![高速数字系统设计：互连理论和设计实践手册[图书]](http://images.china-pub.com/ebook25001-30000/26449/zcover.jpg)
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基本信息
- 原书名：High-Speed Digital System Design: A Handbook of Interconnect Theory and Design Practices
- 原出版社： John Wiley & Sons,Inc.
编辑推荐
数字系统设计员必须面对当今微处理器运行速度不断增加所带来的挑战，因此，理解高速互连现象是不可或缺的。本书基于硬件平台，将从基本的传输线理论到数字时序分析，再到高速测量技术等概念，逐一为读者进行高速数字系统设计说明并将通俗易懂的原理解释与大量实用问题解决方案结合起来，为当前的数字系统设计技术提供实践指导。本书由3位Intel高级工程师编写，详细解释常被忽略的有关数字总线上高频效应的主题，介绍多种成熟技术和应用实例。
本书特点
●从数字角度详细介绍基本传输线理论。
●理论层面的理解有助于读者摆脱当前实践应用的局限，进而能够解决本书中未涉及的问题。
●书中理论适用于任何高速数字系统。
●书中涵盖的所有方法都已经应用于实际数字产品，且这些产品的大批量生产和销售已经获得成功。
内容简介
作译者
Stephen H. Hall 俄勒冈州波特兰市Intel公司高级设计工程师。
Garrett W. Hall Intel公司硅片系统工程师。
James A. McCall Intel公司高级设计工程师。
Garrett W. Hall Intel公司硅片系统工程师。
James A. McCall Intel公司高级设计工程师。
目录
第1章 互连设计的重要性
1.1 基础
1.2 过去和未来
第2章 理想传输线基本原理
2.1 PCB或MCM上的传输线结构
2.2 波的传播
2.3 传输线参数
2.4 发送初始波和传输线反射
2.5 补充示例
第3章 串扰
3.1 互感和互容
3.2 电感矩阵和电容矩阵
3.3 场仿真器
3.4 串扰感应噪声
3.5 用等效电路模型仿真串扰
3.6 串扰感应延迟时间和信号完整性变化
3.7 串扰引起的阻抗变化
3.8 奇、偶模传输线对的匹配
3.9 串扰最小化设计
3.10 补充示例
1.1 基础
1.2 过去和未来
第2章 理想传输线基本原理
2.1 PCB或MCM上的传输线结构
2.2 波的传播
2.3 传输线参数
2.4 发送初始波和传输线反射
2.5 补充示例
第3章 串扰
3.1 互感和互容
3.2 电感矩阵和电容矩阵
3.3 场仿真器
3.4 串扰感应噪声
3.5 用等效电路模型仿真串扰
3.6 串扰感应延迟时间和信号完整性变化
3.7 串扰引起的阻抗变化
3.8 奇、偶模传输线对的匹配
3.9 串扰最小化设计
3.10 补充示例
译者序
近年来，数字技术的发展日新月异。在20世纪90年代初，几十兆主频的x86还是新鲜事物，而到如今，频率高达3GHz的CPU也只不过是个人电脑的标准配置。在数字信号领域常用的DSP芯片，其主频从数十MHz上升到现在的1GHz，也只用了20年。而在数字产品的生产中，20年前的制造工艺还是微米量级，现在已然步入90纳米工艺。
可见在当今的数字设计中，芯片的处理速度越来越快，面积越来越小，密度却越来越大。这在为用户带来方便的同时，也给数字设计者提出了巨大的挑战。以前低速设计中可行的方法，到高速设计中就变得步履维艰、寸步难行；理论上应该是正确的，但在实践中就是行不通；经历了千辛万苦、反复测试与验证，硬件板总算调通了，但好像是碰运气摸索出来的；调通之后，在大多数情况下可以正常工作，但偶尔还是会出现异常情况。国内同行有上述经历的，应该不在少数吧。
此外，目前国内大学院校的本科教学中，普遍以理论为主，许多实验设备还停留在模拟和低速的阶段。理论基础固然重要，但电路设计最终还是要面向市场、面向应用。因此，对于电子专业的学生，在掌握了基本的电磁理论和电路理论之后，还应该了解当今的高速数字系统设计技术。
本书是高速数字设计从入门到精通的最佳参考书之一。全书着眼于“高速”和“实用”，只介绍必要的理论知识，跳过了繁琐的公式推导，简明易懂。对于高速设计中必须解决的关键问题，如串扰、非理想效应、信号完整性、数字时序、辐射问题等，作者则是不吝词藻，详细加以阐述；对于实用的经验方法，书中更是用方框将其醒目地标注出来，方便读者使用。
本书提供了一整套实用的高速设计流程，从最初的时序表到流片，可谓巨细靡遗。另外，还给出了高速设计中的高精确测量方法。这些内容中，许多实例是作者亲自遇到的问题，其解决方案对工程设计实践具有重要的指导意义。
翻译过程是艰苦的，但其中也不乏动力——书中丰富的知识和精辟的论述，常常使译者叹为观止。译者诚恳地将本书介绍给大家，希望能对国内的同行有所帮助。
本书主要由伍微翻译，参与本书翻译的还有王瑛、向为、汪东、肖枫涛、孙书维、陈宝民、宋新、曹亚菲、刘明政、董亚卓、杨定新、李宝峰、肖国尊等人。Be Flying工作室负责人肖国尊负责在翻译过程中进行相关的协调工作，控制全书翻译质量及进度。此外，还要感谢同事和家人对翻译工作的鼓励与包容，正是由于他们的鼓励和包容，我们才能够完成全书的翻译工作。
敬请各位读者就本书提供反馈意见，我们希望通过读者的意见来了解自己的不足，以求在今后译作中更多地和更切实际地考虑读者的需要。读者可以将意见发送到beflying@sohucom。
译者
2005年3月
可见在当今的数字设计中，芯片的处理速度越来越快，面积越来越小，密度却越来越大。这在为用户带来方便的同时，也给数字设计者提出了巨大的挑战。以前低速设计中可行的方法，到高速设计中就变得步履维艰、寸步难行；理论上应该是正确的，但在实践中就是行不通；经历了千辛万苦、反复测试与验证，硬件板总算调通了，但好像是碰运气摸索出来的；调通之后，在大多数情况下可以正常工作，但偶尔还是会出现异常情况。国内同行有上述经历的，应该不在少数吧。
此外，目前国内大学院校的本科教学中，普遍以理论为主，许多实验设备还停留在模拟和低速的阶段。理论基础固然重要，但电路设计最终还是要面向市场、面向应用。因此，对于电子专业的学生，在掌握了基本的电磁理论和电路理论之后，还应该了解当今的高速数字系统设计技术。
本书是高速数字设计从入门到精通的最佳参考书之一。全书着眼于“高速”和“实用”，只介绍必要的理论知识，跳过了繁琐的公式推导，简明易懂。对于高速设计中必须解决的关键问题，如串扰、非理想效应、信号完整性、数字时序、辐射问题等，作者则是不吝词藻，详细加以阐述；对于实用的经验方法，书中更是用方框将其醒目地标注出来，方便读者使用。
本书提供了一整套实用的高速设计流程，从最初的时序表到流片，可谓巨细靡遗。另外，还给出了高速设计中的高精确测量方法。这些内容中，许多实例是作者亲自遇到的问题，其解决方案对工程设计实践具有重要的指导意义。
翻译过程是艰苦的，但其中也不乏动力——书中丰富的知识和精辟的论述，常常使译者叹为观止。译者诚恳地将本书介绍给大家，希望能对国内的同行有所帮助。
本书主要由伍微翻译，参与本书翻译的还有王瑛、向为、汪东、肖枫涛、孙书维、陈宝民、宋新、曹亚菲、刘明政、董亚卓、杨定新、李宝峰、肖国尊等人。Be Flying工作室负责人肖国尊负责在翻译过程中进行相关的协调工作，控制全书翻译质量及进度。此外，还要感谢同事和家人对翻译工作的鼓励与包容，正是由于他们的鼓励和包容，我们才能够完成全书的翻译工作。
敬请各位读者就本书提供反馈意见，我们希望通过读者的意见来了解自己的不足，以求在今后译作中更多地和更切实际地考虑读者的需要。读者可以将意见发送到beflying@sohucom。
译者
2005年3月
前言
本书基于硬件平台层次，介绍了现代高速数字系统设计所必需的实践方面和理论方面的知识。从基本的传输线理论到数字时序分析，再到高速测量技术及其他内容——这些必备的概念，本书将逐一为读者进行说明。这样做，可以在理论和实践应用之间达到特定的平衡，不仅便于读者理解问题的本质，而且为解决问题提供了实践指导。理论层的理解有助于读者摆脱当前实践应用的局限，进而能够解决本书中没有涉及的问题。书中的许多内容，在过去的数字设计中并非必需，但现在这些内容却是必不可少的。而标准的大学课程中，一般不涉及本书中的绝大部分内容，而且大学课程不会专门针对数字设计领域，尽管有证据说数字设计是电气工程中最重要的产业之一。
本书重点在于设计可大批量生产的稳健的高速数字产品，比如计算机系统（设计时需要特别考虑计算机总线）。不过，书中的理论对于任何高速数字系统都是适用的。书中涵盖的所有方法，都已经在工业中应用于实际数字产品，且这些产品的大批量生产和销售已经获得成功。
已经完成基础电磁课程或微波设计课程的工程师、研究生以及本科学生，由于已具有相应的知识储备，所以容易完全理解本书中的理论。另一方面，若仅在实践层应用本书中的公式，则只需有基本的电路理论背景就可以了。
第1章解释了为什么理解书中所讲授的课程是重要的（作者是Garrett Hall）。
第2章介绍了基本传输线理论和专用于数字技术的术语。该章为后续章奠定了基础（作者是 Stephen Hall）。
第3章和第4章介绍了串扰效应，解释了串扰效应与数字时序之间的关系，并研究了非理想传输线效应（作者是Stephen Hall）。
第5章解释了芯片封装、过孔、连接器和影响数字系统性能的其他方面的作用（作者是Stephen Hall）。
第6章解释了诸如同步开关噪声和非理想返回电流通路失真等难以理解的效应。如果不合理解决，这些效应可导致数字设计失效（作者是Stephen Hall）。
第7章讨论了输出缓冲器建模的不同方法。输出缓冲器用于将数字信号驱动到总线上（作者是Garrett Hall）。
第8章详细解释了系统级数字时序的若干方法。本章中描述了不同时序方案背后的理论，并将这些方案与书中的高速数字效应联系起来（作者是Stephen Hall）。
第9章提出了设计中可能遇到的最严峻的挑战之一：如何处理对系统有影响的大量变量，以及如何减少变量以方便管理。该章还解释了如何将一个难以解决的问题转化为易于解决的问题，并介绍了一种专门的设计方法学，用于生产高性能数字产品（作者是Stephen Hall）。
第10章内容的主题是辐射。辐射问题是一个让系统设计者很头疼的问题，这是因为，经常在系统原型建立完毕之后，才能发现辐射问题，此时改动代价高昂，时间也很有限（作者是Garrett Hall）。
第11章介绍了在高速数字系统中进行精确测量的实用技术（作者是James McCall）。
致谢
许多同仁为本书做出了直接或间接的贡献。我们非常有幸结识了这些优秀的工程师和杰出的同事。其中，为本书提供了巨大帮助的有：
Intel公司的Maynard Falconer博士
Mayo Foundation公司专用处理器开发小组的Mike Degerstrom
Intel公司的Jason Mix博士
PHI公司的Dorothy Hall
我们也要谢谢下列朋友。他们长期通力合作，确实对本书的出版起到了重要作用，在此对他们表示感谢：
本书重点在于设计可大批量生产的稳健的高速数字产品，比如计算机系统（设计时需要特别考虑计算机总线）。不过，书中的理论对于任何高速数字系统都是适用的。书中涵盖的所有方法，都已经在工业中应用于实际数字产品，且这些产品的大批量生产和销售已经获得成功。
已经完成基础电磁课程或微波设计课程的工程师、研究生以及本科学生，由于已具有相应的知识储备，所以容易完全理解本书中的理论。另一方面，若仅在实践层应用本书中的公式，则只需有基本的电路理论背景就可以了。
第1章解释了为什么理解书中所讲授的课程是重要的（作者是Garrett Hall）。
第2章介绍了基本传输线理论和专用于数字技术的术语。该章为后续章奠定了基础（作者是 Stephen Hall）。
第3章和第4章介绍了串扰效应，解释了串扰效应与数字时序之间的关系，并研究了非理想传输线效应（作者是Stephen Hall）。
第5章解释了芯片封装、过孔、连接器和影响数字系统性能的其他方面的作用（作者是Stephen Hall）。
第6章解释了诸如同步开关噪声和非理想返回电流通路失真等难以理解的效应。如果不合理解决，这些效应可导致数字设计失效（作者是Stephen Hall）。
第7章讨论了输出缓冲器建模的不同方法。输出缓冲器用于将数字信号驱动到总线上（作者是Garrett Hall）。
第8章详细解释了系统级数字时序的若干方法。本章中描述了不同时序方案背后的理论，并将这些方案与书中的高速数字效应联系起来（作者是Stephen Hall）。
第9章提出了设计中可能遇到的最严峻的挑战之一：如何处理对系统有影响的大量变量，以及如何减少变量以方便管理。该章还解释了如何将一个难以解决的问题转化为易于解决的问题，并介绍了一种专门的设计方法学，用于生产高性能数字产品（作者是Stephen Hall）。
第10章内容的主题是辐射。辐射问题是一个让系统设计者很头疼的问题，这是因为，经常在系统原型建立完毕之后，才能发现辐射问题，此时改动代价高昂，时间也很有限（作者是Garrett Hall）。
第11章介绍了在高速数字系统中进行精确测量的实用技术（作者是James McCall）。
致谢
许多同仁为本书做出了直接或间接的贡献。我们非常有幸结识了这些优秀的工程师和杰出的同事。其中，为本书提供了巨大帮助的有：
Intel公司的Maynard Falconer博士
Mayo Foundation公司专用处理器开发小组的Mike Degerstrom
Intel公司的Jason Mix博士
PHI公司的Dorothy Hall
我们也要谢谢下列朋友。他们长期通力合作，确实对本书的出版起到了重要作用，在此对他们表示感谢：
