PCB電流與信號完整性設計 9787111499978 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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美布魯剋斯，丁扣寶，韓雁 著

圖書標籤:

• PCB設計
• 信號完整性
• 電流完整性
• 高速電路
• 電磁兼容性
• 電子工程
• 電路分析
• 電源完整性
• PCB布局
• PCB布綫

店鋪： 一鴻盛世圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111499978

商品編碼：29253346950

包裝：平裝

齣版時間：2015-06-01

基本信息

書名：PCB電流與信號完整性設計

定價：49.00元

作者：(美)布魯剋斯,丁扣寶,韓雁

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2015-06-01

ISBN：9787111499978

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書著重物理概念，避免復雜的數學推導，闡述瞭基本電路的電流源、電流造成的信號完整性問題，以及如何解決串擾和電磁乾擾問題。主要內容包括：溫度、PCB傳輸綫、反射、耦閤電流、功率分配、趨膚效應、介電損耗和通孔等，並給齣瞭每個常見問題的實用設計方案。本書適閤作為電子與通信工程及其相關專業的教材。對於從事集成電路設計、係統設計的工程技術人員來說也是一本很好的參考書。

目錄

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齣版者的話
譯者序
前言
部分 電流的性質
　章 電子和電荷
　　1.1 電子流
　　1.2 原子結構
　　1.3 絕緣體
　　1.4 電荷場
　　1.5 磁場
　　1.6 驅動電流的力
　　1.7 電壓與電流
　　1.8 電流方嚮
　　1.9 半導體空流
第2章 基本的電流概念
　　2.1 電流類型
　　2.2 傳播速度
　　2.3 電路的時序問題
　　2.4 電流的度量
　　2.5 測量技術
　　2.6 熱、噪聲和電流閾值
　第3章 基本的電流定律
　　3.1 電流在迴路中流動
　　3.2 迴路中的電流處處恒定
　　3.3 歐姆定律
　　3.4 基爾霍夫定律
　　3.5 基爾霍夫第二定律
第二部分 基本電路中電流的流動
　第4章 電阻電路
　　4.1 電阻率
　　4.2 電阻的電流和相位
　　4.3 串聯電阻
　　4.4 並聯電阻
　　4.5 功率和能量
　　4.6 電阻分壓器
　第5章 電抗電路：電容器和電容
　　5.1 電容的性質
　　5.2 電容的定義
　　5.3 電流'通過'電容器
　　5.4 AC電流'通過'電容器
　　5.5 位移電流
　　5.6 電容的歐姆定律
　　5.7 容抗與頻率的關係圖
　　5.8 電容的相移
　　5.9 電容器的組閤形式
　　5.10 電容器功耗
　　5.11 電容公式
　第6章 電抗電路：電感器和電感
　　6.1 電感的性質
　　6.2 電感的定義
　　6.3 DC電流'通過'電感器
　　6.4 AC電流'通過'電感器
　　6.5 電感的歐姆定律
　　6.6 感抗與頻率的關係圖
　　6.7 電感相移
　　6.8 電感器的組閤形式
　　6.9 電感器功耗
　　6.10 電感的一般公式
　　6.11 趨膚效應
　第7章 電抗電路：諧振
　　7.1 串聯諧振
　　7.2 並聯諧振
　第8章 阻抗
　　8.1 阻抗的含義
　　8.2 阻抗的大小
　　8.3 阻抗相位
　　8.4 串聯RLC電路示例
　　8.5 並聯RLC電路示例
　　8.6 功率因數
　　8.7 諧振時的RLC電路
　　8.8 諧振點附近R的影響
　　8.9 阻抗的組閤形式
　第9章 實際元件和寄生效應
　　9.1 電阻器
　　9.2 電感器
　　9.3 電容器
　　9.4 元件間的耦閤
　　9.5 自諧振
　0章 時間常數和濾波器
　　10.1 RC時間常數
　　10.2 L/R時間常數
　　10.3 RC濾波器
　　10.4 品質因數Q
　1章 變壓器
　　11.1 磁場迴顧
　　11.2 耦閤效率-鐵心
　　11.3 耦閤效率-頻率限製
　　11.4 耦閤效應-匝數比
　　11.5 電流和阻抗比
　　11.6 變壓器損失和效率
　　11.7 繞組極性：楞次定律
　2章 差分電流
　　12.1 概念
　　12.2 一些說明
　　12.3 差模和共模（奇模和偶模）
　　12.4 模式轉移或轉換
　3章 半導體
　　13.1 電子殼層迴顧
　　13.2 半導體摻雜
　　13.3 半導體二極管結
　　13.4 齊納二極管
　　13.5 通過二極管的電流
　　13.6 雙極晶體管
　　13.7 場效應晶體管
第三部分 電壓源和電流源
　4章 電壓源和電流源
　　14.1 基本電壓源和電流源
　　14.2 理想電壓源和電流源
　　14.3 等效電路
第四部分 電路闆上的電流
　5章 電流在電路闆上的流動
　　15.1 信號電流
　　15.2 電源電流
　　15.3 返迴電流
　6章 電流和走綫溫度
　　16.1 基本概念
　　16.2 曆史背景
　　16.3 各種關係
　　16.4 熔斷電流
　7章 電流反射
　　17.1 一個命題
　　17.2 基本問題
　　17.3 臨界長度
　　17.4 傳輸綫
　　17.5 終端
　　17.6 反射係數
　　17.7 耦閤影響阻抗的方式
　　17.8 電流如何流動
　　17.9 差分電流如何流動
　8章 耦閤電流/EMI/串擾
　　18.1 基本概念
　　18.2 天綫
　　18.3 EMI
　　18.4 串擾
　9章 電流分布和旁路電容
　　19.1 問題的本質
　　19.2 傳統方法
　　19.3 電源分布阻抗方法
　　19.4 采用哪種方法
　第20章 隨頻率變化的電阻和有損傳輸綫
　　20.1 趨膚效應
　　20.2 介質損耗
　　20.3 傳輸綫損耗
　第21章 電流和過孔
　　21.1 過孔功耗
　　21.2 過孔電感
　　21.3 過孔特徵阻抗
　　21.4 過孔內的反射
　　21.5 盲孔和埋孔
　第22章 電流和信號完整性
　　22.1 曆史視角
　　22.2 PCB設計規則
　　22.3 差分走綫設計規則
　　22.4 過孔設計規則
　　22.5 相信這些設計規則的原因
　附錄A 電流和麥剋斯韋
　附錄B 眼圖
　附錄C 電路闆的消亡

作者介紹

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文摘

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序言

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《PCB電流與信號完整性設計》 9787111499978 引言 在現代電子産品日益 miniaturization 和高性能化的浪潮中，印刷電路闆（PCB）的設計已不再僅僅是元件的簡單堆疊和連綫。PCB作為電子係統的骨架，其內部的電流分布和信號傳輸的完整性，直接決定瞭整個産品的性能、可靠性和穩定性。一個設計不當的PCB，即使擁有最先進的芯片和器件，也可能因為電流損耗過大、信號串擾嚴重、噪聲乾擾而導緻係統工作異常，甚至完全失效。因此，深入理解和掌握PCB電流和信號完整性設計的相關知識，已成為電子工程師必備的核心技能。 本書《PCB電流與信號完整性設計》正是為滿足這一日益增長的需求而編寫。它並非泛泛而談，而是聚焦於PCB設計中最具挑戰性和關鍵性的兩個方麵：電流分布和信號完整性。本書將帶領讀者從基礎理論齣發，逐步深入到實際設計中的各種復雜問題，並提供係統性的解決方案。本書旨在幫助工程師們不僅能夠設計齣滿足基本功能的PCB，更能設計齣在高速、高密度、高可靠性要求下依然能夠齣色工作的優秀PCB。 第一部分：PCB電流分布設計 章節一：PCB電源完整性基礎 本章節將為讀者構建對PCB電源完整性（Power Integrity, PI）的初步認知。我們將從最基礎的概念講起，解釋為什麼電源完整性如此重要。這包括： 電源分配網絡（PDN）的定義與構成： 詳細介紹PDN的各個組成部分，如電源和地平麵、去耦電容、穩壓器等，以及它們在整個係統中的作用。 電流和電壓的相互關係： 闡述在PCB上，電流的流動如何影響電壓的穩定。我們將探討歐姆定律在PCB上的應用，理解電阻、電流和電壓降之間的關係。 電流密度與功耗： 分析PCB走綫中電流密度的概念，以及過高的電流密度如何導緻走綫發熱，增加功耗，甚至引發安全隱患。我們將介紹計算和評估走綫電流承載能力的方法。 電源噪聲的來源與影響： 詳細剖析PCB上電源噪聲的各種來源，包括開關噪聲、瞬態電流需求、外部乾擾等，並闡述這些噪聲對敏感電路（如模擬電路、高頻數字電路）可能造成的惡劣影響。 電源完整性分析的重要性： 強調在設計早期就進行電源完整性分析的必要性，以及它如何避免後期昂貴的返工和産品失效。 章節二：PCB電流承載能力分析 本章節將深入探討如何量化和評估PCB走綫所能承載的電流能力。我們將提供實用的計算方法和工具： 走綫寬度、厚度和長度對電流承載能力的影響： 詳細講解走綫寬度、銅箔厚度以及走綫長度是如何直接影響其電阻和溫升的。我們將引入 IPC-2221 標準中的經驗公式，並解釋其背後的物理原理。 溫升計算與散熱設計： 重點介紹PCB走綫溫升的計算模型，包括考慮環境溫度、走綫參數、銅箔損耗等因素。我們將討論如何通過優化走綫設計、增加散熱銅箔、利用過孔散熱等技術來控製溫升。 多層闆電流分配策略： 在多層闆設計中，電流可能通過不同的電源平麵、地平麵以及層間連接（過孔）進行分配。本節將分析這些分配路徑的電流密度，並提供優化設計以平衡電流分布、降低電阻損耗的策略。 大電流走綫設計考量： 針對需要傳輸較大電流的應用場景，如功率模塊、電源接口等，本節將提齣專門的設計建議，包括加寬走綫、增加銅箔厚度、使用多層疊層、特殊工藝處理等。 電流密度分析工具的應用： 介紹市麵上常用的PCB設計軟件中內置的電流密度分析工具，以及如何使用這些工具來可視化電流分布、識彆潛在的熱點和過載區域。 章節三：PCB電源分配網絡（PDN）設計優化 本章節將聚焦於如何設計一個穩定、低阻抗的電源分配網絡，以確保所有器件都能獲得高質量的電源供應。 低阻抗PDN的設計原則： 講解構建低阻抗PDN的核心要素，包括使用連續的電源和地平麵、最小化平麵分割、閤理布置去耦電容等。 電源平麵與地平麵設計： 詳細闡述電源和地平麵的形狀、大小、位置以及它們之間相互關係對阻抗的影響。我們將討論如何避免電源和地平麵的分割，以及在必要時如何進行優化。 去耦電容的選擇、布局與計算： 深入講解去耦電容在抑製電源噪聲中的作用，包括不同類型電容（陶瓷電容、鉭電容等）的特性、選擇標準。我們將重點介紹電容的有效容值、ESR（等效串聯電阻）、ESL（等效串聯電感）以及它們對去耦效果的影響。此外，還將提供電容布局的黃金法則，以及如何根據器件的瞬態電流需求計算所需的電容值和數量。 穩壓器（LDO、DC-DC）與PDN的接口設計： 分析穩壓器輸齣端與PCB PDN之間的連接設計，包括穩壓器本身的輸齣阻抗、輸齣電容的選擇，以及如何確保穩壓器輸齣的穩定性和低紋波。 過孔的阻抗與損耗分析： 過孔是層間信號和電源連接的關鍵，但它們也引入瞭阻抗和損耗。本節將分析過孔的寄生電感和電容，並提供減小過孔影響的設計方法，如使用多過孔、優化過孔布局等。 PDN仿真與驗證： 介紹如何利用專業的PDN仿真工具（如HyperLynx PI, Ansys SIwave等）來預測PDN的阻抗麯綫、電壓裕度、噪聲耦閤等關鍵參數，並在實際産品製造前進行驗證。 第二部分：PCB信號完整性設計 章節四：信號完整性基礎理論 本章節將為讀者建立信號完整性（Signal Integrity, SI）的基本概念和理論框架。 信號的理想與現實： 介紹理想方波信號的特性，以及在PCB傳輸過程中，由於走綫、連接器、芯片輸齣/輸入特性等因素，信號會發生哪些失真。 傳輸綫理論： 詳細講解傳輸綫理論，包括特性阻抗、信號傳播速度、波形反射、串擾、過衝、下衝等核心概念。我們將引入RLCG模型，並解釋其在分析信號傳輸中的作用。 阻抗匹配的重要性： 闡述阻抗匹配的原理，以及為何在高速信號傳輸中，源端、傳輸綫和負載端的阻抗匹配至關重要，以避免能量反射，最大化信號傳輸效率。 反射與迴流： 深入分析信號在傳輸綫末端發生反射的機理，以及不匹配阻抗如何導緻信號失真。我們將講解信號迴流路徑的重要性，以及不良的迴流路徑如何産生EMI問題。 串擾（Crosstalk）的産生與影響： 詳細解釋相鄰走綫之間由於電容和電感耦閤産生的串擾現象，以及串擾如何導緻信號錯誤，影響係統性能。 上升/下降時間和信號頻率： 分析信號的上升/下降時間與信號頻率之間的關係，以及它們如何決定瞭PCB走綫是否需要按照傳輸綫理論進行設計。 章節五：PCB高速信號走綫設計 本章節將聚焦於如何在PCB上設計高速信號走綫，以確保信號的清晰和準確傳輸。 特徵阻抗控製： 講解PCB走綫特徵阻抗的計算方法，包括走綫寬度、介質層厚度、介電常數等關鍵參數的影響。我們將介紹各種阻抗控製技術，如單邊帶、微帶、帶狀綫等，以及它們的適用場景。 走綫長度匹配（Length Matching）： 解釋在多信號差分對或總綫傳輸中，為什麼需要對走綫長度進行匹配，以確保信號到達目的地的時間一緻性，避免時序錯誤。 端接（Termination）技術： 詳細介紹各種端接技術，如串聯端接、並聯端接（終端/源端）、T型端接、戴維南端接等，以及它們如何有效抑製信號反射，改善信號質量。我們將討論不同端接技術的優缺點及其適用範圍。 差分信號設計： 深入講解差分信號的設計原則，包括差分阻抗、差分對走綫間距、長度匹配、共模扼製等，以及差分信號如何在抑製共模噪聲方麵發揮優勢。 過孔對信號完整性的影響： 與前麵提到的過孔對電流的影響類似，過孔對信號的完整性也有顯著影響，包括引入的寄生電感、電容以及阻抗不連續。本節將分析過孔帶來的信號退化，並提供優化設計，如減小過孔尺寸、使用盲埋孔、優化過孔堆疊等。 蛇形綫（Serpentine Routing）與信號延遲控製： 在需要進行長度匹配但空間受限的情況下，蛇形綫是一種常用的技術。本節將介紹蛇形綫的繪製規則，以及如何通過優化蛇形綫的形狀和密度來控製信號延遲。 章節六：PCB串擾與 EMI/EMC 設計 本章節將深入探討PCB設計中至關重要的串擾以及電磁乾擾（EMI）和電磁兼容性（EMC）問題。 串擾的量化與分析： 介紹計算和評估走綫間串擾的方法，包括遠端串擾（Far-End Crosstalk, FEXT）和近端串擾（Near-End Crosstalk, NEXT）。我們將討論影響串擾的主要因素，如走綫間距、走綫長度、耦閤類型等。 串擾抑製策略： 提供多種抑製串擾的設計策略，包括增加走綫間距、改變走綫方嚮、使用參考平麵、閤理布置信號層等。 EMI/EMC 基本概念： 介紹EMI和EMC的基本定義、不同類型的輻射和傳導乾擾，以及它們對電子産品性能和法規閤規性的影響。 PCB EMI/EMC 源分析： 識彆PCB設計中常見的EMI/EMC源，如快速變化的電流、高頻信號、不連續的參考平麵、不良的迴流路徑、開關電源等。 PCB EMI/EMC 降低技術： 提供一係列降低PCB EMI/EMC的設計技術，包括： 參考平麵設計： 強調連續、完整的參考平麵是抑製EMI的關鍵。 信號迴流路徑優化： 講解如何確保信號有乾淨、低阻抗的迴流路徑，避免“迴流環”的形成。 濾波與屏蔽： 介紹在PCB上采用濾波元件和屏蔽結構來減少EMI輻射和傳導。 去耦電容的EMI抑製作用： 再次強調去耦電容在抑製高頻噪聲方麵的作用。 差分信號的EMI抑製能力： 分析差分信號如何通過其共模抑製特性來降低EMI。 器件布局的EMI考量： 討論如何通過閤理的器件布局來減少相互乾擾。 PCB EMI/EMC 仿真與測試： 介紹利用EMI/EMC仿真工具進行預測性分析，以及在實際産品開發過程中進行的EMI/EMC測試和驗證。 結論 《PCB電流與信號完整性設計》一書通過對PCB電流分布和信號完整性的深入剖析，為讀者提供瞭一個係統、全麵的設計框架。本書旨在幫助工程師們掌握從基礎理論到高級設計技巧的全部知識，使其能夠自信地應對現代電子産品設計中日益嚴峻的挑戰。本書強調理論與實踐相結閤，通過豐富的案例和實際的設計考量，讓讀者能夠將所學知識有效地應用於實際工程中，設計齣高性能、高可靠性的PCB産品。本書是每一位緻力於電子産品設計與創新的工程師的寶貴參考。

評分☆☆☆☆☆

我是一名剛入行不久的PCB工程師，之前接觸的都是一些基礎的原理性知識，對於實際項目中的很多細節問題感到力不從心。這本書的書名《PCB電流與信號完整性設計》正好戳中瞭我的痛點，我希望它能成為我從新手到熟手的“引路人”。我比較關注書中對於“電流完整性”的解讀，因為在實際工作中，我發現很多時候信號層布綫沒問題，但闆子就是不穩定，後來纔慢慢意識到電源完整性的重要性。書中如果能詳細闡述如何通過閤理的電源分配、去耦電容的選擇和布局，以及如何進行電源噪聲的抑製，那對我來說將是極大的幫助。我特彆希望書中能提供一些關於不同電源需求下，如何設計電源層的技巧，比如當同一塊闆子上存在多種不同電壓軌時，應該如何進行區分和隔離，以避免相互乾擾。此外，關於PCB闆材的選擇以及它們對信號完整性的影響，我也是非常感興趣的。希望書中能有一些指導性的建議，讓我知道在不同的應用場景下，應該如何權衡成本和性能，選擇最閤適的闆材。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在嵌入式開發領域摸爬滾打多年的工程師，雖然我的主業是軟件，但時不時也會參與到硬件的設計和調試工作中。《PCB電流與信號完整性設計》這本書，我主要看重它對於“信號完整性”的論述。在很多時候，我們軟件工程師麵對硬件問題，往往束手無策，而很多硬件問題歸根結底都與PCB的信號完整性密切相關。我希望這本書能用一種相對通俗易懂的方式，解釋清楚信號完整性背後的物理原理，並提供一些實用的診斷和解決思路。我特彆關心書中對於高頻器件的PCB設計建議，比如CPU、FPGA等。這些器件的引腳密集，時鍾頻率高，對PCB的走綫要求非常苛刻。如果書中能提供一些關於這些高頻器件的布綫技巧，例如差分對的走綫長度匹配、過孔的使用注意事項，以及如何處理射頻信號等，那將對我非常有幫助。此外，我還希望書中能提及一些關於PCB製造工藝對信號完整性的影響，比如闆材的介電常數變化、銅箔粗糙度等。

評分☆☆☆☆☆

作為一名電子工程專業的學生，我一直在尋找一本能夠係統性地提升我PCB設計能力的教材。《PCB電流與信號完整性設計》這本書，從書名來看，就涵蓋瞭PCB設計中最為核心的兩個方麵：電流和信號。我一直對信號完整性這個概念感到好奇，雖然在課堂上有所接觸，但總覺得不夠深入，缺乏實踐指導。我希望書中能詳細解釋一下什麼是信號完整性，以及影響信號完整性的各種因素，比如阻抗不匹配、反射、串擾、振鈴等。同時，我也期望書中能給齣一些實用的技巧和方法來解決這些問題，比如如何進行阻抗控製、如何優化走綫策略、如何閤理布局元件等。另外，書中對於“電流”的提及，讓我聯想到PCB上的電流密度問題。在設計大電流PCB時，常常會遇到發熱、壓降等問題，這會直接影響到電路的穩定性和壽命。我希望這本書能提供一些關於大電流PCB設計方麵的解決方案，比如如何選擇閤適的銅厚、如何進行導綫寬度計算、如何散熱等。如果書中能結閤一些實際案例，展示如何在高密度、大電流的PCB設計中取得成功，那將非常有價值。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本《PCB電流與信號完整性設計》，我其實是抱著一種“碰碰運氣”的心態，畢竟市麵上關於PCB設計的書籍實在太多瞭，質量參差不齊，很多都停留在基礎概念的重復，缺乏實操性和前沿性。這本書的外觀設計比較規整，字體清晰，排版也很舒服，這至少給我的閱讀體驗打瞭個好基礎。我翻開目錄，看到裏麵涉及瞭一些我工作中最常遇到的難題，比如高頻信號的衰減、串擾以及電源完整性問題，這讓我眼前一亮。尤其是關於阻抗匹配和濾波器的部分，我一直覺得這塊是PCB設計中一個非常容易被忽視但又至關重要的環節，往往一個小小的失誤就可能導緻整個電路性能大打摺扣，甚至無法正常工作。我特彆期待書中能有更深入的講解，最好能結閤具體的案例分析，比如在某個具體的應用場景下，如何選擇閤適的走綫寬度、間距，以及如何進行濾波器的設計。同時，我還想知道書中是否會提及一些新的技術和方法，例如差分信號的布綫技巧，或者多層闆設計中的電源層和地層處理方法。畢竟，隨著電子設備的小型化和高性能化，PCB設計的復雜度也在不斷提升，我們需要不斷學習新的知識纔能跟上時代的步伐。

評分☆☆☆☆☆

我是一位資深的電子産品硬件架構師，經常需要為新産品的電路闆設計製定高層次的方案。我選擇《PCB電流與信號完整性設計》這本書，主要是想從中獲得一些關於PCB設計前沿理論和最佳實踐的啓發。《PCB電流與信號完整性設計》這個書名，讓我對書中關於“電流”和“信號”的深度剖析充滿期待。我尤其關注書中在“電流完整性”方麵是否有關於電源去耦網絡設計的精細化指導，以及如何在復雜係統中有效管理和分配電流，確保整個係統的穩定性。對於“信號完整性”，我希望書中能深入探討一些高階的話題，例如如何在高速串行總綫（如PCIe, USB3.0等）的設計中實現優異的信號完整性，包括阻抗匹配的精確計算、眼圖分析與優化、以及如何處理信號的反射和串擾等。另外，我也對書中關於PCB布局策略的論述很感興趣，特彆是在復雜的多層PCB設計中，如何進行閤理的電源/地平麵劃分，以及如何優化信號走綫以減少信號耦閤和提高魯棒性。希望書中能提供一些經過驗證的、能夠提升産品性能和可靠性的設計理念和方法論。