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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Deschamps, Jean-Pierre/ Bioul, Gery Jean Antoine/ Sutter, Gustavo D.

出品人:

页数:576

译者:

出版时间:2006-3

价格:1361.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780471687832

丛书系列:

图书标签:

• Computer
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• Arithmetic
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• Arithmetic Circuits
• Digital Logic Design
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• Circuit Synthesis
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图书简介：现代电子系统中的信号完整性与电磁兼容性设计 书名： 现代电子系统中的信号完整性与电磁兼容性设计 作者： [此处可填写真实作者姓名或笔名] 页数： 约 650 页 版次： 第一版 --- 概述 本书深入探讨了现代高速、高密度电子系统设计中至关重要的两个核心议题：信号完整性（Signal Integrity, SI）和电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility, EMC）。随着集成电路速度的不断攀升和系统集成度的日益提高，设计者面临的挑战不再仅仅是逻辑功能的实现，而是如何确保数据在复杂物理媒介上传输时的准确性和可靠性，同时保证整个系统在复杂的电磁环境中能够稳定、合规地运行。 本书旨在为电子工程师、硬件设计人员、PCB 布局与布线专家、以及系统集成工程师提供一套全面、深入且具有极强实践指导意义的技术框架和设计方法论。它超越了基础的理论介绍，聚焦于在实际的工程项目中，如何识别、量化并解决由高速信号传输带来的失真问题，以及如何有效管理和控制系统内部及外部的电磁干扰。 --- 第一部分：高速信号传输基础与信号完整性理论（约 200 页） 本部分为理解信号完整性问题奠定了坚实的物理和数学基础。内容涵盖了从基本传输线理论到复杂多层板堆叠分析的全过程。 第一章：回顾传输线理论与特性 详细阐述了集总电路模型到分布参数模型的过渡。重点分析了传输线的关键参数——特征阻抗（$Z_0$）、传播延迟（$t_p$）、损耗因子（$alpha$）和相位常数（$eta$）。通过对准恒定特性阻抗（Lossless Line）和具有介质损耗的实际传输线的深入分析，确立了阻抗匹配的基本原则。引入了史密斯圆图（Smith Chart）在阻抗匹配和反射分析中的实际应用。 第二章：瞬态信号的频域分析与上升时间效应 探讨了数字信号的阶跃响应与傅里叶变换的关系。解析了上升时间（$t_r$）与信号带宽之间的关系（$BW approx 0.35 / t_r$），并解释了为何高速电路必须被视为宽带系统。引入了“快速/慢速”信号的判断标准，以及如何根据系统时钟频率和信号上升时间来决定是否需要进行精确的传输线分析。 第三章：反射、损耗与信号失真 系统分析了信号完整性失效的主要原因。详细讲解了阻抗失配导致的信号反射、振铃（Ringing）和过冲（Overshoot）现象的发生机制和量化评估方法。对传输线上的损耗进行了深入剖析，包括介质损耗（介电常数随频率的变化，即色散效应）和导体损耗（集肤效应）。引入了眼图（Eye Diagram）作为综合评估信号质量的核心工具，并教授如何从眼图中提取关键参数，如眼高、眼宽、抖动（Jitter）和裕度。 第四章：串扰（Crosstalk）的耦合机制与抑制 本章专注于分析相邻信号线之间的相互干扰。详细区分了近端串扰（NEXT）和远端串扰（FEXT）。从理论上推导了耦合系数，并着重讨论了并行长度、间距、耦合路径（容性耦合和感性耦合）对串扰强度的影响。提供了具体的布局和布线策略来最小化串扰，例如增加线间距、使用屏蔽线或参考地层。 --- 第二部分：设计实践与信号完整性优化（约 250 页） 本部分将理论知识转化为具体的工程设计规范和优化技术。 第五章：电源分配网络（PDN）的设计与去耦策略 强调了电源完整性（Power Integrity, PI）是信号完整性的基础。详细分析了电源噪声的来源，包括静态电流需求和动态（开关噪声）需求。系统介绍了去耦电容的选择、放置和优化技术，包括大容量、中容量和小容量电容的协同作用。讲解了平面分割（Pouring）、地弹（Ground Bounce）的产生机理，以及如何通过优化地层和电源层结构来降低阻抗（$Z_{PDN}$）。 第六章：PCB 结构、叠层设计与层叠规划 探讨了多层 PCB 叠层对信号质量的关键影响。指导读者如何根据信号数、阻抗要求和 EMC 需求来制定合理的层叠方案，例如内层信号、外层电源/地，或平衡结构。深入讨论了线宽与层间距对特征阻抗控制的精确影响，以及如何在实际制造公差内实现精确的 $Z_0$ 控制。 第七章：差分信号的完整性设计 针对高速串行接口（如 PCIe, USB 3.x, Ethernet）的普及，本章详细讲解了差分对的设计要求。重点分析了共模抑制（CMRR）、差模特性阻抗（$Z_{DM}$）、共模阻抗（$Z_{CM}$）的控制。阐述了如何保持差分对的等长、等距和紧密的耦合关系，以及关键的弯曲和过孔设计对信号平衡性的影响。 第八章：过孔（Via）效应建模与管理 过孔是高速设计中不可避免的信号干扰源。本章量化了过孔的寄生电感和电容，以及它们对信号上升时间、反射和串扰的影响。提供了优化过孔设计的实践指南，包括：限制过孔使用、最小化过孔数量、使用背钻（Back-drilling）技术以消除 stub 效应，以及在 BGA 区域的信号路由策略。 --- 第三部分：电磁兼容性（EMC）基础与辐射控制（约 200 页） 本部分将重点转向系统级电磁场的管理和辐射抑制，确保设备符合国际和行业电磁兼容性标准。 第九章：电磁兼容性基础理论与标准 系统回顾了电磁辐射、传导、敏感性的基本概念。解释了国际 EMC 标准（如 FCC、CE 等）的基本要求和测试方法（如辐射发射RE、传导发射CE）。阐述了电磁兼容性的三大要素：干扰源、耦合路径和受体（接收器）之间的关系。 第十章：辐射发射（EMI）的控制与路径分析 深入分析了高速系统中主要的 EMI 辐射源： 1. 封装和 PCB 辐射： 关键在于参考平面不连续性、地弹噪声和环路面积。 2. 时钟和开关噪声： 阐述了高速时钟源的频谱分布及其对高次谐波的贡献。 3. I/O 端口和连接器： 分析了外部电缆作为天线辐射的机制。 第十一章：屏蔽、滤波与接地策略 详细介绍了抑制电磁辐射的工程手段。涵盖了各种屏蔽材料的选择、外壳设计（开口尺寸、搭接缝隙的电磁效应）。深入讲解了滤波器的选择和布局（如共模扼流圈、铁氧体磁珠）在抑制传导和辐射发射中的作用。重点剖析了“良好接地”的真正含义——低阻抗、低电感的平面连接，而非简单的单点连接。 第十二章：系统级 EMC 考量与仿真工具应用 讨论了如何将 SI 和 EMC 要求整合到整个设计流程中。介绍了全波电磁仿真工具（如 3D 场求解器）在预测系统级辐射和评估屏蔽效能方面的应用案例。提供了从概念设计到最终测试的完整 EMC 设计流程检查清单。 --- 目标读者 本书内容层次分明，既适合有一定基础、希望深化理解高速设计原理的专业工程师，也适合需要在实际工作中解决信号失真和电磁兼容性问题的硬件设计师和技术经理。书中大量采用实际案例分析和工程数据，确保理论与实践的紧密结合。 核心价值： 通过本书的学习，读者将能够系统性地识别高速电路设计中的潜在风险，并运用先进的建模和优化技术，设计出满足当前GHz级数据速率要求的高可靠性、低噪声的电子产品。

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《Synthesis of Arithmetic Circuits》这本书，在我看来，是一部关于数字世界精密机械的百科全书。它的内容深邃而富有启发性，尤其在处理除法和模运算这些相对复杂的算术操作时，作者展现了令人信服的专业功底。书中对于长除法（Long Division）算法的电路化实现，并非简单的数学公式转化，而是对硬件设计的考量，包括流水线（Pipelining）和并行处理（Parallelism）技术的应用，使得原本繁琐的计算过程在硬件层面得以高效执行。我尤其对书中关于硬件实现模运算（Modular Arithmetic）的部分印象深刻。在加密学和纠错码等领域，模运算是不可或缺的基础，而书中详细介绍了如何设计出高效的模加、模减、模乘甚至模幂电路，这让我看到了理论知识如何转化为实际应用。书中关于循环冗余校验（CRC）电路设计的章节，也让我对数据完整性有了更深刻的理解，原来一个看似简单的校验码背后，蕴含着如此复杂的逻辑电路设计。我发现，这本书不仅仅是介绍算法，更是在讲述如何将这些算法“翻译”成硬件语言，让它们在硅片上奔跑起来。作者在讲解过程中，对于不同设计约束下的权衡分析，比如时序（Timing）、面积（Area）和功耗（Power Consumption），都考虑得非常周全，这对于任何一个想要在数字集成电路领域有所建树的工程师来说，都是极其宝贵的经验。我感觉自己不仅仅是在阅读一本技术书籍，更是在与一位经验丰富的导师对话，学习他处理复杂问题的智慧。

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《Synthesis of Arithmetic Circuits》这本书，对我来说，是一次智力上的盛宴，让我对数字逻辑的设计有了全新的认识。书中对于模运算（Modular Arithmetic）电路的精妙设计，尤其让我赞叹。在密码学、纠错编码以及一些高速算法的实现中，模运算是不可或缺的基础。书中详细介绍了如何设计高效的模加、模减、模乘甚至是模幂电路，这些电路的设计需要考虑到模数的大小、算法的特点以及硬件资源的限制，具有很高的工程实用性。我特别欣赏书中对于如何在硬件层面实现多精度算术（Arbitrary-Precision Arithmetic）的探讨。在处理超出标准数据类型范围的大数时，如何通过组合多个基础算术单元来实现高精度的计算，这在一些科学计算和加密应用中至关重要。书中对于流水线（Pipelining）技术的深入应用，贯穿了整个算术电路的设计。通过将复杂的算术运算分解成多个小的、可以并行执行的阶段，极大地提高了电路的吞吐量（Throughput）。这让我理解了现代处理器的性能为何能够如此强大。整本书的学习，让我感觉自己像是进入了一个由逻辑门和信号组成的奇妙世界，我不仅学会了如何构建这些电路，更学会了如何思考和优化它们，从而实现高效的数字计算。

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《Synthesis of Arithmetic Circuits》这本书，在我看来，是一份关于如何将数学思想转化为物理实现的详细蓝图。它不仅仅停留在理论层面，而是将算法的精髓融入到硬件的设计之中。我尤其被书中关于乘法器设计的演进所吸引。从最基础的移位累加（Shift-and-Add）方法，到更高效的阵列乘法器（Array Multiplier），再到利用部分积（Partial Product）和减法进行优化的丹森-拉姆乘法器（Dadda Multiplier）和沃利斯乘法器（Wallace Multiplier），每一个进步都伴随着对时序（Timing）和面积（Area）的深刻考量。书中对于布斯乘法器（Booth Multiplier）的讲解，更是让我惊叹于其通过有符号数表示的特殊性来减少乘法操作的巧妙。作者并非只是罗列这些设计，而是通过详尽的推导和对比，清晰地阐述了它们各自的优缺点以及适用场景。我感觉自己就像是跟随一位经验丰富的建筑师，学习如何在一块有限的土地上，搭建出最坚固、最实用的结构。书中对各种加法器，特别是进位预判加法器（Carry Lookahead Adder）的设计，是如何通过预测进位的产生来避免串行传播的延迟，这一思路的讲解，让我对数字电路的速度提升有了直观的认识。整本书的学习，让我从一个对算术电路的“门外汉”，变成了一个能够理解其内部运作逻辑的“内行人”。

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《Synthesis of Arithmetic Circuits》这本书，对我来说，是一次深入的探索之旅，揭示了算术电路设计的精妙之处。我被书中对于各种乘法器设计的详细分析所深深吸引。从最基础的移位累加（Shift-and-Add）方法，到更高效的阵列乘法器（Array Multiplier），再到利用部分积（Partial Product）和减法进行优化的丹森-拉姆乘法器（Dadda Multiplier）和沃利斯乘法器（Wallace Multiplier），每一种设计都体现了对速度和面积的极致追求。作者并非只是简单地介绍这些算法，而是通过详尽的推导和对比，清晰地阐述了它们各自的优缺点以及适用场景。我尤其对布斯乘法器（Booth Multiplier）的讲解印象深刻，它通过对乘数进行编码，巧妙地减少了乘法操作的次数，从而提高了效率。这让我看到了数学理论如何在硬件设计中得到巧妙的应用。此外，书中对于长除法（Long Division）算法的硬件实现方法的讲解，也让我大开眼界。在软件层面，除法可能只是一个简单的运算符，但在硬件层面，其设计需要考虑大量的状态和控制逻辑，以模拟笔算除法的过程。书中对于恢复余数法（Restore Division）和不恢复余数法（Non-Restore Division）的详细对比，让我看到了在效率和复杂性之间的权衡。整本书的学习，让我感觉自己像是解构并重新组装了一台精密机械，每一个齿轮、每一个连杆的运作原理都得到了彻底的理解。

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这本《Synthesis of Arithmetic Circuits》给我带来的，与其说是阅读体验，不如说是一种沉浸式的探索。从我翻开第一页开始，就被一种强大的逻辑力量所吸引，仿佛置身于一个由数字和运算构筑的宏伟迷宫。书中对于算术电路设计的深入剖析，远远超出了我最初的想象。作者并没有仅仅停留在理论的罗列，而是通过大量的实例和详尽的推导，将复杂的概念层层剥离，直到最核心的原理浮现。我特别欣赏其中关于进位传播加法器（Carry Propagate Adder）的设计演进，从简单的行波进位加法器（Ripple Carry Adder）到更高效的进位选择加法器（Carry Select Adder），再到最终的进位预判加法器（Carry Lookahead Adder），每一步的优化都伴随着对时序和面积的权衡分析，让我深刻理解了在实际电路设计中，效率与资源之间的微妙平衡。书中对于乘法器设计的章节，更是让我大开眼界。我之前对乘法器只是有一个模糊的概念，认为它是两个数相乘而已，但书中将各种乘法器，如阵列乘法器（Array Multiplier）、丹森-拉姆乘法器（Dadda Multiplier）以及布斯乘法器（Booth Multiplier）的原理和优劣势娓娓道来，那种精巧的设计思路，让我惊叹于人类智慧的结晶。尤其是在理解布斯乘法器如何通过编码来减少乘法步骤时，我仿佛亲眼见证了一个数学上的魔法。整本书的学习过程，就像是亲手搭建一座复杂的数字王国，每一个逻辑门，每一个触发器，都扮演着至关重要的角色。我甚至能感觉到，我的逻辑思维能力在那一刻得到了质的飞跃。

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当我拿起《Synthesis of Arithmetic Circuits》这本书时，我并没有抱有太高的期望，只是想对算术电路有一个初步的了解。然而，这本书的深度和广度很快就颠覆了我的看法。它不仅仅是一本教材，更像是一部关于数字逻辑艺术的杰作。书中对各种算术电路的介绍，从基础的加减法，到高级的乘除法和函数计算，每一个模块都讲解得鞭辟入里。我尤其惊叹于书中对于平方根（Square Root）和三角函数（Trigonometric Functions）等非线性函数的硬件实现方法。这些函数的计算在软件层面可能司空见惯，但在硬件层面实现起来却充满了挑战，书中介绍的迭代算法和查找表（Look-up Table）方法，都展现了作者对底层硬件原理的深刻洞察。我特别喜欢书中关于流水线（Pipelining）和并行化（Parallelization）技术如何应用于算术电路以提高性能的部分。通过将复杂的计算分解成更小的、可以并行执行的步骤，极大地缩短了整体的处理时间。这让我联想到了现代处理器的高效运行，原来许多看似神奇的性能提升，都源于这些精妙的电路设计。书中对于不同算法在不同应用场景下的适用性分析，也给了我很大的启发。例如，在对面积受限的应用中，如何选择更紧凑但速度稍慢的乘法器；在对速度要求极高的场合，如何不惜代价地优化流水线深度。这本书让我明白，电路设计并非一成不变，而是一个不断权衡与优化的过程，需要深刻理解算法、硬件以及应用场景之间的相互关系。

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《Synthesis of Arithmetic Circuits》这本书，对我来说，是一次关于数字电路“心脏”的深入剖析。它揭示了那些支撑起我们数字世界运行的底层逻辑。我被书中对于浮点数算术（Floating-Point Arithmetic）的全面讲解所深深吸引。从IEEE 754标准的细节，到浮点加、减、乘、除运算的电路实现，每一个环节都充满了挑战。作者详细解释了如何处理指数（Exponent）、尾数（Mantissa）以及各种特殊情况，如溢出（Overflow）、下溢（Underflow）、无穷大（Infinity）和NaN（Not a Number）。我尤其对浮点乘法器的设计印象深刻，它涉及到了尾数的乘法、指数的加法以及最终的舍入（Rounding）操作，每一步都需要精密的逻辑控制。此外，书中关于查找表（Look-up Table）在实现一些复杂函数，例如三角函数（Trigonometric Functions）或指数函数（Exponential Functions）中的应用，也给我带来了启发。通过预先计算并存储函数值，然后在硬件中通过查找和插值来逼近真实值，这是一种在速度和存储空间之间进行权衡的有效方法。整本书的学习过程，就像是在解构一台精密仪器，我不仅看到了各个部件是如何工作的，更理解了它们之间是如何协同配合，最终实现复杂功能的。

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《Synthesis of Arithmetic Circuits》这本书，与其说是阅读，不如说是一次脑力上的高强度训练。它引导我深入到数字电路设计的核心，尤其是那些看不见的、但至关重要的算术单元。我被书中对于位串行（Bit-Serial）和位并行（Bit-Parallel）算术电路的比较分析所吸引。在一些资源受限的应用中，例如嵌入式系统或FPGA低功耗设计，位串行电路的设计可以显著减少硬件资源的消耗，但其代价是较低的处理速度。书中对于位串行加法器、乘法器甚至除法器的设计思路，让我看到了如何在空间效率和时间效率之间做出取舍。我特别赞赏书中对于模运算（Modular Arithmetic）电路设计的章节，在密码学、纠错编码以及一些特定的算法加速中，模运算是必不可少的。书中详细介绍了如何设计高效的模加、模减、模乘甚至模幂电路，这些电路的设计需要考虑到模数的大小以及算法的特点，具有很高的工程价值。我还对书中关于CRC（Cyclic Redundancy Check）电路设计的讲解印象深刻，CRC在数据通信和存储中广泛用于检测错误，而书中对其硬件实现的介绍，让我们了解了这个看似简单的校验码背后复杂的逻辑。整本书的学习过程，让我感觉自己像是拆解并重新组装一台精密机械，每一个齿轮、每一个连杆的运作原理都得到了彻底的理解。

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《Synthesis of Arithmetic Circuits》这本书，对我而言，更像是一次严谨的科学考察，深入探索了数字计算的本质。书中对于浮点数算术（Floating-Point Arithmetic）的阐述，尤其令我印象深刻。作者详细讲解了IEEE 754标准的各个方面，从指数（Exponent）、尾数（Mantissa）到符号（Sign），以及它们在硬件中如何表示和处理。书中关于浮点加法、减法、乘法和除法的电路设计，充分展示了处理溢出（Overflow）、下溢（Underflow）、无穷大（Infinity）和NaN（Not a Number）等特殊情况的复杂性，以及如何通过精巧的逻辑设计来保证计算的准确性。我特别欣赏书中关于如何高效实现浮点乘法器的部分，涉及到移码（Bias Exponent）的处理、尾数的乘法以及最终的舍入（Rounding）操作，每一步都充满了挑战。此外，书中对于数字信号处理（DSP）中常用的算术运算，如FFT（Fast Fourier Transform）和FIR（Finite Impulse Response）滤波器中的乘累加（Multiply-Accumulate）单元的设计，也给予了充分的关注。这些单元在现代通信和多媒体处理中至关重要，而书中对其硬件实现的深入剖析，让我看到了理论算法与实际硬件之间的紧密联系。我感觉这本书就像是数字电路设计领域的一本“武功秘籍”，将各种高深的算法巧妙地转化为实际可用的电路结构，让我对硬件实现的潜力有了全新的认识。

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《Synthesis of Arithmetic Circuits》这本书，就像是一场关于数字逻辑的深度潜水，将我带入了算术电路设计的奇妙世界。其内容的丰富性和深度，远远超出了我的预期。我特别欣赏书中对于长除法（Long Division）算法的硬件实现方法的讲解。在软件层面，除法可能只是一个简单的运算符，但在硬件层面，其设计需要考虑大量的状态和控制逻辑，以模拟笔算除法的过程。书中对于恢复余数法（Restore Division）和不恢复余数法（Non-Restore Division）的详细对比，让我看到了在效率和复杂性之间的权衡。此外，书中关于平方根（Square Root）的硬件实现，也是一个让我耳目一新的部分。通过迭代算法，如牛顿-拉夫逊法（Newton-Raphson Method）或二分法（Bisection Method），以及相应的硬件电路设计，可以高效地计算出平方根。这让我意识到，许多看似复杂的数学函数，都可以通过精心设计的数字电路来实现。书中对于流水线（Pipelining）和并行化（Parallelization）技术的应用，更是贯穿了整个算术电路设计的始终。通过将长周期运算分解成多个阶段，并允许它们并行执行，可以极大地提升整体的吞吐量（Throughput）。这让我理解了为什么现代处理器能够以如此高的速度执行算术运算。整本书的学习，让我不仅仅是掌握了知识，更重要的是培养了一种解决复杂问题的思维方式，学会了如何在硬件层面去思考和实现算法。

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难度比较大的一本书。。看着头疼。。以前看过。。。。。

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