高速信号传输

2.2.3 阻抗ZC与参数R、L、G、C的关系 28
2.2.4 传播常数γ 30
2.2.5 传播常数γ与参数R、L、G、C的关系 31
2.3 理想传输线 32
2.4 直流电阻 36
2.5 直流电导 38
2.6 趋肤效应 38
2.6.1 趋肤效应的产生 38
2.6.2 导体内的涡流 40
2.6.3 串联电阻的高低频近似 41
2.7 趋肤效应电感 43
2.8 内阻抗的计算 43
2.8.1 内阻抗的实际模型 46
2.8.2 矩形截面导体 47
2.9 趋肤效应的同心环模型 48
2.9.1 趋肤效应模型 49
2.9.2 关于趋肤效应模型的讨论 50
2.10 邻近效应 51
2.10.1 邻近因子 52
2.10.2 同轴电缆的邻近效应 54
2.10.3 微带线与带状线电路的邻近效应 54
2.10.4 邻近效应总结 54
2.11 表面粗糙效应 57
2.11.1 表面粗糙产生的严重后果 57
2.11.2 粗糙效应的起始频率 58
2.11.3 PCB材料的粗糙度 59
2.11.4 控制粗糙度的方法 59
2.12 电介质效应 60
2.12.1 介质损耗角正切 63
2.12.2 混合物的介电常数 63
2.12.3 混合物的损耗角正切 64
2.12.4 填充因子未知时损耗角正切的计算 66
2.12.5 因果性与网络函数的关系 66
2.12.6 根据测得的损耗角正切计算

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　　差分信号传输
　　边缘耦合差分对与宽边耦合差分对
　　弯折的影响
　　线对间斜变
　　差分引线的几何阻抗
　　串扰
　　辐射
　　
　　柜间连接
　　同轴电缆
　　双绞线电缆
　　光纤
　　均衡器
　　LAN 常用的建筑布线
　　
　　时钟分布
　　对时钟的特殊要求
　　时钟重复器
　　多站时钟分布
　　时钟抖动
　　时钟源的功率过滤
　　
　　仿真
　　频域仿真方法
　　Spice和IBIS的应用
　　
　　本书的组织方式
　　本书的每一章都讨论与高速信号传输相关的一个特定主题，可以按照任意次序阅读。
　　第1章和第2章讨论各类传输线参数，包括趋肤效应、邻近效应、介质损耗及表面粗糙度的物理意义。
　　第3章推导出一个适用于所有导体媒质的通用频域响应模型。
　　第4章讨论如何从频域传递函数计算时域波形。
　　第5章到第11章讨论特殊传输媒质，包括单端PCB引线、差分媒质、通用的建筑布线标准、非屏蔽双绞线对、150 Ω屏蔽双绞线对、同轴电缆及光纤。
　　第12章讨论时钟分布的各种相关问题。
　　第13章讨论Spice和IBIS仿真方法的局限性。
　　
　　阅读本书需要的基础知识
　　了解线性系统的频域描述。未经过模拟电路原理正规培训的读者，仍然可以学会使用本书中的公式和实例。系统学习了一年线性电路原理基础的读者，可以借助于本书进行更深层次的学习。
　　与已出版的《高速数字设计》一书的关系本书与Prentice-Hall 公司1993 年出版的、由Johnson 和Graham合著的《高速数字设计》一书涉及的内容不同，可以同时或者独立使用。
　　前面出版的《高速数字设计》一书，广泛地讨论了高速中的一些现象，对印制线路板上存在的振铃、串扰、接地回弹、源噪声进行了分析，由于这些效应很容易理解和学习，所以主要偏重于基本电路结构。该书中，将芯片封装、示波器探头及功率系统视为高速数字产品。
　　而本书更专注于讨论速度和传输距离在上限附近的相关问题。当读者需要将信号传得更快和更远时，应该参考本书。
　　《高速数字设计》与《高速信号传输》一起构成高速数字技术人员的完整参考书。
　　那些已经熟悉我其他书籍的读者可能会发现本书的相似之处，那也是我一直尽力希望呈现出来的，即基于长期实践经验而来的实用性。
　　
　　致谢
　　有很多人曾经通过电子邮件或在我的研讨会上面对面花时间与我探讨高速信号传输问题。这些探讨激发了我对本书中这些内容进行研究，我也收集了其中的一部分作为本书中的内容，在此深表谢意。
　　下面这些朋友对本书中讨论的一些特殊概念和问题有贡献（按字母顺序排列）：Sal Aguinaga、James C. Bach、Eric V. Berger、Raymond Bullington、Doug Butler、Tim Canales、Bruce Carsten、Code Cubitt、Dave Cuthbert、Bill Daskalakis、Martin Graham、Paul Greene、Gary Griffin、Bob Haller、John Lehew、John Lin、Raymond P. Meixner、Craig Miller、Mitch Morey、Dan Nitzan、Bhavesh Patel、Dipak Patel、Jim Rautio、Ravi、Boris Shusterman、Kevin Slattery、Bob Stroupe、Bill Stutz和FabrizioZanella，感谢你们花时间进行了有益的探讨。
　　还要特别感谢那些自愿对本书各方面进行艰苦校读的人员，他们耐心的工作帮助发现了书中的很多错误，还提出了许多新的观点，让我进一步展开分析。这些工作无疑使本书更为有用。这些人员包括（按字母顺序排列）：Aquanet公司的Jacob Ben Ary、Easystreet公司的Greg Dermer、Lecroy公司的Steve Ems、Nortel公司的Alexandre Guterman、Juniper公司的Valery Kugel、牛津大学的Will Moore教授、Agilent公司的Jose Moreira、思科公司的Gopa Parameswaran、Mentor Graphics公司的Bob Ross、Nortel公司的Bert Simonovich、Cypress公司的Palani Subbiah，以及Nortel公司的Geoff Thompson。
　　Prentice-Hall公司的编辑Bernard Goodwin、Nicholas Radhuber和Carol J. Lallier在本书漫长的编撰过程中表现出了良好的职业水准，谢谢他们的耐心。
　　感谢我的助手Jennifer Epps 在本书编写与出版过程中高度的责任心和精益求精精神。
　　本书中所有的引文承蒙《EDN》杂志及《PC 设计》杂志的许可，前者是 Penton 媒体公司电子设计杂志分部Reed 商务信息的一本出版物，后者是UP 媒体集团的一本出版物。本文中在每一篇引用文章的开头都做了说明。
　　Graphics公司技术指导、EIA IBIS公开论坛前主持Bob Ross，为第13章中的IBIS建模撰写了的详细的未来发展分析。第12 章中关于减小发射辐射的内容由Bruce Archambeault 编写，我只是做了编辑。第5 章中许多过孔结构的电容仿真是由Ansoft 公司的Brad Cole 和Matt Hudale完成的。同时感谢思科公司的Gopa Parameswaran 对过孔电容进行的仿真，尽管本书的最终版本中未采用这些内容。2000 年10 月，Steve 和Robert 对我的牧场进行了访问，这次访问启发了我对非TEM传输模式的兴趣。Wideband公司的Roger Billings 是目前通过刺线绳传输数据的世界最快记录保持者（参见第2章）。
　　在Accelerant Networks 公司工作的Jeff Sonntag 第一个引起我注意到背板性能是如何随温度变化的（讨论见第5章），还要感谢同在Accelerant Networks 公司工作的Jim Tavacoli 为我提供了第3章中关于工作状态自适应均衡的清晰照片。
　　与Michael King、Ed Sayre和Doug Smith 进行的大量讨论使我受益良多。
　　我在加州伯克利的技术导师Martin Graham 博士在过去的20 年中始终给予我支持、鼓励和技术上的帮助，也是他首先指导我分析传输线衰减的一般特性及其随频率的变化。谢谢您，Martin。
　　感谢我妻子Liz对我的理解，感谢你照顾我生活的方方面面，使我有时间完成本书的工作。
　　本书中所有仍然存在的错误都是我造成的，与帮过我的人均无关。
　　Prentice-Hall 公司采纳本书中的内容，认为来源可靠。但Prentice-Hall 公司与作者都不保证这些内容完整精确，不对由此引起的失败、失误及损失负责。
　　
　　关于书中符号标度的说明
　　除了一些常用的印制电路板尺寸采用了英制单位外，本书均采用米作为长度单位。变量名和
　　通用函数名使用斜体。常数、计数及特殊的公认函数使用普通字体［如f(x)=1+sinx］，矩阵及
　　向量场量使用粗斜体。
　　
　　作者联系方式
　　无论是认为书中内容有问题，还是仅仅只想就传输线原理进行更为细致的讨论，读者都可以通过我的电子邮箱howiej@sigcon.com 找到住在华盛顿州Twisp小镇附近山上农场里的我。
　　如果读者想随时了解高速信号的最新进展，请访问我的网站www.sigcon.com。我在网站里放有许多关于高速数字现象的文章以及我公共讲座的日程，而且我还在不断更新。如果读者希望读到更多关于信号完整性的论题，请签名索要我的简报。 此外，网页上有本书的勘误表。
　　Howard Johnson 博士：1993 年于Prentice-Hall 公司出版《高速数字设计》；1996 年于Prentice-Hall 公司《快速以太网：互联网的曙光》，并担任《EDN》杂志“信号完整性”专栏作者。
　　他经常在牛津大学及世界各地组织数字工程师专题研讨。