信号完整性揭秘：于博士SI设计手记 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

于争 著

图书标签:

• 信号完整性
• 高速电路
• PCB设计
• SI设计
• 电磁兼容性
• 高速数字电路
• 博士手记
• 射频电路
• 电子工程
• 嵌入式系统

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111438427

版次：1

商品编码：11333197

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 高级电路设计

开本：16开

出版时间：2013-10-01

用纸：胶版纸

页数：330

内容简介

　　《信号完整性揭秘：于博士SI设计手记》是在作者多年工程设计和科研过程中积累的大量笔记基础上，选取对工程设计极其重要的部分内容整理而成的，着重阐述与工程设计密切相关的信号完整性基础知识。本书主要讲述了数字信号特征、传输线等理论基础，反射、串扰等基本的信号完整性问题，以及S参数、差分互连、阻抗不连续性、抖动、均衡等高速串行互连设计的必备知识，最后介绍了工程设计中必备的电源完整性入门知识。
　　《信号完整性揭秘：于博士SI设计手记》内容选择源于实际工程设计的需要，论述过程中尽可能避免烦琐复杂的数学推导，侧重于直观形象的讲解，符合工程师的学习习惯，可作为硬件设计工程师、测试工程师、系统工程师、项目负责人以及其他相关技术工作者的培训教材及工程设计参考书，同时也可以作为高等院校相关专业的学生及教师的参考书籍。

目录

前言
第1章 概述
1.1 什么是信号完整性
1.2 SI问题的根源
1.3 新的设计方法
1.4 SI设计的难点
1.5 SI设计的误区
1.6 关于经验法则
1.7 SI设计与SI仿真
1.8 SI设计的特点
1.9 基础的重要性
1.10 小结
第2章 数字信号频谱与带宽
2.1 周期信号的单边谱
2.2 周期信号的双边谱
2.3 单边谱与双边谱的关系
2.4 理想方波信号的频谱
2.5 方波信号的频谱特征
2.6 信号带宽与上升时间的关系
2.7 梯形波的频谱特征
2.8 信号带宽0.3 5Tr是如何得到的
2.9 信号带宽0.5 Tr指的是什么
2.10 关于信号带宽的补充说明
2.11 小结
第3章 传输线
3.1 什么是传输线
3.2 信号的传输方式
3.3 传输线的返回电流
3.4 传输线的分布电容
3.5 单位长度电容
3.6 介电常数、等效介电常数
3.7 传输线的分布电感
3.8 回路电感
3.9 单位长度电感
3.10 波传播的LC参数表示
3.11 瞬态阻抗与特性阻抗
3.12 影响特性阻抗的因素
3.13 参考平面
3.14 返回电流的分布
3.15 传输线的延时
3.16 理想传输线的集总参数模型
3.17 耦合传输线模态分析
3.18 模态对阻抗的影响
3.19 线间距对阻抗的影响
3.20 有损传输线
3.21 趋肤效应
3.22 直流电阻、交流电阻、传导损耗
3.23 邻近效应
3.24 表面粗糙度
3.25 介质损耗
3.26 复介电常数
3.27 有损传输线的特性阻抗与延时
3.28 小结
第4章 信号的反射与端接
4.1 反射是怎么形成的
4.2使用反弹图计算反射波形
4.3 正反射和负反射的含义
4.4 有限上升时间信号的反射波形
4.5 容性阻抗不连续
4.6 互连线末端容性负载的反射
4.7 互连线中间容性负载的反射
4.8 容性负载对时间延迟的影响
4.9 容性负载对传输线阻抗的影响
4.10 感性阻抗不连续
4.11 互连线末端感性负载的反射
4.12 互连线中间感性负载的反射
4.13 感性负载对时间延迟的影响
4.14 残桩与分支的影响
4.15 临界长度
4.16 多长的走线需要端接
4.17 如何估计驱动器的输出阻抗
4.18 端接方法
4.19 拓扑结构
4.20 串联端接中的桩线
4.21 并联端接位置
4.22 分支结构中阻尼电阻的应用
4.23 TDR阻抗测量
4.24 小结
附录4.1 线路末端的电容
附录4.2 线路中间的电容
附录4.3 线路末端的电感
附录4.4 线路中间的电感
第5章 串扰
5.1 串扰形成的根源
5.2 耦合长度
5.3 容性串扰
5.4 感性串扰
5.5 近端串扰和远端串扰
5.6 近端串扰的饱和
5.7 远端串扰的饱和与模态分解
5.8 边沿耦合与宽边耦合的串扰
5.9 影响串扰的因素
5.10 串扰对信号的影响
5.11 串扰与时序
5.12 蛇形走线与信号的延迟
5.13 保护地线
5.14 端接与串扰
5.15 减小串扰的常用方法
5.16 小结
附录 远端串扰两种解释的等效性证明
第6章 S参数
6.1 网络分析基础
6.2 S参数定义
6.3 从频域的角度理解S参数
6.4 S11的含义
6.5 S11与输入阻抗
6.6 使用S11提取特性阻抗
6.7 S11与瞬时阻抗
6.8 S21的含义
6.9 S21相位与传输延时
6.10 S21与通道响应
6.11 S参数对称性及能量守恒
6.12 S参数中的纹波
6.13 多端口S参数
6.14 S参数与串扰
6.15 小结
第7章 互连线中的阻抗不连续
7.1 分支结构
7.2 参考平面的宽度
7.3 互连线跨分割
7.4 过孔
7.5 小结
第8章 差分互连
8.1 差分传输
8.2 差分对的返回电流
8.3 差分信号抗噪声原理
8.4 差分互连中的阻抗参数
8.5 差分互连的反射与端接
8.6 差分互连的串扰
8.7 差分与共模的相互转化
8.8 差分S参数
8.9 差分对的等长等距
8.10 松耦合还是紧耦合
8.11 小结
第9章 抖动
9.1 抖动的含义
9.2 Jitter描述方法
9.3 Jitter统计特性
9.4 Jitter、BER、眼图之间关系
9.5 Jitter分类及产生原因
9.6 Jitter分离
9.7 Clock Jitter与相噪
9.8 小结
第10章 均衡
10.1 互连中的信号畸变
10.2 码间干扰
10.3 码间干扰与带宽
10.4 离散系统的码间干扰
10.5 均衡原理
10.6 均衡分类
10.7 无源CTLE
10.8 有源CTLE
10.9 离散时间线性均衡
10.10 使用ZFS算法确定FFE抽头系数
10.11 使用MMSE算法确定FFE抽头系数
10.12 反馈判决均衡
10.13 小结
第11章 电源完整性
11.1 为什么要重视电源噪声问题
11.2 PDN系统的噪声来源
11.3 电容去耦的两种解释
11.4 理想情况的去耦电容量
11.5 实际电容的特性
11.6 安装电感与自谐振频率
11.7 目标阻抗的设计方法
11.8 相同容值电容的并联
11.9 不同容值电容的并联
11.10 容值差对谐振峰的影响
11.11 ESR对谐振峰的影响
11.12 安装电感对谐振峰的影响
11.13 去耦网络电容的配置方法
11.14 阻抗曲线形状与电源噪声
11.15 在多大频率范围内去耦
11.16 去耦电容的摆放
11.17 去耦电容的安装
11.18 PDN系统的直流压降
11.19 小结

前言/序言

电路设计中的隐形杀手：信号完整性分析与优化 在当今高速、高密度的电子产品设计领域，性能的瓶颈往往并非来自处理器速度的提升，而是隐藏在电路板上的信号传输质量。当信号以惊人的速度在导线上传播时，它们会经历一系列复杂的物理现象，如反射、振铃、串扰、地弹等。这些被称为“信号完整性”（Signal Integrity, SI）问题，如同隐形的杀手，可能导致数据错误、系统不稳定，甚至完全失效，严重影响产品的可靠性和用户体验。 本书旨在深入剖析信号完整性问题的根源，并提供一套行之有效的分析和优化方法。我们将从基础的电磁场理论入手，逐步深入到高速信号传输的实际挑战。本书不是一本理论堆砌的教科书，而是基于丰富的实践经验，为工程师提供一套系统化的解决方案。 第一部分：信号完整性基础理论与现象解析 在开始信号完整性之旅之前，理解其基本原理至关重要。本部分将为读者构建坚实的理论基础。 传输线理论的再审视： 我们将重新审视传输线的基本概念，包括特性阻抗、传播延迟、信号衰减等。不同于传统意义上的低频电路分析，高速信号传输时，PCB上的走线、连接器、过孔等都必须被视为传输线。理解这些参数如何影响信号波形，是解决SI问题的起点。我们将详细讲解传输线方程，并分析其在实际应用中的意义。 反射与阻抗匹配： 信号在传输线上遇到的不连续性（如连接器、过孔、端接电阻的变化）都会引起阻抗不匹配，进而导致信号反射。反射信号与原始信号叠加，会产生振铃、过冲、欠冲等失真现象。本节将详细介绍反射的形成机理，分析不同阻抗不匹配场景下的波形变化，并重点讲解阻抗匹配的重要性，包括如何计算和选择合适的阻抗，以及如何通过PCB布局布线来优化阻抗。 振铃与衰减： 信号在传输线上的反射会在源端和负载端形成来回的反射，产生周期性的信号波动，即振铃。振铃幅度过大可能导致逻辑误判。同时，随着信号频率的升高和传输距离的增加，信号会因为导线电阻、介质损耗等原因而衰减。本节将深入分析振铃的产生原因，介绍其与传输线参数、驱动端和接收端的特性之间的关系，并探讨如何通过端接技术、选择低损耗材料等方法来抑制振铃。衰减的分析将涉及皮肤效应和介质损耗，并探讨其对信号边沿和幅度的影响。 串扰（Crosstalk）： 当信号线之间的耦合电容和电感效应足够显著时，一条信号线上的信号变化会感应到相邻信号线上，产生干扰信号，即串扰。串扰可能导致接收端误判逻辑状态。本节将详细阐述串扰的电磁耦合机理，区分前向串扰和后向串扰，分析串扰的发生与走线间距、长度、信号频率等因素的关系，并提供有效的串扰抑制策略，如增加间距、采用差分对、合理的布线顺序等。 地弹（Ground Bounce）与电源噪声（Power Noise）： 在高速数字电路中，瞬态电流的变化会导致地线和电源线上的电压波动，即地弹和电源噪声。这些噪声会叠加到信号上，影响信号的完整性，甚至导致逻辑错误。本节将深入分析地弹和电源噪声的产生机理，探讨其与开关速率、封装、PCB布局布线以及电源分配网络（PDN）设计之间的关系，并提供降低这些噪声的有效方法，包括优化的PDN设计、去耦电容的选择与布局、以及低阻抗的接地结构。 时序问题与抖动（Jitter）： 信号完整性问题不仅仅是信号幅度的失真，还包括信号到达时间的准确性。时序的偏差，即抖动，是高速系统中一个关键的性能指标。本节将区分周期性抖动（PJ）和随机抖动（RJ），分析引起抖动的各种SI因素，以及这些抖动如何影响系统的数据吞吐量和稳定性。 第二部分：信号完整性分析工具与方法论 理论分析固然重要，但在复杂的现代设计中，仿真工具是进行信号完整性分析不可或缺的利器。本部分将介绍如何有效地利用这些工具。 Spice仿真与IBIS模型： 介绍Spice仿真在SI分析中的应用，重点讲解如何使用IBIS（Input/Output Buffer Information Specification）模型来精确地描述器件的输出驱动特性和输入接收特性。IBIS模型能够提供比简单的R/L/C模型更准确的仿真结果，特别是在分析瞬态电流和高频效应方面。我们将演示如何建立包含IBIS模型的仿真电路，以及如何解读仿真结果。 SI仿真工具介绍与工作流程： 介绍业界主流的SI仿真工具（如HyperLynx, ADS, Sigrity等）的基本功能和使用方法。重点讲解典型的SI仿真工作流程，包括提取PCB布局布线数据（Gerber, ODB++等），创建电路模型，设置仿真参数，运行仿真，以及对仿真结果进行详细的分析和解读。 关键参数的仿真验证： 讲解如何通过仿真来验证上述SI理论中的关键参数，例如反射系数、眼图（Eye Diagram）、抖动、串扰幅度等。我们将演示如何设置仿真来评估不同端接方案的效果，不同走线间距对串扰的影响，以及不同PDN结构对电源噪声的抑制能力。 眼图分析： 眼图是衡量信号质量的一个直观且重要的指标。本节将详细讲解眼图的形成原理，如何从眼图中读取关键信息，如眼高、眼宽、模板裕量等，并解释这些参数与系统误码率（BER）的关系。我们将演示如何在仿真中生成眼图，并如何通过优化设计来改善眼图。 模型校准与验证： 强调仿真结果的准确性依赖于输入模型的准确性。介绍如何通过实际测量数据来校准仿真模型，以确保仿真结果能够真实反映硬件性能。 第三部分：信号完整性优化设计与实践 理论分析和仿真工具的掌握是基础，最终目标是将SI问题扼杀在设计阶段。本部分将聚焦于具体的优化设计策略。 PCB布局布线规则： 详细介绍影响SI的PCB布局布线规则。包括： 阻抗控制： 如何在PCB设计软件中设置层叠结构，定义精确的阻抗值，以及通过调整走线宽度、间距、介质厚度等来达到目标阻抗。 走线长度匹配： 对于差分信号，如何确保两条线之间的长度差控制在允许范围内，以避免时序失配。 过孔设计： 过孔是重要的阻抗不连续点，本节将讲解如何设计最小化过孔寄生参数的过孔，以及如何通过Back-drilling等技术来改善高速信号的传输质量。 信号和地/电源线的相对位置： 讲解如何合理安排信号线与参考平面之间的距离，以保证良好的返回电流路径，减少串扰和地弹。 差分对布线： 详细介绍差分对的布线技巧，包括保持紧耦合、平行等长、避免拐角等，以最大限度地减少共模噪声和外部干扰。 端接技术： 介绍各种常用的信号端接技术，如串联端接（Series Termination）、并联端接（Parallel Termination）、戴维南端接（Thevenin Termination）、AC端接等。分析不同端接方式的优缺点，以及在何种场景下选择何种端接方式最有效。 驱动器与接收器的选择： 讲解如何根据信号速率、传输距离和负载特性来选择合适的驱动器（Tx）和接收器（Rx）器件。讨论输出驱动能力、输入灵敏度、摆率等参数的重要性，以及如何利用器件的内置SI优化特性。 电源分配网络（PDN）设计： 强调PDN设计对于SI的重要性。详细讲解如何设计低阻抗的PDN，包括如何选择和布置去耦电容、如何优化电源和地平面、以及如何进行PDN阻抗仿真和验证。 连接器与线缆的SI考量： 分析连接器和线缆在高速信号传输中的潜在SI问题，如插损、回波损耗、串扰等。提供选择和设计SI友好的连接器和线缆的建议。 EMC与SI的相互影响： 探讨信号完整性问题如何影响产品的电磁兼容性（EMC），反之亦然。介绍在SI设计中同时考虑EMC问题的策略。 第四部分：实际案例分析与疑难解答 理论与实践相结合，通过实际案例来巩固所学知识。 高速接口设计案例： 以DDR内存接口、PCIe接口、USB接口等典型高速接口设计为例，分析这些接口在设计中可能遇到的SI挑战，以及如何通过上述的各种设计方法来解决。 不同应用场景的SI问题： 针对消费电子、通信设备、工业控制等不同应用场景，分析其特定的SI需求和常见问题，并给出相应的解决方案。 常见SI陷阱与规避： 总结在实际设计中容易忽视的SI问题和常见的“坑”，帮助读者少走弯路。 疑难问题解答： 收集工程师在实际工作中遇到的典型SI难题，并提供详细的分析和解答。 本书的编写目标是成为工程师案头必备的实用指南。我们力求语言通俗易懂，理论讲解深入浅出，实践指导具体可行。通过阅读本书，工程师将能够更自信地应对高速信号传输带来的挑战，设计出性能更卓越、可靠性更高的电子产品。无论您是初入高速设计的工程师，还是经验丰富的设计师，都能从中获得启发和帮助。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，一开始拿到这本书，我并没有抱太高的期望，觉得又是那种晦涩难懂的学术著作。但出乎意料的是，这本书的语言风格非常接地气，甚至带有一些幽默感，读起来一点都不费劲。作者在讲解复杂概念时，总能找到恰当的比喻，将抽象的原理变得直观易懂。我最欣赏的是他对“权衡”的强调，他反复指出，在SI设计中，不存在完美的解决方案，只有最适合当下需求的权衡。他会从成本、性能、可制造性等多个维度来分析不同设计决策的优劣，这种辩证的思维方式让我受益匪浅。书中关于电源完整性（PI）的部分也做得非常出色，他将SI和PI的关联性讲得很透彻，让我明白了两者是相辅相成的，一个方面的不足都会严重影响另一个方面。我之前一直认为PI只是个辅助性的问题，读完之后才意识到它对整体信号质量的决定性作用。这本书真的是一本集理论深度和实践指导于一体的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书的专业度和深度都远超我的预期。作者在SI领域的造诣可见一斑，他能够将如此复杂和深入的知识，以一种清晰易懂的方式呈现出来，实属不易。我特别喜欢他对不同高速接口标准的分析，比如DDR、PCIe等，他会详细讲解这些标准对SI的要求，以及在设计中需要注意的关键点。他不仅仅停留在通用性的原则上，还会针对不同接口的特性，给出更具体的建议。而且，书中对一些前沿技术，比如差分对的优化、阻抗匹配的精细控制、回流路径的管理等等，都有非常细致的讲解，甚至包括了一些我之前从未听说过的细微优化技巧。读这本书，感觉就像是跟一位经验丰富的工程师一起在实验室里做实验，每一步操作都有理论支持，每一种现象都有详细的解释。对于想要深入理解高速信号设计原理和实际操作的工程师来说，这本书绝对是不可多得的良师益友。

评分☆☆☆☆☆

这本书给了我全新的视角来看待信号完整性问题。之前我一直认为SI只是一个纯粹的物理学问题，但读完这本书才意识到，它其实更是一个“工程哲学”的问题。作者强调了在设计过程中，需要不断地进行建模、仿真、测量和迭代，这是一个持续优化的过程，而不是一次性的任务。他通过大量的图示和实际测量数据，直观地展现了各种SI问题的成因和影响，让我能够清晰地看到理论知识如何转化为实际效果。书中的案例分析非常实用，他会分享一些他在实际项目中遇到的棘手问题，以及他是如何一步步分析、定位并解决的，这种“问题解决型”的讲解方式，对我帮助非常大。我学会了如何更有效地使用仿真工具，如何解读测量结果，以及如何根据实际测试数据来反推设计中的不足。这本书不仅提升了我的技术能力，更重要的是，它改变了我对工程设计的整体认知。

评分☆☆☆☆☆

这本《信号完整性揭秘：于博士SI设计手记》简直是一本“救命稻草”。我最近接手了一个高速信号设计项目，由于之前对SI了解不深，走了不少弯路。在朋友的推荐下，我找到了这本书，简直是相见恨晚。作者的讲解逻辑性非常强，从最基础的电磁场理论，一步步引申到实际的PCB布局布线技巧，每一个环节都衔接得非常自然，让人能循序渐进地掌握。他对于“思维模式”的培养特别看重，不只是告诉我们“怎么做”，更重要的是让我们理解“为什么这么做”。他举例说明了许多前辈在SI领域踩过的坑，以及他们是如何从中学习和进步的，这让我感觉非常受启发，也避免了我重复犯同样的错误。书中关于眼图分析和时域/频域仿真的部分，更是我急需的内容，他的讲解清晰透彻，我跟着他的方法进行分析，很快就能解读复杂的眼图，并找到问题的根源。

评分☆☆☆☆☆

这本书真的让我大开眼界，原本对信号完整性（SI）这个概念模糊不清，读完后感觉豁然开朗。作者的讲解方式非常生动，不像很多技术书籍那样枯燥乏味，而是像在听一位经验丰富的工程师娓娓道来他的实践心得。我尤其喜欢他举的那些实际案例，很多都是我工作中曾经遇到或者正在面临的难题，他给出的解决方案和思考过程，简直就是为我量身定制的。比如，在讲到损耗对信号的影响时，他不仅仅停留在理论层面，还详细分析了不同材料、不同传输线结构带来的差异，以及如何在PCB设计时进行优化，这对于我这种需要实际操作的人来说，价值巨大。而且，他对于一些看似微不足道的细节，比如焊盘的形状、过孔的设计，都进行了深入的剖析，让我意识到这些细节对整个信号质量的影响有多么关键。读完这本书，我感觉自己不仅仅是学到了知识，更像是获得了一位良师益友的指导，能让我更有信心地去处理复杂的SI问题。

评分☆☆☆☆☆

买到书了发现书角都破了

评分☆☆☆☆☆

还没开始看，评价不错，希望不要失望

评分☆☆☆☆☆

我为什么喜欢在京东买东西，因为今天买明天就可以送到。我为什么每个商品的评价都一样，因为在京东买的东西太多太多了，导致积累了很多未评价的订单，所以我统一用段话作为评价内容。京东购物这么久，有买到很好的产品，也有买到比较坑的产品，如果我用这段话来评价，说明这款产品没问题，至少85分以上，而比较差的产品，我绝对不会偷懒到复制粘贴评价，我绝对会用心的差评，这样其他消费者在购买的时候会作为参考，会影响该商品销量，而商家也会因此改进商品质量。

评分☆☆☆☆☆

拿回来也没看过

评分☆☆☆☆☆

好评！

评分☆☆☆☆☆

很实用的书

评分☆☆☆☆☆

一直都很信赖京东的品牌，质量有保障，送货时间快，最重要的是实物和物品相符，快递员素质高，希望一如既往做好售后服务，满意 五星好评。

评分☆☆☆☆☆

非常不错的书，我很喜欢哦。送货也很快

评分☆☆☆☆☆

居然不能有货先发，太@了