2　共模和差模 112

6.2.1　奇偶模的定义 113

6.2.2　基于奇偶模的等效电路 114

6.2.3　差模传输的等效电路 115

6.2.4　由奇偶模仿真点到点结构和链状结构 115

6.3　数字器件的模型：仿真与测量 118

6.4　无耗多导体传输线的一般分布参数模型 128

6.4.1　n条无耗耦合传输线的等效电路 128

6.4.2　端接TTL和CMOS器件的5条耦合传输线的测量与仿真 129

6.5　减小串扰的技术 134

6.5.1　减小串扰的方法 134

6.5.2　使用接地走线作为屏蔽的耦合传输线的仿真 135

6.5.3　双耦合传输线的全波数值仿真 136

参考文献 138

第7章　有耗传输线 140

7.1　有耗传输线的基本参数 140

7.1.1　有耗传输线的反射机理 141

7.1.2　集肤效应 143

7.1.3　邻近效应 147

7.1.4　有耗介电效应 148

7.1.5　有耗传输线上的数据传输 150

7.2　使用分段法和矢量拟合技术在时域对有耗传输线建模 157

7.2.1　同轴电缆等效电路的提取 157

7.2.2　双绞电缆等效电路的提取 167

7.3　使用散射参数技术在时域对有耗传输线建模 179

7.4　结论 185

参考文献 186

第8章　△I噪声 188

8.1　开关噪声 188

8.1.1　电源分布网络 189

8.1.2　开关电流的路径 193

8.1.3　设计规则 203

8.2　电源分布的滤波 204

8.2.1 多层PCB的滤波 205

8.2.2　电源分布网络阻抗的测量 210

8.2.3　基于径向传输线理论的PCB电路模型 211

8.3　地弹 219

8.3.1　地弹的机理 220

8.3.2　理解地弹机理的电路仿真 221

8.3.3　LVT基准的测量 223

8.4　串扰和开关噪声 226

8.4.1　具有3条耦合线和74AC04器件的SQ试验电路板的测量和仿真 227

参考文献 230

第9章　PCB的辐射发射 232

9.1　数字信号的频率特征 233

9.1.1　梯形波形的频谱 233

9.1.2　典型噪声频谱 236

9.2　辐射发射的问题 238

9.2.1　导线天线的辐射 239

9.2.2　共模电流和差模电流及其辐射 240

9.2.3　由传输线的不对称输入产生的发射 242

9.2.4　传输线的差模电流和辐射发射 243

9.2.5　传输线的共模电流和辐射发射 245

9.2.6　镜像平面 247

9.3　走线的发射 249

9.3.1　计算微带线结构和带状线结构辐射的天线模型 249

9.4　IC的发射 255

9.4.1　PCB上元件的辐射发射机理 255

9.5　实际PCB的发射 257

9.6　具有连接电缆的PCB的辐射 261

9.6.1　发射源 261

9.6.2　PCB中走线的电流和电压驱动机理 261

9.7　作为发射源的差分驱动器 274

9.7.1　差分驱动器的共模电流 274

9.7.2　UTP和SFTP电缆的辐射场机理 275

9.8　复杂系统的发射 283

9.8.1　同轴电缆的发射模型 285

9.8.2　孔径的低频模型 290

9.9　辐射波瓣图 295

9.10　辐射发射的要点和设计规则 302

参考文献 305

第10章 PCB中的接地 308

10.1　共模耦合 308

10.1.1　什么是地 308

10.1.2　地环路耦合和转移阻抗 309

10.1.3　接地技术 315

10.2　多层PCB中的地和电源分布 317

10.2.1　信号的返回路径 317

10.2.2　电源层和接地层的计划和布局 321

10.2.3　变化参考平面的走线 321

10.2.4　电源平面的分割 322

10.2.5　壕沟／阻挡和桥 323

10.2.6　缝合 324

10.3　PCB连接器的接地 325

10.3.1　地噪声和转移阻抗 325

10.3.2　引脚的分配 332

10.3.3　PCB到机壳的接地 334

10.3.4　限制电缆发射的技术 334

10.4　分区和建模 341

10.5　PCB中接地的要点和设计规则 350

参考文献 353

第11章　测量和建模 355

11.1　时域反射表 356

11.1.1　作为“闭环雷达”的时域反射表 356

11.1.2　TDR的分辨率和畸变 358

11.1.3　TDR和有耗线 360

11.1.4　差模TDR 361

11.2　矢量网络分析仪 361

11.2.1　散射参数的定义 362

11.2.2　网络分析仪的校准 364

11.2.3　通过S参数的仿真提取等效电路 366

11.2.4　有关网络分析仪测量和仿真的结论 374

11.3　通过辐射发射测量预测模型的有效性 374

11.3　EMC试验室辐射场测量的不确定度和数值仿真 374

11.3.2　建模辐射源 378

11.3.3　有关辐射发射数值预测模型的有效性与测量比较的结论 381

参考文献 382

第12章　差分信号传输和PCB上不连续性的建模 383

12.1　差模信号传输 383

12.1.1　单端传输与差分信号传输 384

12.1.2　PCB上使用走线的差分互连和ATCA标准 386

12.1.3　差分器件：信号电平的比较 388

12.1.4　差分信号的分布和终端 388

12.1.5　LVDS器件 391

12.2　建模封装和PCB上互连的不连续性 405

12.2.1　多层板 405

12.2.2　弯曲走线 406

12.2.3　蛇形走线 407

12.2.4　地槽 408

12.2.5　过孔 411

12.2.6　连接器 412

12.2.7　IC封装 414

参考文献 415

附录 418

附录A　部分电感的计算公式 418

A.1　圆导线 418

A.2　母线 419

A.3　应用电感计算公式的例子 421

参考文献 422

附录B　微带线和带状线的特征阻抗、时延和衰减 423

B.1　微带线 423

B.2　带状线 424

B.3　走线衰减和邻近效应参数 425

参考文献 427

附录C　PCB的电源分布网络谐振的计算 428

C.1　腔体模型 428

C.2 SPICE模型 431

C.3　数值模型 432

C.4　仿真的结果 432

参考文献 433

附录D　简单辐射结构的计算公式 434

D.1　导线结构 434

D.2　导线和接地平面 435

D.3　孔径的发射 436

参考文献 437

附录E　计算有限接地平面的部分电感的节点法 438

E.1　节点法的等式 438

E.2　应用节点法计算有限接地平面的部分电感 439

参考文献 441

附录F　互联网上的文件 442

F.1　第1章的程序文件 442

F.2　第2章的程序文件 442

F.3　第5章的程序文件 442

F.4　第6章的程序文件 443

F.5　第7章的程序文件 443

F.6　第8章的程序文件 444

F.7　第9章的程序文件 444

F.8　第10章的程序文件 445

本书术语英汉对照 447