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第1章　数字系统工程概述 1

1.1　为何研究数字系统工程 2

1.2　数字系统的工程观 3

1.2.1　馈送通道与速度 4

1.2.2　信号传输规范 5

1.2.3 时序与同步 7

1.2.4 电源分配 8

1.2.5 噪声 9

1.3　技术趋势与数字系统工程 10

1.2.6 电路的系统观 10

1.3.1　摩尔定律 11

1.3.2 芯片参数的变化比例 13

1.3.3 导线的变化比例 14

1.3.4 高度集成化使新方法成为可能 17

1.3.5 数字系统问题与解决方法在不断改变 18

1.4　本书的组织 18

1.5 目录说明 19

1.6 习题 19

2.1　一个典型的数字系统 21

第2章　数字系统的封装 21

2.2　数字集成电路——片上布线 23

2.3　集成电路封装 24

2.3.1　接合线与焊球 24

2.3.2 封装类型 26

2.3.3　封装制造工艺 28

2.3.4 多芯片模块 29

2.3.5 一个典型的封装模型 29

2.4　印制电路板 32

2.4.2 电子属性 33

2.4.1　PC板结构 33

2.4.3 制造过程 34

2.4.4 导孔 35

2.4.5 尺寸限制 36

2.4.6 元件安装——表贴与过孔 36

2.4.7 插座 37

2.5　机箱与机柜 38

2.6　背板与母板 39

2.6.1　子卡 39

2.6.2 背板 39

2.7.1 导线 40

2.7　导线与电缆 40

2.7.2　信号传输电缆 41

2.7.3 汇流条 43

2.8　连接器 44

2.8.1　PC板连接器 45

2.8.2 转接器 46

2.8.3　弹性连接器 46

2.8.4 电源连接器 47

2.8.5 导线连接器与电缆连接器 47

2.9　光通信 50

2.9.1　光发送器 51

2.9.2　光纤 52

2.9.3　光接收器 54

2.9.4 复用 55

2.9.5 光放大器 56

2.9.6 自由空间光互连 57

2.10　无线电通信 58

2.10.1　典型的数字无线电 58

2.10.2 功率方程 59

2.10.3 调制 60

2.11 目录说明 62

2.10.4 多径效应 62

2.12　习题 63

第3章　导线的建模与分析 64

3.1　几何属性与电子属性 65

3.1.1　电阻 65

3.1.2 电容 66

3.1.3 电感 67

3.2.1 理想导线 68

3.2.2　传输线 68

3.2　导线的电子模型 68

3.3　简单传输线 71

3.3.1 集总导线 71

3.3.2　RC传输线 73

3.3.3 无损LC传输线 74

3.3.4　有损LRC传输线 81

3.3.5 介质吸收 85

3.4　特殊的传输线 86

3.4.1　多支路总线 86

3.4.2　平衡传输线 88

3.4.3 共模阻抗与差模阻抗 89

3.4.4 隔离线路 90

3.5　导线成本模型 92

3.5.1　导线面积成本 92

3.5.2　终端成本 94

3.6　测量方法 95

3.6.1　时域测量 95

3.6.2 网络分析 99

3.6.3 描绘导线特征的CAD 具 101

3.7.1　PC板迹线中的频率相关衰减 103

3.7　一些实验测量 103

3.7.2 耦合线中的串扰 107

3.7.3 容性不连续与感性不连续 111

3.7.4 IC封装寄生效应的测量 114

3.7.5　测量实践 116

3.8　目录说明 117

3.9　习题 117

第4章　电路 122

4.1　MOS晶体管 123

4.1.1　MOS器件的结构 123

4.1.2 电流-电压特性 124

4.1.3　典型的0.35μmCMOS工艺的参数 130

4.2　寄生电路元件 131

4.2.1　寄生电容 131

4.2.2 寄生电阻 134

4.2.3　一个典型的器件 134

4.2.4　SPICE模型 135

4.3　基本的电路形式 137

4.3.1　开关网络 137

4.3.2 静态CMOS门 141

4.3.3 动态电路 151

4.3.4 源跟随器与共栅放大器 158

4.3.5 电流镜 161

4.3.6 源耦合对 163

4.3.7 再生电路与钟控放大器 170

4.4　电路分析 172

4.4.1　定性电路分析 172

4.4.2 功耗 174

4.5 目录说明 177

4.6　习题 177

第5章　电源分配 181

5.1　电源网络 182

5.1.1　局部负载与信号负载 183

5.1.2　感性电源噪声 184

5.2　局部调节 187

5.2.1　钳位器与并联调节器 187

5.2.2 串联调节器 188

5.3　逻辑负载与片上电源分配 194

5.3.1　逻辑电流的轮廓 194

5.3.2 IR降 197

5.3.3 表面接合 199

5.3.5 片上旁路电容 200

5.3.4　金属移位 200

5.3.6 共生旁路电容 201

5.4 电源隔离 201

5.4.1　“电源-电源”隔离 202

5.4.2　“信号-电源”隔离 202

5.5　旁路电容 203

5.6　电源分配系统的实例 205

5.7 目录说明 211

5.8　习题 211

6.1　数字系统中的噪声源 215

第6章　数字系统中的噪声 215

6.2　电源噪声 217

6.2.1　单电源噪声 218

6.2.2 差分电源噪声 219

6.2.3 内部电源噪声与外部电源噪声 220

6.3　串扰 220

6.3.1　容性线路的串扰 220

6.3.2 传输线间的串扰 224

6.3.3 信号回路串扰 229

6.4　码间干扰 231

6.3.4 电源串扰 231

6.4.1　阻抗不匹配与反射 232

6.4.2　谐振发送器电路 233

6.4.3 惯性延迟与隐状态 233

6.5　其他噪声源 236

6.5.1　α粒子 236

6.5.2 电磁场干扰 238

6.5.3　工艺变化 238

6.5.4 热噪声（约翰逊噪声） 240

6.6　噪声管理 241

6.5.6 闪烁噪声或1/f噪声 241

6.5.5　散粒噪声 241

6.6.1　有界噪声与噪声预算 242

6.6.2 高斯噪声与误码率 245

6.7 目录说明 247

6.8　习题 247

第7章　信号传输规范 252

7.1　两个传输系统的比较 253

7.1.2 抗噪声能力与噪声裕量的比较 255

7.1.1　信号能量与系统功率 255

7.1.3　延迟 258

7.1.4　讨论 259

7.2　传输系统设计中需要考虑的事项 259

7.3　传输线的信号传输模式 260

7.3.1　发送器的信号传输方法 261

7.3.2 接收器的信号检测 265

7.3.3　源端接 268

7.3.4 欠端接驱动器 271

7.3.5 差分信号传输 272

7.4.1　容性传输介质上的信号传输 275

7.4　集总传输介质上的信号传输 275

7.4.2 通过集总LRC互连的信号传输 281

7.5　信号编码 287

7.5.1　信号电平数 287

7.5.2　信号幅度 289

7.5.3 信号转移函数 290

7.5.4 纠错码 291

7.5.5 脉冲调制式信号传输 292

7.5.6 信号电平与延迟 293

7.7 习题 294

7.6 目录说明 294

第8章　高级信号传输方法 298

8.1　通过RC互连的信号传输 298

8.1.1　电路模型 299

8.1.2 中继器 300

8.1.3 增加导线宽度与间距 301

8.1.4 低摆RC线路的加速驱动 301

8.2　驱动有损LC线路 303

8.2.1　孤脉冲 304

8.2.2　LRC线路的均衡 304

8.3　同时双向信号传输 306

8.3.1　电流模式双向信号传输 307

8.3.2 双向信号传输波形 307

8.3.3 差分同时双向信号传输 308

8.3.4 电压模式同时双向信号传输 310

8.3.5 反向通道串扰 310

8.4　AC平衡信号传输与N/M平衡信号传输 311

8.4.1 术语 312

8.4.2 DC平衡信号的编码 313

8.4.3 空间N/M平衡信号传输 317

8.5 实例 318

8.5.1 逻辑信号传输 319

8.5.2 SRAM位线 320

8.5.3 片上长导线上的信号传输 323

8.5.4 板上芯片到芯片的信号传输 324

8.5.5 电缆上的信号传输 326

8.6 目录说明 328

8.7 习题 329

第9章 时序规范 331

9.1　两种时序规范的比较 332

9.1.1　偏移与抖动分析 334

9.1.2 允许的时钟速率 335

9.1.3 讨论 335

9.2　时序设计中应考虑的问题 336

9.3　时序基本原理 336

9.3.1　时序术语 336

9.3.2 延迟元件的时序性质 338

9.3.3 组合逻辑的时序性质 339

9.3.4 钟控存储元件的时序性质 341

9.3.5 眼图 343

9.4　时序编码：信号与事件 344

9.4.1　非周期事件编码 345

9.4.2 周期信号编码 347

9.5　开环同步时序 348

9.5.1　全局时钟，边沿触发时序 349

9.5.2 电平敏感时钟控制 351

9.5.3 流水时序 356

9.6　闭环时序 360

9.6.1　一个简单的时序环 360

9.6.2 相位比较器 361

9.6.3 可变延迟线 366

9.6.4 捆绑式闭环时序 367

9.6.5 每条线路独立配置的闭环时序 370

9.6.6 锁相环 372

9.6.7 过采样时钟恢复 376

9.7 时钟分配 378

9.7.1 片外时钟分配 379

9.7.2 片上时钟分配 382

9.8 目录说明 385

9.9 习题 386

第10章 同步 389

10.1 三种同步策略的比较 390

10.2 同步原理 391

10.2.1 同步的应用 392

10.2.2 同步失效与亚稳定 393

10.2.3 时钟域 397

10.2.4 “信号-时钟”同步的分类 398

10.3　同步器设计 399

10.3.1 均步式同步器 399

10.3.2 准同步式同步器 404

10.3.3 周期性的异步式同步器 407

10.3.4 通用异步式同步器 408

10.4　异步设计 409

10.4.1　可停止的时钟 410

10.4.2 异步信号传输协议 411

10.4.3 异步模块的设计方法 414

10.4.4 异步电路的组合 423

10.5 目录说明 431

10.6 习题 431

11.1　端接 434

11.1.1　片上端接与片外端接 434

第11章　信号传输电路 434

11.1.2 FET端接 435

11.1.3 可调节端接器 436

11.1.4 自动端接器调节 438

11.2　发送器电路 440

11.2.1 电压模式驱动器 441

11.2.2 自串联端接驱动器 445

11.2.3 电流模式驱动器 446

11.2.4 上升时间控制 450

11.2.5 集总负载的驱动器 452

11.2.6 多路复用式发送器 453

11.3　接收器电路 456

11.3.1 使用静态放大器的接收器 457

11.3.2 使用钟控差分放大器的接收器 460

11.3.3　积分放大器 460

11.3.4 多路分解式接收器 462

11.4　静电放电（ESD）保护 463

11.4.1　ESD失效机理 465

11.4.2 ESD保护器件 466

11.5　一个信号传输系统实例 472

11.5.1 发送器 472

11.5.2　接收器 480

11.6 目录说明 484

11.7 习题 484

第12章　时序电路 486

12.1　锁存器与触发器 486

12.1.1　电平敏感锁存器 486

12.1.2　边沿触发器 491

12.1.3 触发器与锁存器中的失效机理 495

12.2　延迟线电路 500

12.2.1　反相器延迟线 500

12.2.2 差分延迟元件 503

12.2.3 电路与设计细节 507

12.2.4 其他差分时序元件 512

12.3　压控振荡器 516

12.3.1　一阶振荡器 516

12.3.2 二阶振荡器 518

12.4　相位比较器 522

12.4.1 异或比较器 522

12.4.2 边沿触发器式鉴相器 523

12.4.3 连续相位检测器 524

12.5.1　RC环路滤波器 527

12.5　环路滤波器 527

12.5.2 电荷泵滤波器 529

12.5.3 延迟锁定环路滤波器 534

12.6　时钟对准器 539

12.6.1 PLL实现与DLL实现的比较 539

12.6.2 简单的基于DLL的对准器 540

12.6.3　基于相位的对准器 541

12.6.4 一个基于相位和延迟的混合时钟对准器 543

12.7 目录说明 545

12.8 习题 545