微型计算机原理与接口技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学

作者:赵宏伟//于秀峰//黄永平//秦贵和

出品人:

页数:352

译者:

出版时间:2010-6

价格:36.00元

装帧:

isbn号码:9787030276360

丛书系列:

图书标签:

• 。。。
• 微型计算机
• 计算机原理
• 接口技术
• 汇编语言
• 8086
• 微处理器
• 计算机组成原理
• 数字电路
• 嵌入式系统
• 硬件设计

深入浅出：现代电子系统设计与实践 本书聚焦于电子系统设计的核心理念与前沿技术，旨在为读者构建一个全面、深入且实用的知识体系。我们摈弃了对特定微处理器架构的冗长描述，转而探讨支撑所有现代嵌入式和计算系统的基础理论、设计方法论以及关键的集成技术。 --- 第一部分：基础理论与信号完整性 本部分将构建读者理解复杂电子系统所需的基础数学和物理框架，重点关注信号在物理介质中传输的真实行为，而非理想化的教科书模型。 1.1 连续时间系统分析与离散化基础 本章从傅里叶分析（Fourier Analysis）的视角切入，详细剖析了信号的频域特性。我们将深入探讨带宽限制、上升时间与系统响应之间的内在联系。随后，我们将构建严谨的Z变换（Z-transform）理论，阐释连续时间信号如何精确地映射到离散时间域，并引入采样定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem）的实际工程限制，例如混叠（Aliasing）的产生机制及抑制方法。不同于简单的数学推导，本章侧重于理解这些理论如何在实际的模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）设计中指导选择合适的采样率和抗混叠滤波器。 1.2 传输线理论与高速信号完整性（SI） 在现代高频电路板（PCB）设计中，导线不再是理想的连接器，而是具有传输线特性的结构。本章将彻底阐述传输线的基本方程（如Telegrapher's Equations），并基于特性阻抗（Characteristic Impedance）的概念，分析信号在不同阻抗匹配环境下的反射、过冲和下冲现象。我们详细讨论了反射系数的计算、终端匹配（如串联匹配、并联吸收匹配）的设计准则，以及它们对系统时序裕度的影响。此外，深入探讨了串扰（Crosstalk）的物理成因——包括近端串扰（NEXT）和远端串扰（FEXT），并提供了差分信号设计中如何最大化共模抑制比（CMRR）的实践技巧。 1.3 电磁兼容性（EMC）与辐射防护 电子系统的可靠性离不开对电磁兼容性的考量。本章聚焦于系统级EMC的设计策略。内容涵盖了传导发射（CE）和辐射发射（RE）的测试标准概述，以及硬件设计层面如何通过布局（Layout）来控制噪声源。重点剖析了电源回路（Power Return Path）的重要性，解释了不良的返回路径如何形成效率极高的环路天线，从而造成严重辐射。同时，介绍了屏蔽技术（如法拉第笼原理）、滤波器的选型与布局原则（如共模扼流圈的应用），确保系统在复杂的电磁环境中稳定运行。 --- 第二部分：电源完整性与低噪声设计 电源是所有电子系统的“生命线”。本部分将电源分配网络（PDN）视为一个复杂的信号网络进行分析，目标是实现稳定、低噪声的电压供应。 2.1 电源分配网络（PDN）的阻抗建模 本章将PDN的分析提升到阻抗控制的层面。我们不再将电源视为恒压源，而是分析其随频率变化的阻抗特性。介绍使用频域分析工具（如频域反射计/VNA）对PDN阻抗进行测量和仿真的方法。重点解析了去耦电容（Decoupling Capacitors）的选型、数量和布局策略，旨在使PDN在目标工作频率范围内保持低于系统允许的容限阻抗。探讨了有效去耦的“电容金字塔”模型，即如何利用不同物理尺寸和介电常数的电容实现跨频段的阻抗覆盖。 2.2 瞬态电流需求与去耦优化 系统中的数字逻辑门（如存储器访问、处理器流水线操作）会产生剧烈的瞬态电流尖峰。本章详细分析了这些瞬态电流的频谱特征，并将其与PDN的阻抗特性进行匹配。通过仿真工具，展示了如何量化去耦电容在抑制电压毛刺（Voltage Droop/Overshoot）中的作用。深入讨论了封装层面的去耦技术（如片上电容）在超高速系统中的关键价值，以及如何在PCB层面上优化电源平面与地平面的耦合，以减小电流环路面积。 2.3 低噪声稳压器（LDO）与开关模式电源（SMPS）的噪声分析 本章对比了线性稳压器（LDO）和开关模式电源（SMPS）的特性。重点分析了SMPS工作时产生的开关噪声（Switching Noise）及其谐波。讲解了如何通过优化开关频率、占空比以及关键滤波元件的设计来降低纹波和噪声。对于LDO，分析了其在抑制电源噪声和改善输出纹波方面的优势，并讨论了在噪声敏感型模拟前端（AFE）或射频（RF）电路中选用特定低噪声LDO的工程考量。 --- 第三部分：接口技术与系统互联架构 本部分关注数据如何在不同功能模块间高效、可靠地传输，重点研究当代高速串行和并行接口的底层物理层（PHY）设计。 3.1 高速串行接口的物理层基础 本章系统介绍当代主流高速串行通信（如PCIe、SATA、光纤通道等）所依赖的物理层技术。详细阐述了差分信号传输、均衡技术（Equalization）的重要性。重点讲解了发射端预加重（Pre-emphasis）和接收端决策反馈均衡（DFE）的原理，这些技术是克服PCB损耗和时延色散、实现长距离可靠通信的关键。分析了抖动（Jitter）的来源（如随机抖动RJ和确定性抖动DJ），以及如何通过时钟恢复（CDR）电路实现信号的同步解调。 3.2 内存接口与时序约束管理 现代高性能系统对内存带宽的需求极其苛刻。本章聚焦于高速同步动态随机存取存储器（SDRAM，如DDRx系列）的接口设计。核心内容是时序分析，包括建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）的裕度计算。详细讨论了阻抗匹配、终端技术在内存总线设计中的应用，以及布线约束（如等长、蛇形走线）对数据眼图（Eye Diagram）质量的决定性影响。阐述了内存控制器与DRAM芯片之间的时钟分布和数据同步机制。 3.3 异步与同步系统间的桥接技术 系统通常由不同速度、不同时钟域的模块构成。本章探讨了实现跨时钟域通信（CDC）的硬件机制。深入分析了异步FIFO（First-In, First-Out）的工作原理，特别关注其内部的握手逻辑和亚稳态（Metastability）的消除技术（如双寄存器采样）。对比了不同的同步机制，为工程师在设计复杂多处理器或异构系统时提供可靠的通信桥梁方案。 --- 第四部分：硬件设计流程与验证方法学 本部分着眼于从概念到成品的全过程管理和质量保证，强调系统级建模、仿真与物理实现之间的闭环验证。 4.1 系统级建模与仿真环境构建 在进行物理布线之前，系统性能需要被抽象建模。本章介绍如何使用S参数（S-Parameters）描述通道的频率响应，以及如何利用IBIS（I/O Buffer Information Specification）模型集成器件的电气特性。重点讲解了如何建立一个端到端（End-to-End）的仿真链，将电源噪声、通道损耗和器件抖动结合起来，预测系统在特定误码率（BER）下的实际性能。 4.2 布局布线（Layout）的层级化约束管理 成功的硬件设计依赖于对PCB布局布线的严格约束。本章从层级结构的角度，指导读者如何定义设计规则（Design Rules）。内容包括：如何根据阻抗要求设定线宽和层间距；如何管理差分布线的相位匹配；如何在多层板中精确控制叠层结构以优化电源层和信号层的耦合。强调了信号层与参考层（地平面或电源平面）之间紧密耦合的必要性。 4.3 硬件调试与故障诊断技术 设计完成后，调试是验证和完善的最后关键步骤。本章介绍使用高端测试设备（如高带宽示波器、矢量网络分析仪）进行系统级诊断的实用技术。重点讲解了如何通过分析眼图来定位具体问题（例如，是损耗导致的眼图闭合还是抖动过大），以及如何使用TDR（时域反射仪）精确测量PCB上不连续点（如过孔、连接器）带来的阻抗失配。提供了系统启动失败和随机间歇性错误的高效排查流程。 --- 本书的最终目标是培养工程师将“系统思维”应用于电子设计之中——理解单个组件的行为如何被其所处的整体物理环境（电源、参考平面、相邻信号线）所塑形和限制。它是一本面向追求高可靠性、高性能电子产品设计的深度参考手册。

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