高速电路设计实践

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出版者:电子工业
作者:王剑宇
出品人:
页数:278
译者:
出版时间:2010-2
价格:42.00元
装帧:
isbn号码:9787121101311
丛书系列:
图书标签:
  • 电路设计
  • 硬件设计
  • 高速电路设计
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具体描述

《高速电路设计实践》从设计实践角度出发,介绍了在从事高速电路设计的工作中需要掌握的各项技术及技能,并结合工作中的具体案例,强化了设计中的各项要点。详细研究了相关具体案例。在《高速电路设计实践》的编写过程中,作者避免了纯理论的讲述,而是结合设计实例叙述经验,将复杂的高速电路设计,用通俗易懂的语言陈述给读者。

模拟电子技术基础:从理论基石到前沿应用 作者: [请在此处填写作者姓名,例如:张伟、李明] 出版社: [请在此处填写出版社名称,例如:清华大学出版社、电子工业出版社] ISBN: [请在此处填写ISBN,例如:978-7-111-XXXX-X] --- 图书简介 本书旨在为电子工程、通信工程、自动化以及相关专业的学生和工程师提供一套全面、深入且系统化的模拟电子技术学习指南。我们深知,理解和掌握模拟电子技术是构建任何复杂电子系统的基石,无论是传统的音频放大电路,还是现代的高速数据采集系统,其核心性能无不依赖于对模拟信号的精确处理。因此,本书的编写严格遵循从基本概念到复杂系统集成的逻辑顺序,力求在理论深度与工程实践之间找到完美的平衡点。 核心定位: 本书并非侧重于高速数字信号的处理或高频射频(RF)设计,而是专注于模拟信号的放大、滤波、转换、稳定化等基础且关键的技术领域。它是一本关于如何设计和分析低频到中频范围内(通常在MHz量级以下,但会探讨更高频率下的非理想效应)的模拟电路的权威参考书。 第一部分:理论基石与器件原理 (奠定坚实的基础) 本部分详细阐述了半导体器件的物理基础,这是理解后续所有模拟电路工作原理的前提。 1. 半导体基础与PN结理论: 我们从晶体管的物理结构入手,深入剖析载流子的运动、能带理论,以及PN结在正向和反向偏置下的特性。重点讲解了二极管的伏安特性曲线、击穿现象及其在整流、钳位电路中的应用。 2. 双极性晶体管(BJT)的工作原理与模型: 本章是模拟电路的“重中之重”。我们不仅介绍了BJT的共源、共基、共射三种基本组态,更重要的是,详细推导了混合$pi$模型和$r_e$模型。对BJT的跨导 ($g_m$)、输出电阻 ($r_o$) 等关键参数进行了深入分析,并结合实际数据手册,指导读者如何从器件规格书中提取参数。重点阐述了晶体管的饱和、截止和有源区的工作状态判断方法。 3. 场效应晶体管(FET/MOSFET)的特性分析: 随着CMOS技术的主导地位日益显著,MOSFET的理解至关重要。本书详细讲解了增强型和结型FET的结构、阈值电压、跨导特性以及其与BJT在驱动能力和输入阻抗上的差异。特别地,我们深入探讨了MOSFET的弱反型、强反型区,以及其在小信号模型中的应用。 4. 直流偏置与稳定工作点分析: 任何有效的模拟信号处理都要求晶体管工作在合适的偏置点(Q点)。本章系统地介绍了各种偏置电路(如分压式偏置、发射极反馈偏置等)的设计准则,重点讨论了温度漂移对Q点的影响,并引入了灵敏度分析和反馈补偿技术,确保电路性能的稳定性。 第二部分:基本放大电路与频率响应 (信号的有效处理) 在掌握了器件特性后,本部分将这些器件组合成具有实际功能的放大电路,并着重研究其对信号频谱的影响。 5. 单级放大器分析: 系统分析了共源、共集、共基组态(及其MOS等效组态),重点计算了电路的电压增益、输入阻抗和输出阻抗。我们不仅关注理论上的最大增益,更强调在实际负载条件下,这些阻抗匹配对信号传输效率的决定性作用。 6. 多级放大电路设计: 现实中的放大器往往需要多级联接以达到所需的总增益和带宽。本章讲解了直接耦合、阻容耦合、变压器耦合等不同级间连接方式的优缺点。重点分析了增益分配策略,以及如何通过优化各级级的输入输出阻抗来避免增益“蚕食”现象。 7. 频率响应与带宽分析: 这是模拟电路设计的核心挑战之一。我们引入了波特图作为分析工具,详细推导了单级和多级放大器的低频和高频截止频率。对于高频部分的分析,本书清晰地解释了寄生电容(如米勒电容)对电路性能的“米勒效应”,并提供了补偿技术(如引入补偿电容或使用源极跟随器隔离)的实用指导。 8. 反馈理论与应用: 负反馈是提高线性度、稳定增益和扩展带宽的基石。本章深入讲解了串联和并联反馈的四种基本拓扑结构(电压串联、电流串联、电压并联、电流并联)。我们使用二端口网络分析法来精确计算反馈对系统增益、输入/输出阻抗的影响,并讨论了相位裕度和环路增益在确保反馈系统稳定性中的作用。 第三部分:特定功能模拟电路模块 (构建实用系统) 本部分聚焦于那些在各种电子系统中广泛应用的关键功能模块。 9. 运算放大器(Op-Amp)的理想与实际模型: 虽然现代设计更多地依赖集成运算放大器(IC),但理解其内部结构至关重要。本章从差分放大器开始,逐步构建一个完整的双极型和CMOS运算放大器结构。重点分析了失调电压、共模抑制比(CMRR)和压摆率(Slew Rate)等关键参数的来源及优化方法。 10. 有源滤波器设计: 相较于传统的RC无源滤波器,有源滤波器(使用运放和电阻电容实现)具有增益可控、易于级联的优点。本书详细介绍了巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)等滤波器类型的设计规范,并提供了Sallen-Key和多反馈(MFB)等常见拓扑的详细设计步骤和元件值计算方法。特别强调了Q值对通带和过渡带的影响。 11. 信号产生与转换电路: 本章涵盖了模拟信号处理流程中的重要一环。 振荡器: 讲解了正弦波振荡器(如文氏桥、相移振荡器)和非正弦波振荡器(如多谐振荡器、555定时器应用)的起振条件和频率确定。 数据转换器基础: 提供了对ADC(模数转换器)和DAC(数模转换器)基本工作原理的概述,包括并行比较型、双积分型ADC的结构,以及电阻梯形DAC的优缺点,侧重于分辨率、非线性误差等概念。 第四部分:电源调节与系统稳定性 (确保可靠运行) 可靠的供电是模拟电路稳定工作的前提。 12. 线性稳压电源设计: 深入探讨了串联型和并联型线性稳压器的设计。重点分析了调整管(Pass Transistor)的功耗散热问题,并详细讲解了如何利用参考源(如齐纳二极管或带隙基准源)构建高精度的稳压电路。同时,本书也讨论了纹波抑制比(PSRR)对系统噪声性能的影响。 13. 噪声分析与抑制: 模拟电路设计中不可避免地会引入噪声。本章系统性地分析了热噪声(约翰逊噪声)、散粒噪声等基本噪声源的统计特性。通过推导,展示了噪声如何在多级放大器中叠加(噪声因数),并指导读者如何通过选择合适的晶体管偏置点、优化输入级结构来最小化系统总输入参考噪声。 --- 本书特色与目标读者 针对性强: 本书内容紧密围绕模拟集成电路设计的基本原理和基础模块的构建展开,避免了大量高频/射频电路(如微波、传输线效应)或复杂数字逻辑的内容,确保读者能扎实掌握模拟电路的核心技术。 实践导向: 每章后都附有设计案例和仿真练习(可使用SPICE工具进行验证),帮助读者将理论知识转化为实际设计能力。我们强调工程近似和参数敏感性的分析,这是区分理论家和实践工程师的关键能力。 目标读者: 1. 在校本科生: 作为模拟电子技术课程的主教材或重要参考书。 2. 研究生新生: 作为深入学习模拟集成电路设计(IC Design)的预备知识。 3. 硬件工程师: 需要回顾和深化模拟电路基础知识,以应对各种传感器接口、信号调理电路的实际设计需求。 通过学习本书,读者将能够独立分析、设计和调试从信号采集前端到信号调理核心的各种模拟电路系统,为未来在传感器接口、仪器仪表、控制系统等领域的发展打下坚实的基础。

作者简介

目录信息

第1章 概述 1.1 低速设计和高速设计的例子 【案例1-1】 简化的存储电路模块 1.1.1 低速设计 1.1.2 高速设计 1.2 如何区分高速和低速 1.3 硬件设计流程 1.3.1 需求分析 1.3.2 概要设计 1.3.3 详细设计 1.3.4 调试 1.3.5 测试 1.3.6 转产 1.4 原理图设计 第2章 高速电路中的电阻、电容、电感和磁珠的选型及应用 2.1 电阻的应用 2.1.1 与电阻相关的经典案例 【案例2-1】 串联电阻过大,导致板间告警失败 【案例2-2】 电阻额定功率不够造成的单板潜在缺陷 【案例2-3】 电阻在时序设计中的妙用 2.1.2 电阻应用要点 2.2 电容的选型及应用 2.2.1 与电容相关的经典案例 【案例2-4】 电容失效导致低温下硬盘停止工作 【案例2-5】 多次带电插拔子板导致母板上钽电容损坏 【案例2-6】 高速电路中电容应用问题导致CPU工作不稳定 2.2.2 高速电路设计中电容的作用及分析 【案例2-7】 交流耦合电容选择不当引起数据帧出错 【案例2-8】 利用0612封装的电容增强滤波性能 【案例2-9】 LDO电源应用中的滤波电容ESR问题 【案例2-10】 高频电路中1?F +0.01?F是否能展宽低阻抗频带 2.2.3 高速电路设计常用电容及其应用要点 【案例2-11】 陶瓷电容选型错误导致单板丢数据包 【案例2-12】 根据电路要求进行钽电容选型 2.2.4 去耦电容和旁路电容 2.3 电感的选型及应用 2.3.1 与电感相关的经典案例 【案例2-13】 LC低通滤波导致输出电源电压纹波偏大 【案例2-14】 大电流通路PI型滤波造成电压衰减 2.3.2 高速电路设计中电感的作用 2.3.3 高速电路设计常用电感及其应用要点 2.4 磁珠的选型及应用 2.4.1 磁珠的滤波机理 2.4.2 高速电路设计中磁珠的选型及其应用要点 【案例2-15】 误用磁珠造成过流保护电路失效 2.4.3 磁珠和电感的比较 第3章 高速电路中的逻辑器件选型及高速逻辑电平应用 3.1 与逻辑器件相关的经典案例 【案例3-1】 逻辑器件输入端上拉太弱造成带电插拔监测功能失效 3.2 逻辑器件应用要点 3.2.1 逻辑器件概要 【案例3-2】 逻辑器件驱动能力过强造成信号振铃 【案例3-3】 同一型号逻辑器件的差异性造成PHY配置错误 3.2.2 逻辑器件参数介绍 3.2.3 逻辑器件功耗计算 3.2.4 逻辑器件热插拔功能介绍 3.2.5 逻辑器件使用中注意事项的总结 3.3 高速逻辑电平应用 3.3.1 高速逻辑电平概述 【案例3-4】 差分对走线附近信号分布不均衡造成电磁辐射 3.3.2 LVDS逻辑电平介绍及其应用要点 【案例3-5】 空闲输入引脚处理有误导致FPGA检测到错误输入 3.3.3 LVPECL逻辑电平介绍及其应用要点 3.3.4 CML逻辑电平介绍及其应用要点 3.3.5 高速逻辑电平的比较 3.3.6 高速逻辑电平的互连及其应用要点 第4章 高速电路中的电源设计 4.1 与电源相关的经典案例 【案例4-1】 LDO输出电源电平低于设置值 【案例4-2】 电源芯片欠压保护电路导致上电时序不满足设计的要求 【案例4-3】 多电源模块并联工作时的均压措施 4.2 高速电路设计的电源架构 4.2.1 集中式电源架构 4.2.2 分布式电源架构 4.3 高速电路电源分类及其应用要点 4.3.1 LDO电源介绍及其应用要点 【案例4-4】 计算LDO工作时的结温 【案例4-5】 SENSE功能导致电源芯片输出电压不稳定 4.3.2 DC/DC电源介绍及其应用要点 【案例4-6】 计算栅极电流 【案例4-7】 MOSFET同时导通导致MOSFET损坏 【案例4-8】 -48V缓启电路中MOSFET烧坏 【案例4-9】 基于ADMl066对多路电源实现监控 【案例4-10】 基于LTCl422实现上电速度的控制 【案例4-11】 基于电源芯片实现上电速度的控制 【案例4-12】 基于RC阻容电路实现延时功能 【案例4-13】 上电电流过大引起电感啸叫 【案例4-14】 输入电源上电过缓造成输出电源上电波形不单调 4.3.3 电源管理 4.3.4 保险管的选型及应用 【案例4-15】 热插拔单板的保险管选型第5章 高速电路中的时序设计 5.1 时序设计概述 5.2 时序参数介绍 5.3 源同步系统时序设计 5.3.1 源同步系统时序设计原理 5.3.2 源同步系统时序设计范例一 5.3.3 源同步系统时序设计范例二 5.4 共同时钟系统时序设计 5.5 源同步系统与共同时钟系统的比较第6章 高速电路中的复位、时钟设计 6.1 复位电路设计 6.1.1 与复位电路相关的经典案例 【案例6-1】 主控板无法通过PCI-X总线查询到接口板 6.1.2 复位设计介绍及其应用要点 【案例6-2】 存储模块读取的错误 6.1.3 专用复位芯片的使用 6.2 时钟电路设计 6.2.1 与时钟电路相关的经典案例 【案例6-3】 系统时钟偏快的问题 【案例6-4】PHY寄存器无法读取的问题 【案例6-5】 高温流量测试丢包问题 6.2.2 晶体、晶振介绍及其应用要点 【案例6-6】 利用首个时钟沿启动组合逻辑导致CPU工作不稳定 6.2.3 锁相环及其应用 【案例6.7】 两级锁相环的应用导致MPC8280的PCI时钟失锁 6.2.4 时钟抖动与相位噪声第7章 高速电路中的存储器应用与设计 7.1 与存储器相关的经典案例 【案例7-1】 时序裕量不足导致存储器测试出错 7.2 常用存储器介绍及其应用要点 7.2.1 存储器概述 7.2.2 SDRAM介绍及其应用要点 7.2.3 DDR SDRAM介绍及其应用要点 【案例7-2】 DLL缺陷造成DDR SDRAM时序出错 【案例7-3】 ■不稳定造成存储器读写操作出错 7.2.4 DDR2 SDRAM介绍及其应用要点 【案例7-4】 CPU存储系统不识别8位内存条的问题 7.2.5 SRAM介绍及其应用要点 【案例7-5】 片选处理不当导致SRAM数据丢失 7.2.6 FLASH与EEPROM介绍 【案例7-6】 热插拔导致单板FLASH损坏 【案例7-7】 读取百兆光模块信息出错第8章 高速电路中的PCB及其完整性设计 8.1 与PCB及完整性设计相关的经典案例 【案例8-1】 回流路径缺陷对高速信号质量的影响 8.2 PCB层叠结构与阻抗计算 8.2.1 Core和PP 8.2.2 PCB的层叠结构和阻抗设计 8.3 高速电路PCB设计要点 8.3.1 PCB设计与信号完整性 【案例8-2】 传输线的判断 【案例8-3】 反射的计算 【案例8-4】 DDR SDRAM设计时,终端电阻RIT布放位置的选择 【案例8-5】 大驱动电流信号对高速数据信号的串扰 【案例8-6】 高速接口器件批次更换造成辐射超标 【案例8-7】 TcK信号出现回沟导致无法通过JTAG接口对CPLD进行加载 8.3.2 PCB设计与电源完整性 8.3.3 PCB设计中的EMC 【案例8-8】 网口指示灯信号线引发的辐射问题 【案例8-9】 接口芯片与时钟驱动器共用电源,导致辐射超标 8.3.4 PCB设计中的ESD防护 【案例8-10】 TVS管布放位置不合理导致静电放电测试失败 【案例8-11】 GND和HV-GND混用导致电源控制电路失效 8.3.5 PCB设计与结构、易用性 【案例8-12】 网口指示灯排列顺序出错 【案例8-13】 网口连接器堆叠方式与易插拔特性 8.3.6 PCB设计与散热 8.3.7 PCB设计与可测试性参考文献
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读后感

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用户评价

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这本书的另一面,是其对设计流程后期的“调试与验证”环节的深度覆盖。很多高速电路书只讲设计,却忽略了实际测试中的挑战。这本书则详尽地介绍了示波器、矢量网络分析仪(VNA)等关键测试设备的设置和校准。我特别关注了关于“去嵌入(De-embedding)”和“反嵌入(Embedding)”技术的介绍,这对于准确地从探头测量点剥离出PCB或连接器的实际性能至关重要。书中提供了实际的S参数文件和测试波形,让读者可以对照着学习如何识别实际测量波形中的毛刺、过冲和欠阻尼振荡的真正来源。这种从理论到工具操作,再到结果解读的完整闭环教学,极大地增强了读者的实战信心。总而言之,《高速电路设计实践》不只是一本教科书,它更像是一份凝聚了多年工程智慧的“实操圣经”,是每一个想在高速领域有所建树的工程师案头必备的工具书。

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翻开这本《高速电路设计实践》的印刷本,一股沉甸甸的踏实感油然而生。它不像市面上那些泛泛而谈的理论书籍,更多的是像一位经验丰富的老工程师,带着你一步步走进高速数字系统设计的“深水区”。书中的内容组织得井井有条,从基础的传输线理论、信号完整性(SI)分析,到串扰、电源完整性和电磁兼容性(EMC)的实际处理,每一个环节都配有详实的数学模型和实际案例。我尤其欣赏作者在讲解眼图和抖动分析时的细致入微,他们并没有止步于给出公式,而是深入剖析了参数变化对系统性能的连锁反应。例如,在讨论PCB层叠设计时,书中给出了不同介电常数材料对回波损耗的影响曲线,这对于我优化下一代高速背板布局至关重要。读完前几章,我感觉自己对“阻抗匹配”这个老生常谈的概念有了全新的认识,不再是简单的电阻值匹配,而是涉及到整个系统的时间延迟和相位关系。这本书的深度,足以让一个有一定经验的工程师感到醍醐灌顶,也为初学者提供了一个高起点、少走弯路的导航图。

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坦率地说,这本书的难度系数不低,它假设读者已经具备了扎实的电路基础知识和基本的射频(RF)概念。对于完全的门外汉来说,前几章可能会略显吃力,因为它毫不留情地深入到了史密斯圆图的应用和S参数矩阵的解读。然而,正是这种对技术深度的坚守,才使得这本书具有了长久的参考价值。我个人最喜欢的是关于 SerDes 接口均衡技术的那几节。作者详细对比了馈通(Feed-Forward Equalization, FFE)和决策反馈均衡(Decision Feedback Equalization, DFE)的优缺点,并通过仿真数据展示了在不同信噪比环境下,哪种均衡器表现更占优势。这种对比分析非常实用,它帮助我跳出了单一技术优化的思维定势,转而从系统总体的性能预算角度进行权衡。读这本书的过程,就像是跟随一位严谨的导师进行高强度的项目实战训练,虽然过程艰辛,但收获的工程洞察力是无价的。

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我发现这本书最大的亮点在于其“实践驱动”的叙事方式。它没有陷入纯理论推导的泥潭,而是紧密围绕实际设计流程中的痛点展开。例如,在讨论SI分析时,作者专门开辟了一章来讲解如何设置仿真环境,包括合适的端口模型、负载模型以及如何处理芯片级I/O的非线性特性。书中提供的许多关于PCB设计规则检查(DRC)的“陷阱”总结,简直是血泪的结晶——那些因为忽略了最小拐角半径或过孔间距而导致的实际投板失败案例,读来令人深思。特别值得一提的是,书中对高速设计中“公地”和“信号返回路径”的论述非常透彻,它用一个简单的闭合回路模型,彻底解释了为什么错误的返回路径是产生EMI的主要元凶。这本书教会我的,是如何在设计初期就将潜在的制造和测试问题扼杀在摇篮里,这对于控制项目成本和进度具有决定性的意义。

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这本书的排版和图示质量简直是业界典范。在阅读关于PCB走线布局和过孔效应的部分时,我发现作者非常注重视觉化表达。那些三维电磁场分布图、不同过孔结构下的耦合强度对比图,清晰到令人震撼。很多关于电磁屏蔽和接地设计的章节,仅仅通过几个精心绘制的截面图,就将复杂的物理现象解释得一清二楚,远胜过冗长晦涩的文字描述。我记得有一张关于“去耦电容选型策略”的图表,它将不同频率下的等效串联电感(ESL)和等效串联电阻(ESR)与目标信号上升时间关联起来,立刻就明白了为什么在高频段,传统的并联去耦方案会失效。这种对细节的极致追求,体现了作者在实践中积累的深厚功力。这本书与其说是一本教材,不如说是一本高质量的“工艺手册”和“问题诊断指南”,它不只是告诉你“是什么”,更重要的是告诉你“为什么会这样”以及“如何优雅地解决”。

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工作2,3的硬工可以读一读,巩固一下知识点。。。内容稍老,后面讲的不够深。

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值得一看,前面的讲得很仔细,后面关于存取器和信号完整性就很粗略。

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好书,非常不错,用大量的具体案例来进行一些经验的介绍和总结,这本书对于嵌入式方向的学习和设计有很大的帮助。

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我的第一本关于信号完整性的书,很入门。

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我的第一本关于信号完整性的书,很入门。

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