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第1章 绪论1

1.1 高速数字电路与信号完整性的定义2

1.1.1 高速数字电路的定义2

1.1.2 信号完整性的定义4

1.2 高速数字电路设计研究的内容5

1.2.1 高速逻辑电路5

1.2.2 信号完整性6

1.2.3 电磁兼容7

1.2.4 电源完整性8

1.2.5 高速仿真模型8

1.3 高速数字电路的设计流程9

1.3.1 传统的数字电路设计流程9

1.3.2 基于信号完整性分析的高速数字电路设计方法10

1.4 高速数字电路仿真设计软件11

1.4.1 Apsim仿真软件包11

1.4.2 MentorGraphics公司的Hyperlynx仿真软件12

1.4.3 MentorGraphics公司的ICX3.0仿真软件12

1.4.4 CADENCE公司的SPECCTRAQuest仿真工具13

1.4.5 Ansoft公司的Swave仿真工具13

1.4.6 Zuken公司的Hot-Stage4工具13

1.5 高速数字电路的发展趋势14

第2章 高速信号完整性的基本理论15

2.1 基本电磁理论15

2.1.1 麦克斯韦方程组15

2.1.2 传输线理论16

2.1.3 匹配理论20

2.2 高速电路基础知识24

2.2.1 时间与频率、时域与频域24

2.2.2 时间和距离26

2.2.3 集总系统与分布系统27

2.2.4 带宽与上升时间27

2.2.5 四种电抗30

2.3 信号完整性的基本概念30

本章小节31

思考题32

第3章 高速逻辑电路分析33

3.1 高速TTL电路33

3.1.1 三极管的动态开关特性33

3.1.2 TTL基本电路的工作原理34

3.1.3 高速TTL的实现方式36

3.2 高速CMOS电路39

3.2.1 MOS管的开关特性39

3.2.2 CMOS基本电路39

3.2.3 CMOS电路的特性42

3.2.4 CMOS集成电路的特点42

3.2.5 CMOS电路输入/输出信号规则43

3.2.6 高速CMOS的实现方式43

3.2.7 CMOS电路的改进型44

3.2.8 如何选择TTL和CMOS器件46

3.3 ECL电路46

3.3.1 ECL器件原理及工作特性46

3.3.2 ECL发射极开路输出结构50

3.3.3 ECL电路的工作特点51

3.3.4 ECL电路中电容的影响53

3.3.5 ECL电路的设计原则53

3.3.6 PECL接口电路55

3.3.7 LVECL/PECL/LVPECL电路比较56

3.4 LVDS器件与电路57

3.4.1 LVDS器件简介57

3.4.2 LVDS器件的工作原理57

3.4.3 LVDS电路设计58

3.4.4 LVDS的特点59

3.4.5 LVDS的应用模式59

3.4.6 LVDS系统的设计59

3.5 高速逻辑电路使用规则60

3.5.1 高速TTL的使用规则60

3.5.2 高速CMOS的使用条件61

3.5.3 LVDS设计注意的几个问题61

本章小结62

思考题63

第4章 高速数字信号的反射分析64

4.1 信号反射的机理64

4.1.1 反射的基本概念64

4.1.2 网格图和线性负载反射66

4.1.3 Bergeron图和非线性负载反射67

4.1.4 欠载传输线68

4.1.5 过载传输线68

4.2 产生反射现象的因素69

4.2.1 上升时间对反射的影响70

4.2.2 串联传输线的反射影响70

4.2.3 短分支传输线的反射影响72

4.2.4 容性分支在传输线中间引起的反射影响72

4.2.5 拐角和通孔的影响74

4.2.6 载重线的反射影响75

4.2.7 电感性间断的影响76

4.3 抑制反射的一般方法79

4.3.1 单端端接技术80

4.3.2 多负载端接技术84

本章小结86

思考题86

第5章 高速信号的串扰分析87

5.1 串扰基本知识87

5.1.1 串扰的基本概念87

5.1.2 串扰的来源88

5.1.3 电感矩阵和电容矩阵88

5.1.4 均匀传输线的串扰89

5.2 串扰机理分析90

5.2.1 串扰引起的噪声90

5.2.2 容性耦合与感性耦合93

5.2.3 近端串扰与远端串扰95

5.2.4 传输模式与串扰97

5.3 串扰的仿真分析102

本章小结107

思考题108

第6章 高速信号的开关噪声分析109

6.1 同步开关噪声的概念109

6.1.1 SSN噪声及其影响109

6.1.2 地弹效应111

6.2 同步开关噪声分析112

6.2.1 同步开关噪声的理论分析112

6.2.2 同步开关噪声电路分析115

6.3 降低开关噪声的电路设计118

6.3.1 去耦电容的使用119

6.3.2 驱动电路的设计122

63.3 芯片封装125

6.4 降低开关噪声的板级措施128

6.4.1 板级抑制SSN措施的基本方法128

6.4.2 应用二维PBG结构抑制SSN130

6.5 降低开关噪声的其他措施132

本章小结133

思考题134

第7章 高速信号的时序分析135

7.1 时序系统135

7.1.1 公共时钟同步的时序分析135

7.1.2 源时钟同步的时序分析142

7.1.3 其他总线数据传输技术147

7.2 时钟器件148

7.2.1 时钟树148

7.2.2 时钟缓冲器151

7.2.3 时钟发生器156

7.3 时钟抖动157

7.3.1 时钟抖动的产生157

7.3.2 时钟抖动的应用159

7.3.3 时钟抖动的影响161

7.3.4 时钟抖动的测量161

7.3.5 时钟抖动的诊断和抑制163

本章小结164

思考题165

第8章 高速信号的EMC分析166

8.1 电磁兼容中的接地技术166

8.1.1 概述166

8.1.2 接地的种类166

8.1.3 接地方式167

8.1.4 模拟电路与数字电路的接地171

8.1.5 接地电阻172

8.1.6 地线的设计173

8.2 电磁兼容中的屏蔽技术173

8.2.1 概述173

8.2.2 屏蔽的分类174

8.2.3 电磁屏蔽的设计176

8.2.4 印制电路板中的屏蔽177

8.2.5 屏蔽的设计原则178

8.3 电磁兼容中的滤波技术178

8.3.1 概述178

8.3.2 滤波器简介178

8.3.3 电磁干扰EMI滤波器的基本概念180

8.3.4 EMI滤波器的使用方法182

8.3.5 两种常用的EMI滤波器184

8.4 PCB中的电磁兼容186

本章小结192

思考题193

第9章 高速信号的电源完整性分析194

9.1 电源完整性概述194

9.1.1 电源完整性的相关概念194

9.1.2 电源噪声的起因及危害194

9.2 电源分配系统设计196

9.2.1 电源分配系统的分类196

9.2.2 常用的两种电源分配方案198

9.2.3 电源分配系统的阻抗设计199

9.2.4 电容在电源分配系统中的应用201

9.2.5 电源/地平面对模型分析205

9.3 电路板中电源系统设计209

9.3.1 叠层对电源分配系统的影响209

9.3.2 几种典型的叠层方案分析212

9.3.3 PCB上电源分配系统设计规则213

9.3.4 设计实例215

本章小结217

思考题218

第10章 信号完整性仿真分析模型220

10.1 Spice仿真模型原理与建模方法220

10.1.1 Spice模型概主220

10.1.2 Spice的功能和特点220

10.1.3 Spice模型的建模方法和不足221

10.2 IBIS仿真模型原理与建模方法222

10.2.1 IBIS模型概述222

10.2.2 IBIS模型的结构223

10.2.3 IBIS模语法224

10.2.4 IBIS模型的建立231

10.2.5 IBIS模型的验证方法235

10.2.6 IBIS模型与信号完整性分析240

本章小结250

思考题250

第11章 高速电路的差分线设计252

11.1 差分线的基本概念252

11.1.1 差分信号的定义252

11.1.2 差分和共模253

11.1.3 奇模和偶模254

11.1.4 差分对和差分阻抗256

11.2 差分信号的阻抗分析与计算257

11.2.1 无耦合时的差分阻抗257

11.2.2 耦合时的差分阻抗258

11.2.3 返回电流分布对阻抗的影响262

11.2.4 差分阻抗的计算264

11.3 差分信号设计中存在的问题及其解决方案268

11.3.1 差分线的端接268

11.3.2 差分信号的错位与失真270

11.3.3 差分线的辐射干扰272

11.3.4 干扰线对差分信号的影响274

11.3.5 返回路径中的间隙275

11.3.6 紧密耦合与非紧密耦合的影响276

11.3.7 奇模状态与偶模状态的影响277

11.3.8 PCB中的差分走线原则280

本章小结284

思考题285

第12章 高速电路仿真设计实例286

12.1 仿真设计的可行性286

12.2 高速光纤收发模块仿真设计与分析287

12.2.1 SFP光收发模块的工作原理及设计要求287

12.2.2 SFP光收发模块的PCB设计与仿真分析288

12.2.3 SFP光收发模块的板级设计要求及板层设置289

12.2.4 SPF光收发模块布局的确定及仿真分析290

12.2.5 SFP光收发模块布线的仿真分析291

12.3 高速误码测试系统信号完整性仿真设计295

12.3.1 系统组成及工作原理295

12.3.2 PCB设计及信号完整性仿真分析299

12.4 FPGA实现高速误码测试的PCB仿真设计306

12.4.1 基于FPGA（FX100）的误码仪原理及硬件电路分析306

12.4.2 系统PCB设计及信号完整性仿真分析312

本章小结318

思考题319

参考文献320