【虎彩 按需齣版】電磁兼容和印刷電路闆(理論設計和布綫) (美國)濛切斯著 人民郵電齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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劉元安 譯

圖書標籤:

• 電磁兼容
• PCB設計
• 印刷電路闆
• EMC
• 電路設計
• 電子工程
• 濛切斯
• 人民郵電齣版社
• 理論設計
• 布綫技術

店鋪： 虎彩圖書POD店

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：7115106746

商品編碼：10152215899

齣版時間：2003-11-01

內容簡介
《電磁兼容和印刷電路闆》從理論、設計和布綫的角度分析研究瞭電磁兼容(EMC)和印刷電路闆(PCB)所涉及的問題，全書內容共有9章。第1～3章介紹瞭EMC的基本原理、PCB中的EMC以及元件設計中的EMC，第4章論述瞭PCB中鏡像麵的原理與特性，第5章和第6章詳盡地闡述瞭PCB中的旁路與去耦以及傳輸綫的設計原理。第7～9章就信號的完整性與串擾、PCB走綫終端以及PCB布綫中的接地原理進行瞭論述。
 目錄 第1章　電磁兼容基本原理　1

1.1　基本定義　2

1.2　設計工程師常見的一些電磁兼容問題　3

1.2.1　規範　3

1.2.2　射頻乾擾　3

1.2.3　靜電放電(ESD)　4

1.2.4　電力乾擾　4

1.2.5　自兼容性　4

1.3　電磁環境　4

1.4　遵守規範的必要性(EMI簡史)　8

1.5　對於無保護産品的潛在EMI/RFI輻射等級　9

1.6　噪聲耦閤法　10

1.7　乾擾的本質　12

1.7.1　頻率和時間(傅裏葉變換：時域—頻域)　13

1.7.2　幅度　13

1.7.3　阻抗　14

1.7.4　尺寸　14

1.8　PCB和天綫　14

1.9　係統級EMI産生原因　15

1.10　對電磁輻射控製的總結　16



第2章　PCB中的EMC　17

2.1　EMC和PCB　17

2.1.1　導綫和PCB走綫　18

2.1.2　電阻　19

2.1.3　電容器　19

2.1.4　電感　19

2.1.5　變壓器　20

2.2　電磁理論　20

2.3　電場源與磁場源之間的聯係　22

2.4　麥剋斯韋方程的簡化——進一步說明　25

2.5　通量消除的概念(通量小化)　27

2.6　趨膚效應和引綫自感　28

2.7　共模和差模電流　30

2.7.1　差模電流　31

2.7.2　差模輻射　31

2.7.3　共模電流　32

2.7.4　共模輻射　34

2.7.5　差模和共模的轉變　34

2.8　傳播速度　35

2.9　臨界頻率(λ/20)　36

2.10　抑製RF能量的基本原理和概念　37

2.10.1　基本原理　37

2.10.2　基本概念　37

2.11　總結　38



第3章　元件與電磁兼容　40

3.1　邊沿速率　40

3.2　輸入能量消耗　43

3.3　時鍾偏移　44

3.3.1　工作周期偏移　45

3.3.2　輸齣到輸齣的偏移　45

3.3.3　部件到部件的偏移　45

3.4　元件封裝　46

3.5　地電位跳躍　50

3.6　引綫到引綫的電容　53

3.7　接地散熱器　53

3.8　時鍾源的電源濾波　56

3.9　集成電路中的輻射考慮　58

3.10　總結　60



第4章　鏡像麵　61

4.1　概述　61

4.2　5/5規則　63

4.3　鏡像層怎樣工作　63

4.3.1　電感　63

4.3.2　局部電感　63

4.3.3　局部互感　64

4.3.4　鏡像層的實現和概念　66

4.4　接地和信號迴路(沒有渦流)　68

4.4.1　迴路區域控製　69

4.5　縱橫比——接地連接之間的距離　71

4.6　鏡像層　73

4.7　鏡像層損壞　74

4.8　層間跳轉—通路應用　76

4.9　層分裂　78

4.10　分區法　79

4.10.1　功能子係統　79

4.10.2　靜態區域　80

4.11　隔離和分區(壕)　80

4.11.1　方法一：隔離　81

4.11.2　方法二：搭橋　81

4.12　互連和RF返迴電流　84

4.13　單麵和雙麵闆布綫要點　85

4.14　網格接地係統　88

4.15　局部化的接地層　90

4.16　小結　92



第5章　旁路和去耦　94

5.1　諧振概述　94

5.1.1　串聯諧振　95

5.1.2　並聯諧振　95

5.1.3　並聯C-串聯RL諧振(反諧振電路)　95

5.2　物理特性　96

5.2.1　阻抗　96

5.2.2　能量儲存　98

5.2.3　諧振　98

5.2.4　電源和接地層的好處　100

5.3　並聯電容器　102

5.4　電源層和接地層電容　103

5.4.1　隱藏電容　106

5.4.2　電源和接地層電容值的計算　106

5.5　引綫長度電感　107

5.6　安裝　107

5.6.1　電源闆　107

5.6.2　去耦電容器　108

5.7　去耦電容的選擇　111

5.8　大電容的選擇　114

5.9　組件內電容的設計　116

5.10　實心電壓闆的通路及通路效應　117



第6章　傳輸綫　119

6.1　傳輸綫概述　119

6.2　傳輸綫基礎　121

6.3　傳輸綫效應　122

6.4　多層PCB中傳輸綫的形成　123

6.5　相對介電常數　124

6.6　布綫　124

6.6.1　微帶綫結構　127

6.6.2　嵌入式微帶綫　128

6.6.3　單帶狀綫結構　129

6.6.4　雙帶狀綫　130

6.6.5　差動微帶綫和帶狀綫　131

6.7　布綫考慮　132

6.8　容性負載　134



第7章　信號完整性與串擾　137

7.1　信號完整性的要求　137

7.2　反射和衰減振蕩　139

7.2.1　信號失真的鑒定　141

7.2.2　産生衰減振蕩的條件　142

7.3　計算走綫長(電長走綫)　144

7.4　由於不連續引起的負載　148

7.5　RF電流分布　149

7.6　串擾　150

7.6.1　串擾的測量單位　153

7.6.2　避免串擾的設計技術　153

7.7　3-W原則　155



第8章　PCB走綫終端　159

8.1　傳輸綫效應　159

8.2　終端匹配方法　160

8.2.1　源終端　162

8.2.2　串聯終端　162

8.2.3　末端終端匹配　167

8.2.4　並聯終端　168

8.2.5　戴維寜網絡　171

8.2.6　RC網絡　174

8.2.7　二極管網絡　176

8.3　終端噪聲與串擾　176

8.4　多終端效應　177

8.5　布綫　180

8.6　分叉綫路　181

8.7　小結——終端匹配方法　181



第9章　接地　183

9.1　接地的原因——概述　183

9.2　定義　183

9.3　基本接地概念　184

9.4　安全地　187

9.5　信號電壓參考地　188

9.6　接地方法　189

9.6.1　單點接地技術　189

9.6.2　多點接地技術　191

9.6.3　混和或選擇接地　192

9.6.4　模擬電路接地　193

9.6.5　數字電路接地　193

9.7　控製走綫間的共阻抗耦閤　194

9.7.1　降低共用阻抗路徑的長度　194

9.7.2　避免共阻抗路徑　195

9.8　電源和接地結構中的共阻抗耦閤的控製　196

9.9　接地環路　197

9.10　多點接地中的諧振　199

9.11　子卡與卡架之間的場耦閤　201

9.12　接地(輸入/輸齣連接器)　203

《精密電路的科學與藝術：電磁兼容與印刷電路闆設計詳解》 內容概述： 本書並非關於特定齣版物《【虎彩 按需齣版】電磁兼容和印刷電路闆(理論設計和布綫) (美國)濛切斯著 人民郵電齣版社》的評介或摘錄。它是一本獨立編撰的、專注於電子産品核心——印刷電路闆（PCB）設計與電磁兼容（EMC）理論的深度解析著作。全書緻力於為讀者提供一套係統、詳盡且實用的設計知識體係，旨在幫助電子工程師、技術愛好者以及相關專業的學生，深刻理解PCB設計中至關重要的EMC原理，並掌握從理論到實踐的全流程設計方法。 本書在內容組織上，力求邏輯清晰、層層遞進，從基礎概念入手，逐步深入到高級應用。它將理論與實踐緊密結閤，不僅闡述瞭EMC現象産生的物理機製，更提供瞭切實可行的設計準則和布局布綫技巧，以期讀者在實際工作中能夠主動預防和解決EMC問題，設計齣高性能、高可靠性的電子産品。 第一部分：電磁兼容（EMC）基礎理論 本部分將從最根本的層麵，剖析電磁兼容性所涉及的物理現象和基本原理。 電磁波的産生與傳播： 電荷與電流的動態： 深入探討電荷的運動如何産生電場和磁場，以及時變電磁場如何形成電磁波。分析瞬變電流、高頻信號以及寄生參數（電感、電容）在電磁波産生中的作用。 不同頻率下的電磁現象： 區分低頻、高頻和射頻（RF）設計中電磁波傳播特性的差異。闡述波阻抗、傳輸綫效應、反射、駐波等在PCB設計中的重要性。 電磁輻射的途徑： 詳細解析EMC問題的主要輻射途徑，包括傳導輻射（通過電源綫、信號綫傳播）和空間輻射（通過電纜、PCB本身嚮外發射）。 電磁乾擾（EMI）的形成機製： 耦閤機製： 傳導耦閤： 重點講解在PCB上，不同信號綫、電源綫、地綫之間，以及PCB與外部連接器之間，通過導電路徑進行的電流和電壓乾擾。分析串擾（Crosstalk）的産生原因，如容性耦閤和感性耦閤，以及信號完整性（SI）對EMI的影響。 輻射耦閤： 闡述PCB上的高頻信號、時鍾信號、開關電源等産生的電磁場如何直接輻射到周圍環境，或被其他組件接收並引起乾擾。分析天綫效應的産生，如PCB邊緣、布綫間隙、過孔等。 電感性耦閤： 深入分析迴流路徑（Return Path）不連續或過長如何導緻地彈（Ground Bounce）、環路麵積增大，進而産生強烈的電磁輻射。 容性耦閤： 講解平行布綫、相鄰層布綫等産生的電場相互影響，尤其在高頻信號傳輸時，電場耦閤的效應更為顯著。 敏感性（Susceptibility）與抗擾性（Immunity）： 乾擾的來源： 列舉典型的EMI源，如數字電路的時鍾信號、高速數據總綫、開關電源、射頻器件、外部電磁脈衝（EMP）等。 敏感性器件： 分析不同類型的電子器件對EMI的敏感度，如高精度模擬電路、低壓數字電路、微處理器等。 提高抗擾性的方法： 引入EMC的另一個核心概念——抗擾性，即電子設備抵抗外部EMI乾擾的能力。 EMC基本概念與術語： 電場強度、磁場強度、功率密度： 介紹度量電磁場強度的基本單位和方法。 電磁屏蔽（Shielding）： 講解電磁屏蔽的基本原理，包括反射損耗和吸收損耗，以及屏蔽體材料、結構和接地方式對屏蔽效果的影響。 濾波（Filtering）： 闡述濾波器的作用，如何濾除電源綫和信號綫上的傳導乾擾，介紹不同類型的濾波器（LC、RC、EMI抑製器等）及其設計考慮。 接地（Grounding）： 強調接地在EMC設計中的核心地位，區分單點接地、多點接地、混閤接地等概念，並分析其適用場景與局限性。 電磁兼容標準（如CISPR、FCC、CE）： 簡要介紹國際和地區性的EMC標準，以及這些標準對産品設計的要求，讓讀者瞭解設計目標。 第二部分：印刷電路闆（PCB）設計與EMC優化 本部分將聚焦於PCB這一具體載體，闡述如何在電路闆的設計與布綫過程中，主動融入EMC設計理念。 PCB結構與EMC： 多層闆的優勢： 詳細講解使用四層、六層及以上PCB的好處，特彆是增加電源層和地平麵（Ground Plane）對EMC的巨大貢獻。分析電源層與地平麵如何提供低阻抗的電流迴流路徑，抑製信號耦閤。 地平麵（Ground Plane）設計： 完整性： 強調地平麵應盡可能完整、連續，避免被信號綫“割裂”。 分割： 討論何時需要分割地平麵（如模擬地與數字地隔離），以及如何閤理分割，避免引入新的EMC問題。 低阻抗： 講解多點接地和網格地（Mesh Ground）的實現，以及通過足夠多的過孔（Vias）連接不同層地平麵，確保低阻抗連接。 電源層（Power Plane）設計： 去耦電容（Decoupling Capacitors）的放置： 詳細闡述去耦電容的作用，以及如何選擇閤適的電容值、類型和放置位置，使其最有效地抑製電源噪聲。強調電容靠近IC電源引腳，並盡可能短地連接到地平麵。 電源分布網絡（PDN）的阻抗： 分析電源綫和地綫組成的PDN的阻抗特性，以及如何通過閤理的層疊結構和電容配置來降低PDN阻抗，為IC提供穩定的電源。 過孔（Vias）的設計： 寄生參數： 分析過孔本身存在的寄生電感和電容，以及這些寄生參數在高頻下的影響。 最小化過孔： 建議盡量減少過孔的使用，特彆是在高頻信號綫和關鍵迴流路徑上。 過孔地（Via-in-Pad）與迴流路徑： 討論過孔地在特定情況下的應用，以及如何確保過孔地的迴流路徑。 信號布綫與EMC： 高頻信號布綫： 傳輸綫理論的應用： 講解PCB走綫如何被視為傳輸綫，以及阻抗匹配的重要性。 阻抗匹配： 詳細闡述終端匹配（並聯、串聯）和源端匹配技術，以減少信號反射，提高信號完整性。 差分信號（Differential Signaling）： 介紹差分信號的EMC優勢，包括共模噪聲抑製和輻射降低，以及差分對的布綫要求（等長、等寬、緊密平行）。 串擾（Crosstalk）的控製： 間距（Spacing）： 強調相鄰信號綫之間應有足夠的間距，特彆是在高頻信號綫之間。 接地綫隔離： 建議在高速信號綫之間夾一層接地綫（Gridded Ground），形成一個微型屏蔽結構。 信號層與參考平麵的關係： 分析信號層與鄰近的參考平麵（地或電源層）之間的耦閤關係，以及如何通過調整布綫來最小化串擾。 迴流路徑（Return Path）管理： 連續性： 強調信號電流必須有連續、低阻抗的迴流路徑。 最短路徑原則： 解釋信號電流總是選擇阻抗最小的迴流路徑，因此信號綫與參考平麵之間的近距離至關重要。 避免跨越地平麵縫隙： 詳細分析當信號綫的迴流路徑跨越地平麵上的縫隙（如電源軌、分割綫）時，會産生的問題。 時鍾與高頻信號的特殊處理： 時鍾布綫： 建議將時鍾綫短而直，並遠離其他敏感信號，通常布置在PCB的內層。 時鍾緩衝器與扇齣： 討論時鍾樹的設計，以及如何使用時鍾緩衝器來優化時鍾信號的質量。 過孔和連接器： 過孔的優化： 講解如何通過優化過孔的布局和數量來降低其寄生效應。 連接器的EMC考慮： 分析連接器在PCB上的EMC影響，以及如何通過濾波、屏蔽等方式來改善連接器的EMC性能。 EMI濾波與抑製技術： 電源濾波： 詳細介紹不同類型的電源濾波器（如EMI抑製器、共模扼流圈、差模扼流圈）的設計和選擇，以及它們在抑製電源傳導乾擾方麵的應用。 信號綫濾波： 講解如何通過LC濾波器、RC濾波器等在信號綫上實現濾波，以抑製特定頻率的噪聲。 磁珠（Ferrite Beads）的應用： 闡述磁珠在高頻噪聲抑製方麵的作用，以及如何選擇閤適的磁珠類型和放置位置。 PCB布局（Placement）與EMC： 功能分區： 建議將PCB上的電路按照功能進行分區，如數字區、模擬區、射頻區、電源區等，並閤理安排它們之間的位置關係。 敏感器件的保護： 將易受乾擾的敏感器件（如ADC、DAC、低噪聲放大器）遠離高噪聲源（如時鍾、開關電源）。 高功耗與發熱器件： 考慮高功耗器件的發熱問題，並閤理布局，避免對周邊器件産生熱乾擾。 連接器位置： 將輸入/輸齣連接器放置在PCB的邊緣，並盡可能靠近相應的電路，以縮短走綫長度。 PCB製造與EMC： 層疊結構： 討論不同層疊結構的EMC性能差異，以及如何在設計階段就確定閤理的層疊。 阻抗控製： 強調PCB製造中的阻抗控製，以及對信號完整性和EMC的重要性。 焊盤（Pad）與過孔： 分析焊盤大小、形狀，以及過孔的焊接工藝對EMC的影響。 PCB闆材： 簡要提及不同PCB闆材（如FR-4、聚四氟乙烯PTFE）的介電常數、損耗角正切等參數對EMC性能的影響。 第三部分：EMC測試與驗證 本部分將介紹如何對設計的PCB進行EMC測試，以驗證其性能並發現潛在問題。 EMC基本測試項目： 輻射發射（Radiated Emissions, RE）： 測量PCB嚮外輻射的電磁能量，並與標準限值進行對比。 傳導發射（Conducted Emissions, CE）： 測量通過電源綫、信號綫傳導齣去的電磁乾擾。 輻射抗擾度（Radiated Immunity, RI）： 模擬外部電磁場對PCB的影響。 傳導抗擾度（Conducted Immunity, CI）： 模擬通過電纜注入的乾擾。 靜電放電（Electrostatic Discharge, ESD）： 測試PCB抵抗靜電放電的能力。 測試設備與方法： 簡要介紹EMC測試所使用的關鍵設備，如電波暗室、頻譜分析儀、EMI接收機、測試天綫、注入鉗等。 問題定位與調試： 介紹在EMC測試中發現問題後，如何根據測試結果，結閤PCB設計，分析問題根源，並提齣相應的改進方案。 結論： 《精密電路的科學與藝術：電磁兼容與印刷電路闆設計詳解》是一本緻力於提升工程師實際設計能力、理解EMC本質、掌握PCB優化技術的參考書。它不僅僅是理論知識的堆砌，更是基於工程實踐經驗的總結。通過對本書的學習，讀者將能夠係統地掌握EMC設計方法，減少産品開發過程中的EMC風險，縮短産品上市周期，並最終設計齣更符閤國際標準、更具市場競爭力的電子産品。本書適閤初學者入門，也適閤有經驗的工程師深化理解，是電子設計領域不可或缺的寶貴資源。

評分☆☆☆☆☆

作為一本由國際專傢撰寫的譯著，我非常關注其內容的前沿性和普適性。電子設計領域技術迭代極快，尤其是在5G、物聯網這些新興領域，對PCB設計提齣瞭全新的挑戰。我希望這本書不僅僅停留在傳統的兩層或四層闆的經典理論，而是能覆蓋到現代多層闆堆疊設計中必須考慮的特殊因素。例如，在HDI（高密度互聯）技術日益普及的背景下，微過孔（Microvia）的應用對信號完整性和阻抗控製帶來的影響，以及如何在有限的空間內實現復雜的差分走綫和等長處理。更重要的是，我關注其在“接地”這一永恒主題上的論述。很多教材對“地”的描述過於理想化，但實際設計中，地平麵分割、地孔的引入、多層闆之間的地連接，無一不在考驗設計者的智慧。我期待書中能提供一些關於復雜機箱結構對整體EMC影響的分析，以及如何在高密度多層闆上有效控製高頻電流迴流路徑的實戰技巧。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和印刷質量看起來相當不錯，紙張的選用使得即便是長時間閱讀和翻閱查閱，眼睛也不會感到疲勞。我特彆注意到它的圖錶清晰度。在討論阻抗控製和電磁輻射時，圖形的準確性至關重要。我希望那些剖麵圖、場強分布圖以及S參數麯綫都能做到綫條銳利、標注明確。在我以往的閱讀經驗中，很多技術書籍的圖錶模糊不清，導緻讀者需要花費大量精力去猜測作者想要錶達的真正含義。這本書如果能在圖文結閤上做到極緻，將大大提高學習效率。比如，在講解特定布綫規則（如蛇形綫、拐角處理）時，能否配上清晰的示意圖，並直接標齣其引入的延遲或不連續性，這種直觀的視覺衝擊力遠勝於純文字的描述。看到“按需齣版”的字樣，也暗示著它可能是根據最新的行業標準和技術發展進行過審校和定製的，這讓人對內容的時效性更有信心。

評分☆☆☆☆☆

初翻目錄，就被其結構安排的邏輯性所摺服。它似乎遵循瞭一條從宏觀到微觀，再到實踐檢驗的完美學習路徑。我對其中關於“去耦電容網絡設計”的那一章節抱有極高的期待。這部分內容往往是新手與資深工程師拉開差距的關鍵點。很多時候，我們隻是機械地並聯幾個不同容值的電容，卻不清楚它們在不同頻率下的實際作用邊界，以及與電源平麵、地平麵之間的耦閤效應。我希望能看到作者詳細論述不同類型電容（MLCC、鉭電容等）的等效阻抗模型，以及如何根據芯片的電源噪聲頻譜特性，精確計算齣最佳的電容值和布局位置。更進一步，如果能涉及高速信號綫旁的電源完整性（PI）分析，比如如何使用仿真工具（如HyperLynx或HFSS的簡化模型）來驗證去耦方案的有效性，那就簡直是物超所值瞭。畢竟，在追求更高時鍾頻率和更低供電電壓的今天，一個不恰當的去耦設計，可能導緻整個係統在瞬間的電流尖峰中崩潰，我渴望從這本書中找到“萬無一失”的去耦哲學。

評分☆☆☆☆☆

我閱讀技術書籍時，除瞭理論深度，也非常看重配套資源的豐富性。這本書的價值，我認為很大程度上取決於它能否成為一個“可以隨時查閱的工具書”。我期待在書的附錄部分，能找到一些實用的參考資料，比如常用材料的介電常數和損耗角正切值錶、不同封裝器件的電磁模型簡化指南，或者是一些設計規範的快速速查清單。如果作者能夠提供一些基礎的公式推導過程，並最終歸納齣一個易於記憶和應用的“設計Checklist”，那就更完美瞭。例如，針對不同的PCB層數和工作頻率，應該遵循哪些基本的走綫間距和綫寬限製。我購買這本書的目的，就是希望它能在我遇到設計瓶頸時，提供一個可靠的“理論後盾”，幫助我快速從“為什麼會齣問題”過渡到“如何係統性地解決問題”，而不是僅僅停留在現象描述的層麵。它應該是我工作颱上那本，會經常被翻開，並在關鍵時刻提供‘Aha!’時刻的寶典。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計著實吸引人眼球，那種略帶復古的深藍底色，配上白色的字體，透露齣一種沉穩和專業感。光是看到“電磁兼容”和“印刷電路闆”這兩個關鍵詞，我就知道這絕對不是一本泛泛而談的科普讀物，而是直指專業核心的硬核教材。我一直對電子産品的可靠性問題非常頭疼，尤其是在高頻設計領域，如何確保信號完整性和EMC閤規性，簡直是噩夢。我特彆期待書中能詳細剖析那些隱藏在PCB布局中的“隱形殺手”，比如串擾、地彈和輻射源的形成機製。如果能結閤一些實際案例，比如一個小型嵌入式係統設計中，如何通過閤理的層疊結構和元器件布局，一步步優化EMC性能，那就太棒瞭。我希望作者能用深入淺齣的方式，把復雜的電磁場理論轉化為工程師可以立刻上手的實操指南，而不是堆砌晦澀的數學公式。這本書的厚度也給瞭我信心，感覺內容量是足夠的，希望能把從基礎理論到高級技巧的脈絡梳理得清清楚楚，讓我在麵對復雜的EMC測試報告時，不再是兩眼一抹黑，而是能迅速定位問題所在，並給齣精準的硬件級解決方案。