高速數字設計

Howard Johnson，1982年在美國萊斯大學獲得博士學位後專攻高速數字通信和數字信號處理系統的設計，在數字設計領域有近50年的經驗，一直從節數字電子設計和諮詢業務，服務於全球的數字工程師，並在英國牛津大學授課。

第1章基礎知識
1.1頻率與時間
1.2時間與距離
1.3集總與分佈系統
1.4關於3dB和RMS頻率的解釋
1.54種類型的電抗
1.6普通電容
1.7普通電感
1.8估算衰減時間的更好方法
1.8.1測量一個響應曲線下的總面積
1.8.2應用到圖1.15中
1.9互容
1.9.1互容與串擾的關係
1.9.2端接電阻之間的互容
1.10互感23
1.10.1互感與串擾的關係
1.10.2磁耦合環路的反向
1.10.3容性耦合與感性耦合的比率

第2章邏輯門電路的高速特性
2.1一種年代久遠的數字技術的發展歷史
2.2功率
2.2.1靜態和動態功耗
2.2.2驅動容性負載時的動態功耗
2.2.3疊加偏置電流產生的動態功耗
2.2.4輸入功率
2.2.5內部功耗
2.2.6驅動電路功耗
2.2.7輸出功耗
2.3速度
2.3.1電壓突變的影響，dV/dt
2.3.2電流突變的影響，dI/dt
2.3.3電壓容限
2.4封裝
2.4.1引腳電感
2.4.2引腳電容
2.4.3熱傳導（QJC和QCA）

第3章測量技術
3.1示波器探頭的上升時間和帶寬
3.2探頭接地環路的自感
3.2.1計算接地環路電感
3.2.2算出10%~90%上升時間
3.2.3估算電路的Q值
3.2.4結果的重要性
3.3探頭接地環路檢測到的假信號
3.3.1環路A的變化電流
3.3.2環路A和環路B的互感
3.3.3應用互感的定義
3.3.4磁場檢測器
3.4探頭是如何加重電路負載的
3.5特殊的探頭構造
3.5.1自製的21:1探頭
3.5.2低電感接地環路的夾具
3.5.3嵌入式探測夾具
3.6避*測到來自探頭外殼電流的信號
3.7觀測一個串行數據傳輸系統
3.8降低系統時鐘
3.9觀測串擾
3.9.1關掉原始信號
3.9.2關掉串擾
3.9.3產生人為的串擾
3.10測量工作容限
3.10.1附加噪聲
3.10.2寬總線的時序調整
3.10.3電源
3.10.4溫度
3.10.5數據吞吐量
3.11觀察亞穩態
3.11.1測量亞穩態
3.11.2理解亞穩態的特性
3.11.3長判決時間的證據
3.11.4亞穩態問題的解決方法

第4章傳輸線
4.1普通點對點佈線的缺點
4.1.1點對點佈線的信號畸變
4.1.2點對點佈線的EMI
4.1.3點對點佈線中的串擾
4.2無限均勻傳輸線
4.2.1理想的無畸變、無損耗傳輸線
4.2.2有損耗的傳輸線
4.2.3趨膚效應
4.2.4鄰近效應
4.2.5介電損耗
4.3源端及負載阻抗的影響
4.3.1傳輸線上的反射
4.3.2末端端接
4.3.3源端端接
4.3.4短線
4.3.5不良端接傳輸線的建立時間
4.4傳輸線的特殊實例
4.4.1未端接線路
4.4.2連接在線路中間的容性負載
4.4.3等間隔的容性負載
4.4.4直角彎曲
4.4.5延遲線
4.5線路阻抗和傳播延遲
4.5.1傳輸線參數的控制
4.5.2同軸電纜的計算公式
4.5.3雙絞線的計算公式
4.5.4微帶線的簡單公式集
4.5.5帶狀線的簡單公式集

第5章地平面和疊層
5.1高速電流沿著電感最小路徑前進
5.2完整地平面的串擾
5.3開槽地平面的串擾
5.4平行交叉地平面的串擾
5.5指狀電源和地線的串擾
5.6保護走線
5.7近端和遠端串擾
5.7.1感性耦合機制
5.7.2容性耦合機制
5.7.3互感和互容的混合耦合
5.7.4近端串擾如何變成一個遠端問題
5.7.5展示兩線之間串擾的特徵
5.7.6使用串聯端接減少串擾
5.8印刷電路板如何疊層
5.8.1電源和地的規劃
5.8.2機框層
5.8.3選擇走線尺寸
5.8.4佈線密度和走線層數
5.8.5經典層疊
5.8.6高速板的特別提示

第6章端接
6.1末端端接器
6.1.1末端端接器的上升時間
6.1.2末端端接器的直流偏置
6.1.3末端端接器中採用的其他拓撲結構
6.1.4末端端接器的功耗
6.2源端端接器
6.2.1源端端接的阻抗值
6.2.2源端端接的上升時間
6.2.3源端端接可以得到比較理想的階躍響應
6.2.4源端端接所需的驅動電流
6.2.5源端端接的其他拓撲結構
6.2.6源端端接器的功耗
6.3中間端接器
6.4末端端接器的交流偏置
6.4.1容性端接的直流不平衡
6.4.2差分線的末端端接器
6.5電阻的選擇
6.5.1端接電阻的準確性
6.5.2端接電阻的功耗
6.5.3端接電阻的串聯電感
6.6端接器中的串擾
6.6.1相鄰實芯電阻的串擾
6.6.2相鄰表面貼裝電阻的串擾
6.6.3單列直插（SIP）端接電阻的串擾

第7章通孔
7.1通孔的機械特性
7.1.1製作完成後的通孔直徑
7.1.2通孔焊盤大小的要求
7.1.3間隔要求：空隙
7.1.4走線密度與通孔焊盤大小
7.2通孔的電容
7.3通孔的電感
7.4返回電流及其與通孔的關係

第8章電源系統
8.1提供穩定的電壓參考
8.2分配統一的電壓
8.2.1電源分配線的阻抗
8.2.2電源分配線的電感
8.2.3板級濾波
8.2.4單獨集成電路的局部濾波
8.2.5電源平面和地平面的電容
8.2.6測量電源分配系統階躍響應的測試夾具
8.3一般情形的電源分配問題
8.3.1TTL-ECL混合系統中的隨機ECL錯誤
8.3.2分配線中的壓降過大
8.3.3插入電路板時的電源脈衝干擾
8.3.4電源分配線的EMI輻射
8.4選擇旁路電容
8.4.1電容的等效串聯電阻和引腳電感
8.4.2電容特性與封裝的關係
8.4.3表面貼裝的電容
8.4.4集成電路下面安裝的電容
8.4.5三種類型的電介質
8.4.6電壓等級和使用期限的安全容限

第9章連接器
9.1互感——連接器如何引起串擾
9.1.1估算串擾
9.1.2如何通過接地改變返回電流路徑
9.2串聯電感——連接器怎樣產生電磁干擾
9.3寄生電容——用在多支路總線上的連接器
9.3.1引腳到引腳的電容
9.3.2電路走線電容
9.3.3接收器和驅動器電容
9.3.4均勻間隔負載
9.3.5低速總線
9.4連接器中耦合的測量
9.4.1接地引腳和信號引腳
9.4.2脈衝發生器和源端阻抗
9.4.3傳輸線上的端接阻抗
9.4.4模擬接收線的源端阻抗
9.4.5匹配電阻
9.5連接器下地線的連續性
9.6採用外部連接解決EMI問題
9.6.1濾波
9.6.2屏蔽
9.6.3共模扼流圈
9.7高速應用的特殊連接器
9.7.1AMPZ型點對點連接器
9.7.2Augat點對點連接器
9.7.3Teradyne多支路總線連接器
9.8穿過連接器的差分信號
9.9連接器的電源管理特性

第10章扁平電纜254
10.1扁平電纜的信號傳播
10.1.1扁平電纜的頻率響應
10.1.2扁平電纜的上升時間
10.1.3測量上升時間
10.2扁平電纜的串擾
10.2.1串擾的基本計算
10.2.2多地的效果
10.2.3雙絞線的效果
10.2.4串擾的測量
10.2.5扁平電纜的堆疊
10.3扁平電纜連接器
10.3.1連接器的電感
10.3.2連接器的電容
10.3.3減少寄生效應的交錯連接
10.4扁平電纜的電磁干擾
10.4.1金屬箔纏繞
10.4.2單面屏蔽
10.4.3折疊（圓）屏蔽電纜

第11章時鐘分配
11.1定時裕量
11.2時鐘偏移
11.3使用低阻抗驅動器
11.4使用低阻抗的時鐘分配線
11.5多路時鐘線的源端端接
11.6控制時鐘線上的串擾
11.7延時的調整
11.7.1固定延時
11.7.2可調整延時
11.7.3自動可編程延時
11.8差分信號分配
11.9時鐘信號的佔空比
11.10消除時鐘中繼器的寄生電容
11.11時鐘總線上時鐘接收器的去耦

第12章時鍾振盪器
12.1使用罐裝的時鍾振盪器
12.1.1頻率指標
12.1.2允許的工作條件
12.1.3電氣特性
12.1.4機械結構
12.1.5生產問題
12.1.6可靠性
12.1.7控制與調整
12.2時鐘抖動
12.2.1時鐘抖動何時事關重大
12.2.2測量時鐘抖動
12.2.3測量電源的抗擾度
12.2.4時鐘源的電源濾波

附錄A記憶要點
附錄B計算上升時間
附錄CMathCad公式
參考書目
索引