准确传输高速信号的印制电路板设计与噪声解决方法

目录
第1章 印制电路板的高速化与频率特性
1.1 数字电路的高速化与印制电路板的实际情况
1.1.1 高速CPU和存储器
1.1.2 LSI的大规模化和存在的问题
1.1.3 印制电路板的高速化
1.2 印制电路板材料和高频率特性
1.2.1 由基波频率及其谐波调制而成的数字信号
1.2.2 电介质正切越小的电路板频率越高
1.2.3 介电常数越小频率越高
1.2.4 实际印制电路板的高频率特性
1.2.5 在高频率情况下降低介电常数
1.2.6 玻璃·环氧树脂电路板能够处理的最大频率
【专栏】如何确定使用电路板的个数
第2章 高速化多层印制电路板的灵活运用方法
2.1 为什么使用多层印制电路板
2.2 如何确定印制电路板的层数
2.2.1 首先需要设定器件数的最小值
2.2.2 印制电路板图形的设计规则和层数
2.3 各层信号的作用
2.3.1 4层电路板
2.3.2 6层电路板
2.3.3 8层电路板
2.4 高速数字电路板的图形设计的基础知识
2.4.1 图形设计和特性阻抗的变化
2.4.2 信号层也需要betta ground
2.4.3 使用低阻抗与接地相连
2.4.4 布线不能弯曲成90°
2.5 焊接孔的形状和间隙
2.5.1 标准的形状
2.5.2 设定合适的间隙
2.6 多层印制电路板的构造和新的制造方法
2.6.1 多层电路板的制造工艺
2.6.2 合成多层电路板
【专栏】掌握目前正在使用的印制电路板的材料
第3章 时钟信号线的传输延迟的主要原因
3.1 印制电路板上主要的延迟原因
3.1.1 IC引起的延迟
3.1.2 布线引起的延迟
3.2 实际的高速IC的传输特性
3.2.1 由实验来验证
3.2.2 时钟驱动器开关特性的定义
3.3 印制电路板的传输特性
3.3.1 实验验证
3.3.2 根据布线求延迟
3.3.3 布线和IC的延迟时间
第4章 高速数字电路板的实际信号波形
4.1 高速传输时DIMM周围可能存在的问题
4.1.1 系统中最高速的信号——时钟信号
4.1.2 布线的电容器和电感
4.1.3 DIMM周围的器件布局
4.2 实际高速电路板的时钟信号波形
4.2.1 DIMM周围的电路
4.2.2 SDRAM的电气特性
4.2.3 印制电路板各部分的实际测量的波形
【专栏】一笔划的印制电路板图形真的好吗?
第5章 传输延迟和歪斜失真的处理
5.1 真空中传输信号的速度
5.1.1 真空中电荷的速度
5.1.2 真空中布线传输信号的速度
5.1.3 介电常数与传输速度的关系
5.2 印制电路板图形中传输信号的速度
5.3 由布线产生的延迟和电路的操作安全系数
5.3.1 总线缓冲器的传输特性和设计余量
5.3.2 时钟驱动器的传输特性和设计余量
5.4 布线之间传输时间差的处理方法
5.4.1 基于印制电路板图形的处理方法
5.4.2 电路上的处理方法
第6章 高速缓冲器IC的种类与传输特性
6.1 高速驱动器IC的电气特性
6.1.1 驱动器IC的种类和特征
6.1.2 AC特性的比较
6.2 总线缓冲器的传输特性
6.2.1 通用总线缓冲器74FCT244AT概述
6.2.3 脉冲歪斜失真的测量方法
【专栏】时钟驱动器的种类
6.3 时钟驱动器的传输特性
6.3.1 时钟驱动器74FCT3807A概述
6.3.2 脉冲歪斜失真的测量
6.4 PLL内置型时钟驱动器的传输特性
6.4.1 PLL的基本操作
6.4.2 PLL内置型时钟驱动器74FCT88915TT概述
6.4.3 脉冲歪斜失真的测量
6.4.4 输出频率的设定
6.4.5 辐射噪声对策的利用
第7章 旁路电容器的作用及其最佳容量
7.1 旁路电容器的操作
7.1.1 从电源图形产生的噪声
7.1.2 旁路电容器相当于电气的储水槽
7.1.3 旁路电容器两端电压的变化
7.2 IC和旁路电容器之间流动的电流
7.2.1 电容器的充放电电流
【专栏】在高速数字电路板上活用的旁路电容器
7.2.2 在输出段中流动的连通电流
7.3 电容器容量值的计算实例
7.3.1 例题电路
7.3.2 电源电压下降到0.1V以下时的旁路电容
7.4 适合作旁路电容的电容器
7.4.1 电容器的构造和频率特性
7.4.2 良好的积层陶瓷电容器
7.5 流向高速IC电源管脚的电流
7.5.1 四种转换器IC的评价
7.5.2 测量方法
7.5.3 高速IC的电源电流的变化曲线比较陡
7.6 IC等价内部电容容量的计算方法
7.6.1 74LV04的等价内部电容
7.6.2 74LVC04的等价内部电容
7.7 旁路电容器的容量和电源的波动
7.7.1 实验电路
7.7.2 实际测量值与计算值的比较和观察
7.8 旁路电容器的数量和辐射噪声的变化情况
7.9 实际旁路电容器的正确安装位置
7.9.1 检查时钟驱动器的内部电路
7.9.2 制造商推荐的实际安装位置
7.9.3 是旁路电容器优先，还是IC优先
第8章 布线电感的降低方法
8.1 重视印制电路板图形的电感成分
8.1.1 使用阻抗和电感来表征印制电路板图形
8.1.2 如果能够降低直流阻抗，那么问题就简单了
【专栏】不要生搬硬套数据表中推荐的图形
8.2 两种电感
8.2.1 自感
8.2.2 互感
8.3 空气中的铜线产生的电感
8.3.1 一根铜线产生的电感
8.3.2 两根平行铜线产生的电感
8.3.3 现场常见的错误地降低电感的方法
8.4 印制电路板图形的形状和实际等效电感
8.4.1 一根布线的印制电路板图形
8.4.2 两根布线的印制电路板图形
8.5 印制电路板图形的电感和电压波动
8.5.1 信号的频率和布线阻抗
8.5.2 印制电路板图形所产生的感应电压
8.6 旁路电容器一电源管脚之间的距离和电源电压波动
8.6.1 制作一块电路板进行实验
【专栏】IBIS模型介绍
8.6.2 测量的方法
8.6.3 电源图形越长，电源电压波动越大
8.7 实际等效电感和电源电压波动
8.7.1 改变电源与接地图形之间的距离会发生什么情况
8.7.2 将电源与接地之间就近布线
8.8 电源和接地图形之间的距离以及辐射噪声
8.8.1 用实验加以验证
8.8.2 旁路电容器效果的确定
8.8.3 回路面积和辐射噪声
8.8.4 小结
第9章 传输线路的阻抗调整方法
9.1 阻抗调整的定义
9.1.1 如果比喻成“水”的话
9.1.2 如果考虑电气信号传输
9.1.3 终端的基本知识(测试终端)
9.2 衰减阻抗和终端阻抗的计算方法
9.2.1 反射系数的计算方法
9.2.2 满足调整条件的衰减阻抗值和终端阻抗值的计算方法
9.3 阻抗调整的效果
9.3.1 制作一个模型电路板验证阻抗调整的效果
【专栏】特性阻抗的计算工具
9.3.2 衰减阻抗的数值不合适时的波形
9.3.3 调整衰减阻抗的数值
9.3.4 DIMM时钟管脚的位置和信号波形
第10章 印制电路板图形的阻抗设计
10.1 印制电路板图形的阻抗变化和反射
10.1.1 图形的阻抗由于场所的不同而全然不同
10.1.2 采用模拟方法来观察阻抗的变化
10.2 各种传输线路和特性阻抗
10.2.1 窄条线路
10.2.2 单面窄条线路
10.2.3 条状线路
10.2.4 共平面线路
10.3 总线信号的布线之间存在的歪斜失真问题
10.3.1 总线布线时存在的歪斜失真问题
10.3.2 负载的数量越多，信号的传输速度越慢
10.3.3 总线上信号传输的情况
10.4 布线构造与传输速度/特性阻抗/信号波形之间的关系
10.4.1 信号在Ins内能够前进多远
10.4.2 调整窄条线路的传输速度
10.4.3 共平面线路的传输速度
10.5 两根布线传输电流的方向和阻抗变化
10.5.1 印制电路板图形的阻抗经常处于变化之中
10.5.2 相同相位和相反相位的传输波形是不同的
第11章 不产生噪声的高速电路设计
11.1 深刻理解时钟信号波形
11.1.1 时钟信号由正弦波及其谐波构成
11.1.2 从波形中得出频率特性
11.1.3 阶梯波形的谐波的光谱
11.2 所谓理想的时钟波形是什么样的呢
11.2.1 需要注意驱动电流比较大的缓冲器IC
11.2.2 驱动器的驱动能力与时钟波形
【专栏】逻辑IC的低电压化和噪声级别
11.3 来自于印制电路板的辐射噪声本身的情况
11.3.1 辐射噪声本身为电磁场
11.3.2 磁场
11.3.3 电场
11.3.4 电场与磁场的关系
11.4 在导线中流过的电流和辐射噪声的动作
11.4.1 来自于导线的电磁波辐射的结构
11.4.2 电流线路与辐射噪声
11.5 辐射噪声的计算实例
11.5.1 缓冲器输出的布线阻抗的计算方法
11.5.2 由阻抗图和电压光谱计算电流值的方法
11.5.3 辐射噪声的计算方法
11.6 缓冲器IC的操作速度与辐射噪声的级别
11.6.1 IC的操作速度越快，噪声越大
11.6.2 超高速时钟驱动器的辐射噪声
第12章 不产生噪声的印制电路板设计
12.1 来自电路板的辐射噪声的原因和对策
12.1.1 缩小循环回路的面积
12.1.2 降低噪声的关键是抑制公共模式电流
12.2 循环线路产生的辐射噪声
12.2.1 循环回路的大小和辐射噪声
12.2.2 在模拟器上观测的印制电路板上的噪声的操作
12.3 betta ground能够起到降低噪声的效果
12.3.1 采用实验进行验证
12.3.2 在低频率区域能够改善30～40dB，在高频率区域能够改善10～20dB
12.3.3 根据计算得到的辐射级别的精度
12.4 距印制电路板一定距离上的电场强度
12.4.1 在窄条线路上流动的电流的计算方法
12.4.2 距离电路板3m远的位置上的电场强度的计算方法
12.4.3 窄条线路的电流分布
12.5 实际电路板元器件的布局与辐射噪声
12.5.1 元器件布局变更之前的噪声模拟情况
12.5.2 元器件布局变更之后的噪声模拟情况
12.5.3 测量实际电路板的辐射噪声
12.6 削减浪费的衰减阻抗
12.6.1 如果布线比波长充分短则不需要阻抗
12.6.2 使用模拟器发现不需要的阻抗
12.7 电路板的厚度和辐射噪声
12.7.1 多层电路板的构造和电源与接地的阻抗
12.7.2 电路板越薄，噪声越小
【专栏】集中常数和分布常数
12.8 旁路电容器的位置及其附近磁场的变化
12.8.1 电路板附近磁场的测量方法
12.8.2 旁路电容器及其附近磁场的变化
12.8.3 旁路电容器位置不同而引起的附近磁场的变化
参考文献
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