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1.1 数字电路的高速化与印制电路板的实际情况1

1.1.1 高速CPU和存储器1

第1章 印制电路板的高速化与频率特性1

1.1.2 LSI的大规模化和存在的问题2

1.1.3 印制电路板的高速化2

1.2 印制电路板材料和高频率特性4

1.2.1 由基波频率及其谐波调制而成的数字信号4

1.2.2 电介质正切越小的电路板频率越高4

1.2.3 介电常数越小频率越高5

1.2.4 实际印制电路板的高频率特性6

1.2.5 在高频率情况下降低介电常数7

1.2.6 玻璃·环氧树脂电路板能够处理的最大频率8

【专栏】如何确定使用电路板的个数11

2.1 为什么使用多层印制电路板15

第2章 高速化多层印制电路板的灵活运用方法15

2.2 如何确定印制电路板的层数16

2.2.1 首先需要设定器件数的最小值16

2.2.2 印制电路板图形的设计规则和层数17

2.3 各层信号的作用18

2.3.1 4层电路板18

2.3.2 6层电路板20

2.3.3 8层电路板21

2.4 高速数字电路板的图形设计的基础知识23

2.4.1 图形设计和特性阻抗的变化23

2.4.2 信号层也需要betta ground25

2.4.3 使用低阻抗与接地相连25

2.4.4 布线不能弯曲成90°26

2.5.1 标准的形状29

2.5 焊接孔的形状和间隙29

2.5.2 设定合适的间隙30

2.6 多层印制电路板的构造和新的制造方法32

2.6.1 多层电路板的制造工艺32

2.6.2 合成多层电路板34

【专栏】掌握目前正在使用的印制电路板的材料39

第3章 时钟信号线的传输延迟的主要原因41

3.1 印制电路板上主要的延迟原因41

3.1.1 IC引起的延迟41

3.1.2 布线引起的延迟42

3.2 实际的高速IC的传输特性44

3.2.1 由实验来验证44

3.2.2 时钟驱动器开关特性的定义47

3.3.1 实验验证51

3.3 印制电路板的传输特性51

3.3.2 根据布线求延迟52

3.3.3 布线和IC的延迟时间53

第4章 高速数字电路板的实际信号波形55

4.1 高速传输时DIMM周围可能存在的问题56

4.1.1 系统中最高速的信号——时钟信号56

4.1.2 布线的电容器和电感56

4.1.3 DIMM周围的器件布局57

4.2 实际高速电路板的时钟信号波形58

4.2.1 DIMM周围的电路58

4.2.2 SDRAM的电气特性61

4.2.3 印制电路板各部分的实际测量的波形64

【专栏】一笔划的印制电路板图形真的好吗？67

5.1 真空中传输信号的速度69

5.1.1 真空中电荷的速度69

第5章 传输延迟和歪斜失真的处理69

5.1.2 真空中布线传输信号的速度70

5.1.3 介电常数与传输速度的关系70

5.2 印制电路板图形中传输信号的速度71

5.3 由布线产生的延迟和电路的操作安全系数73

5.3.1 总线缓冲器的传输特性和设计余量73

5.3.2 时钟驱动器的传输特性和设计余量75

5.4 布线之间传输时间差的处理方法76

5.4.1 基于印制电路板图形的处理方法76

5.4.2 电路上的处理方法76

第6章 高速缓冲器IC的种类与传输特性83

6.1 高速驱动器IC的电气特性84

6.1.1 驱动器IC的种类和特征84

6.1.2 AC特性的比较84

6.2.1 通用总线缓冲器74FCT244AT概述85

6.2 总线缓冲器的传输特性85

6.2.3 脉冲歪斜失真的测量方法86

【专栏】时钟驱动器的种类88

6.3 时钟驱动器的传输特性89

6.3.1 时钟驱动器74FCT3807A概述89

6.3.2 脉冲歪斜失真的测量89

6.4 PLL内置型时钟驱动器的传输特性91

6.4.1 PLL的基本操作91

6.4.2 PLL内置型时钟驱动器74FCT88915TT概述92

6.4.3 脉冲歪斜失真的测量94

6.4.4 输出频率的设定97

6.4.5 辐射噪声对策的利用98

7.1.2 旁路电容器相当于电气的储水槽101

7.1.1 从电源图形产生的噪声101

7.1 旁路电容器的操作101

第7章 旁路电容器的作用及其最佳容量101

7.1.3 旁路电容器两端电压的变化102

7.2 IC和旁路电容器之间流动的电流104

7.2.1 电容器的充放电电流104

【专栏】在高速数字电路板上活用的旁路电容器106

7.2.2 在输出段中流动的连通电流107

7.3 电容器容量值的计算实例110

7.3.1 例题电路110

7.3.2 电源电压下降到0.1V以下时的旁路电容110

7.4 适合作旁路电容的电容器111

7.4.1 电容器的构造和频率特性111

7.4.2 良好的积层陶瓷电容器112

7.5.1 四种转换器IC的评价114

7.5 流向高速IC电源管脚的电流114

7.5.2 测量方法117

7.5.3 高速IC的电源电流的变化曲线比较陡117

7.6 IC等价内部电容容量的计算方法119

7.6.1 74LV04的等价内部电容119

7.6.2 74LVC04的等价内部电容120

7.7 旁路电容器的容量和电源的波动121

7.7.1 实验电路121

7.7.2 实际测量值与计算值的比较和观察122

7.8 旁路电容器的数量和辐射噪声的变化情况123

7.9 实际旁路电容器的正确安装位置125

7.9.1 检查时钟驱动器的内部电路125

7.9.2 制造商推荐的实际安装位置126

7.9.3 是旁路电容器优先，还是IC优先127

8.1 重视印制电路板图形的电感成分131

8.1.1 使用阻抗和电感来表征印制电路板图形131

第8章 布线电感的降低方法131

8.1.2 如果能够降低直流阻抗，那么问题就简单了132

【专栏】不要生搬硬套数据表中推荐的图形133

8.2 两种电感133

8.2.1 自感134

8.2.2 互感134

8.3 空气中的铜线产生的电感135

8.3.1 一根铜线产生的电感135

8.3.2 两根平行铜线产生的电感136

8.3.3 现场常见的错误地降低电感的方法137

8.4 印制电路板图形的形状和实际等效电感138

8.4.1 一根布线的印制电路板图形138

8.4.2 两根布线的印制电路板图形139

8.5.2 印制电路板图形所产生的感应电压140

8.5 印制电路板图形的电感和电压波动140

8.5.1 信号的频率和布线阻抗140

8.6 旁路电容器-电源管脚之间的距离和电源电压波动141

8.6.1 制作一块电路板进行实验141

【专栏】IBIS模型介绍142

8.6.2 测量的方法143

8.6.3 电源图形越长，电源电压波动越大145

8.7 实际等效电感和电源电压波动147

8.7.1 改变电源与接地图形之间的距离会发生什么情况147

8.7.2 将电源与接地之间就近布线148

8.8 电源和接地图形之间的距离以及辐射噪声149

8.8.1 用实验加以验证149

8.8.2 旁路电容器效果的确定151

8.8.3 回路面积和辐射噪声152

8.8.4 小结156

9.1 阻抗调整的定义157

9.1.1 如果比喻成“水”的话157

第9章 传输线路的阻抗调整方法157

9.1.2 如果考虑电气信号传输159

9.1.3 终端的基本知识（测试终端）159

9.2 衰减阻抗和终端阻抗的计算方法161

9.2.1 反射系数的计算方法161

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163

9.3 阻抗调整的效果164

9.3.1 制作一个模型电路板验证阻抗调整的效果164

【专栏】特性阻抗的计算工具165

9.3.2 衰减阻抗的数值不合适时的波形166

9.3.3 调整衰减阻抗的数值169

9.3.4 DIMM时钟管脚的位置和信号波形171

10.1.1 图形的阻抗由于场所的不同而全然不同177

第10章 印制电路板图形的阻抗设计177

10.1 印制电路板图形的阻抗变化和反射177

10.1.2 采用模拟方法来观察阻抗的变化178

10.2 各种传输线路和特性阻抗180

10.2.1 窄条线路180

10.2.2 单面窄条线路181

10.2.3 条状线路182

10.2.4 共平面线路182

10.3 总线信号的布线之间存在的歪斜失真问题185

10.3.1 总线布线时存在的歪斜失真问题185

10.3.2 负载的数量越多，信号的传输速度越慢186

10.3.3 总线上信号传输的情况186

10.4 布线构造与传输速度／特性阻抗／信号波形之间的关系190

10.4.1 信号在1ns内能够前进多远190

10.4.2 调整窄条线路的传输速度191

10.4.3 共平面线路的传输速度192

10.5 两根布线传输电流的方向和阻抗变化195

10.5.1 印制电路板图形的阻抗经常处于变化之中195

10.5.2 相同相位和相反相位的传输波形是不同的196

第11章 不产生噪声的高速电路设计199

11.1 深刻理解时钟信号波形199

11.1.1 时钟信号由正弦波及其谐波构成199

11.1.2 从波形中得出频率特性200

11.1.3 阶梯波形的谐波的光谱202

11.2 所谓理想的时钟波形是什么样的呢204

11.2.1 需要注意驱动电流比较大的缓冲器IC204

11.2.2 驱动器的驱动能力与时钟波形205

【专栏】逻辑IC的低电压化和噪声级别210

11.3.2 磁场211

11.3.1 辐射噪声本身为电磁场211

11.3 来自于印制电路板的辐射噪声本身的情况211

11.3.3 电场212

11.3.4 电场与磁场的关系213

11.4 在导线中流过的电流和辐射噪声的动作214

11.4.1 来自干导线的电磁波辐射的结构214

11.4.2 电流线路与辐射噪声215

11.5 辐射噪声的计算实例217

11.5.1 缓冲器输出的布线阻抗的计算方法218

11.5.2 由阻抗图和电压光谱计算电流值的方法219

11.5.3 辐射噪声的计算方法220

11.6 缓冲器IC的操作速度与辐射噪声的级别221

11.6.1 IC的操作速度越快，噪声越大222

11.6.2 超高速时钟驱动器的辐射噪声222

12.1.1 缩小循环回路的面积227

12.1 来自电路板的辐射噪声的原因和对策227

第12章 不产生噪声的印制电路板设计227

12.1.2 降低噪声的关键是抑制公共模式电流228

12.2 循环线路产生的辐射噪声229

12.2.1 循环回路的大小和辐射噪声229

12.2.2 在模拟器上观测的印制电路板上的噪声的操作234

12.3 betta ground能够起到降低噪声的效果236

12.3.1 采用实验进行验证236

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10～20dB236

12.3.3 根据计算得到的辐射级别的精度236

12.4 距印制电路板一定距离上的电场强度239

12.4.1 在窄条线路上流动的电流的计算方法239

12.4.2 距离电路板3m远的位置上的电场强度的计算方法239

12.4.3 窄条线路的电流分布240

12.5 实际电路板元器件的布局与辐射噪声241

12.5.1 元器件布局变更之前的噪声模拟情况242

12.5.2 元器件布局变更之后的噪声模拟情况243

12.5.3 测量实际电路板的辐射噪声243

12.6 削减浪费的衰减阻抗245

12.6.1 如果布线比波长充分短则不需要阻抗245

12.6.2 使用模拟器发现不需要的阻抗245

12.7 电路板的厚度和辐射噪声247

12.7.1 多层电路板的构造和电源与接地的阻抗247

12.7.2 电路板越薄，噪声越小247

【专栏】集中常数和分布常数248

12.8 旁路电容器的位置及其附近磁场的变化250

12.8.1 电路板附近磁场的测量方法250

12.8.2 旁路电容器及其附近磁场的变化254

12.8.3 旁路电容器位置不同而引起的附近磁场的变化255

参考文献257