高速電路設計實踐

目 錄
第1章 概述 1
1.1 低速設計和高速設計的例子 1
【案例1-1】 簡化的存儲電路模塊 1
1.1.1 低速設計 1
1.1.2 高速設計 2
1.2 如何區分高速和低速 3
1.3 硬件設計流程 5
1.3.1 需求分析 6
1.3.2 概要設計 7
1.3.3 詳細設計 7
1.3.4 調試 9
1.3.5 測試 9
1.3.6 轉產 10
1.4 原理圖設計 11
第2章 高速電路中的電阻、電容、電感和磁珠的選型及應用 13
2.1 電阻的應用 13
2.1.1 與電阻相關的經典案例 13
【案例2-1】 串聯電阻過大，導致板間告警失敗 13
【案例2-2】 電阻額定功率不夠造成的單板潛在缺陷 14
【案例2-3】 電阻在時序設計中的妙用 15
2.1.2 電阻應用要點 16
2.2 電容的選型及應用 17
2.2.1 與電容相關的經典案例 17
【案例2-4】 電容失效導致低溫下硬盤停止工作 17
【案例2-5】 多次帶電插拔子板導致母板上鉭電容損壞 18
【案例2-6】 高速電路中電容應用問題導致CPU工作不穩定 18
2.2.2 高速電路設計中電容的作用及分析 19
【案例2-7】 交流耦合電容選擇不當引起數據幀出錯 20
【案例2-8】 利用0612封裝的電容增強濾波性能 21
【案例2-9】 LDO電源應用中的濾波電容ESR問題 22
【案例2-10】 高頻電路中1?F +0.01?F是否能展寬低阻抗頻帶 24
2.2.3 高速電路設計常用電容及其應用要點 26
【案例2-11】 陶瓷電容選型錯誤導致單板丟數據包 27
【案例2-12】 根據電路要求進行鉭電容選型 29
2.2.4 去耦電容和旁路電容 31
2.3 電感的選型及應用 32
2.3.1 與電感相關的經典案例 32
【案例2-13】 LC低通濾波導致輸出電源電壓紋波偏大 32
【案例2-14】 大電流通路PI型濾波造成電壓衰減 33
2.3.2 高速電路設計中電感的作用 35
2.3.3 高速電路設計常用電感及其應用要點 36
2.4 磁珠的選型及應用 39
2.4.1 磁珠的濾波機理 39
2.4.2 高速電路設計中磁珠的選型及其應用要點 40
【案例2-15】 誤用磁珠造成過流保護電路失效 41
2.4.3 磁珠和電感的比較 42
第3章 高速電路中的邏輯器件選型及高速邏輯電平應用 44
3.1 與邏輯器件相關的經典案例 44
【案例3-1】 邏輯器件輸入端上拉太弱造成帶電插拔監測功能失效 44
3.2 邏輯器件應用要點 47
3.2.1 邏輯器件概要 47
【案例3-2】 邏輯器件驅動能力過強造成信號振鈴 51
【案例3-3】 同一型號邏輯器件的差異性造成PHY配置錯誤 51
3.2.2 邏輯器件參數介紹 52
3.2.3 邏輯器件功耗計算 60
3.2.4 邏輯器件熱插拔功能介紹 62
3.2.5 邏輯器件使用中註意事項的總結 68
3.3 高速邏輯電平應用 68
3.3.1 高速邏輯電平概述 68
【案例3-4】 差分對走線附近信號分佈不均衡造成電磁輻射 70
3.3.2 LVDS邏輯電平介紹及其應用要點 71
【案例3-5】 空閑輸入引腳處理有誤導致FPGA檢測到錯誤輸入 73
3.3.3 LVPECL邏輯電平介紹及其應用要點 75
3.3.4 CML邏輯電平介紹及其應用要點 77
3.3.5 高速邏輯電平的比較 78
3.3.6 高速邏輯電平的互連及其應用要點 78
第4章 高速電路中的電源設計 87
4.1 與電源相關的經典案例 87
【案例4-1】 LDO輸出電源電平低於設置值 87
【案例4-2】 電源芯片欠壓保護電路導致上電時序不滿足設計的要求 88
【案例4-3】 多電源模塊並聯工作時的均壓措施 89
4.2 高速電路設計的電源架構 90
4.2.1 集中式電源架構 90
4.2.2 分佈式電源架構 90
4.3 高速電路電源分類及其應用要點 91
4.3.1 LDO電源介紹及其應用要點 92
【案例4-4】 計算LDO工作時的結溫 95
【案例4-5】 SENSE功能導致電源芯片輸出電壓不穩定 97
4.3.2 DC/DC電源介紹及其應用要點 100
【案例4-6】 計算柵極電流 105
【案例4-7】 MOSFET同時導通導致MOSFET損壞 108
【案例4-8】 ?48V緩啟電路中MOSFET燒壞 111
【案例4-9】 基於ADM1066對多路電源實現監控 114
【案例4-10】 基於LTC1422實現上電速度的控制 115
【案例4-11】 基於電源芯片實現上電速度的控制 115
【案例4-12】 基於RC阻容電路實現延時功能 116
【案例4-13】 上電電流過大引起電感嘯叫 116
【案例4-14】 輸入電源上電過緩造成輸出電源上電波形不單調 117
4.3.3 電源管理 124
4.3.4 保險管的選型及應用 124
【案例4-15】 熱插拔單板的保險管選型 126
第5章 高速電路中的時序設計 127
5.1 時序設計概述 127
5.2 時序參數介紹 127
5.3 源同步系統時序設計 129
5.3.1 源同步系統時序設計原理 129
5.3.2 源同步系統時序設計範例一 131
5.3.3 源同步系統時序設計範例二 134
5.4 共同時鐘系統時序設計 136
5.5 源同步系統與共同時鐘系統的比較 137
第6章 高速電路中的復位、時鐘設計 139
6.1 復位電路設計 139
6.1.1 與復位電路相關的經典案例 139
【案例6-1】 主控板無法通過PCI-X總線查詢到接口板 139
6.1.2 復位設計介紹及其應用要點 141
【案例6-2】 存儲模塊讀取的錯誤 141
6.1.3 專用復位芯片的使用 142
6.2 時鐘電路設計 145
6.2.1 與時鐘電路相關的經典案例 145
【案例6-3】 系統時鐘偏快的問題 145
【案例6-4】 PHY寄存器無法讀取的問題 147
【案例6-5】 高溫流量測試丟包問題 148
6.2.2 晶體、晶振介紹及其應用要點 150
【案例6-6】 利用首個時鐘沿啟動組合邏輯導致CPU工作不穩定 153
6.2.3 鎖相環及其應用 157
【案例6-7】 兩級鎖相環的應用導致MPC8280的PCI時鐘失鎖 162
6.2.4 時鐘抖動與相位噪聲 164
第7章 高速電路中的存儲器應用與設計 172
7.1 與存儲器相關的經典案例 172
【案例7-1】 時序裕量不足導致存儲器測試出錯 172
7.2 常用存儲器介紹及其應用要點 174
7.2.1 存儲器概述 174
7.2.2 SDRAM介紹及其應用要點 176
7.2.3 DDR SDRAM介紹及其應用要點 188
【案例7-2】 DLL缺陷造成DDR SDRAM時序出錯 192
【案例7-3】 VREF不穩定造成存儲器讀寫操作出錯 198
7.2.4 DDR2 SDRAM介紹及其應用要點 203
【案例7-4】 CPU存儲系統不識別8位內存條的問題 211
7.2.5 SRAM介紹及其應用要點 212
【案例7-5】 片選處理不當導致SRAM數據丟失 214
7.2.6 FLASH與EEPROM介紹 227
【案例7-6】 熱插拔導致單板FLASH損壞 227
【案例7-7】 讀取百兆光模塊信息出錯 231
第8章 高速電路中的PCB及其完整性設計 232
8.1 與PCB及完整性設計相關的經典案例 232
【案例8-1】 迴流路徑缺陷對高速信號質量的影響 232
8.2 PCB層疊結構與阻抗計算 234
8.2.1 Core和PP 234
8.2.2 PCB的層疊結構和阻抗設計 234
8.3 高速電路PCB設計要點 241
8.3.1 PCB設計與信號完整性 241
【案例8-2】 傳輸線的判斷 241
【案例8-3】 反射的計算 242
【案例8-4】 DDR SDRAM設計時，終端電阻RTT布放位置的選擇 244
【案例8-5】 大驅動電流信號對高速數據信號的串擾 250
【案例8-6】 高速接口器件批次更換造成輻射超標 252
【案例8-7】 TCK信號出現回溝導致無法通過JTAG接口對CPLD進行加載 256
8.3.2 PCB設計與電源完整性 257
8.3.3 PCB設計中的EMC 260
【案例8-8】 網口指示燈信號線引發的輻射問題 264
【案例8-9】 接口芯片與時鐘驅動器共享電源，導致輻射超標 266
8.3.4 PCB設計中的ESD防護 267
【案例8-10】 TVS管布放位置不合理導致靜電放電測試失敗 268
【案例8-11】 GND和HV_GND混用導致電源控制電路失效 270
8.3.5 PCB設計與結構、易用性 272
【案例8-12】 網口指示燈排列順序出錯 273
【案例8-13】 網口連接器堆疊方式與易插拔特性 273
8.3.6 PCB設計與散熱 274
8.3.7 PCB設計與可測試性 275
參考文獻 279