PCB电流与信号完整性设计
Douglas Brooks， 曾获斯坦福大学电子与电气工程专业学士和硕士学位，华盛顿大学的博士学位。他有40余年的电子行业从业经验，涉及的职位小到空间项目的电路设计工程师，大到UltraCAD公司的总裁，这也是他自己的公司，在过去的20余年里，他一直在这家西北太平洋地区领先的PCB设计服务公司里担任总裁。 Brooks在职业生涯中发表了数百篇文章。在2003年，他还出版了《Signal Integrity Issues and Printed Circuit Board Design 》（Prentice Hall）一书。 Brooks在圣地亚哥州立大学任教过三年，还在华盛顿大学担任过一年的访问副教授。在过去超过15年的时间里，他在世界各地举办了大量有关PCB设计中信号完整性的研讨会。
《PCB电流与信号完整性设计》着重物理概念，避免复杂的数学推导，阐述了基本电路的电流源、电流造成的信号完整性问题，以及如何解决串扰和电磁干扰问题。主要内容包括：温度、PCB传输线、反射、耦合电流、功率分配、趋肤效应、介电损耗和通孔等，并给出了每个常见问题的实用设计方案。本书适合作为电子与通信工程及其相关专业的教材。对于从事集成电路设计、系统设计的工程技术人员来说也是一本很好的参考书。
出版者的话
译者序
前言
第一部分 电流的性质
第1章 电子和电荷 2
1.1 电子流 2
1.2 原子结构 3
1.3 绝缘体 4
1.4 电荷场 4
1.5 磁场 5
1.6 驱动电流的力 6
1.7 电压与电流 8
1.8 电流方向 9
1.9 半导体空穴流 9
第2章 基本的电流概念 11
2.1 电流类型 11
2.2 传播速度 16
2.3 电路的时序问题 18
2.4 电流的度量 20
2.5 测量技术 28
2.6 热、噪声和电流阈值 32
第3章 基本的电流定律 34
3.1 电流在回路中流动 34
3.2 回路中的电流处处恒定 34
3.3 欧姆定律 35
3.4 基尔霍夫第一定律 36
3.5 基尔霍夫第二定律 37
第二部分 基本电路中电流的流动
第4章 电阻电路 40
4.1 电阻率 40
4.2 电阻的电流和相位 41
4.3 串联电阻 42
4.4 并联电阻 42
4.5 功率和能量 43
4.6 电阻分压器 44
第5章 电抗电路：电容器和电容 46
5.1 电容的性质 46
5.2 电容的定义 46
5.3 电流“通过”电容器 47
5.4 AC电流“通过”电容器 47
5.5 位移电流 48
5.6 电容的欧姆定律 48
5.7 容抗与频率的关系图 49
5.8 电容的相移 49
5.9 电容器的组合形式 51
5.10 电容器功耗 52
5.11 电容公式 52
第6章 电抗电路：电感器和电感 53
6.1 电感的性质 53
6.2 电感的定义 54
6.3 DC电流“通过”电感器 55
6.4 AC电流“通过”电感器 55
6.5 电感的欧姆定律 56
6.6 感抗与频率的关系图 56
6.7 电感相移 57
6.8 电感器的组合形式 58
6.9 电感器功耗 59
6.10 电感的一般公式 59
6.11 趋肤效应 59
第7章 电抗电路：谐振 61
7.1 串联谐振 61
7.2 并联谐振 63
第8章 阻抗 65
8.1 阻抗的含义 65
8.2 阻抗的大小 65
8.3 阻抗相位 67
8.4 串联RLC电路示例 69
8.5 并联RLC电路示例 72
8.6 功率因数 74
8.7 谐振时的RLC电路 74
8.8 谐振点附近R的影响 75
8.9 阻抗的组合形式 76
第9章 实际元件和寄生效应 78
9.1 电阻器 78
9.2 电感器 78
9.3 电容器 79
9.4 元件间的耦合 79
9.5 自谐振 79
第10章 时间常数和滤波器 83
10.1 RC时间常数 83
10.2 L/R时间常数 86
10.3 RC滤波器 88
10.4 品质因数Q 91
第11章 变压器 93
11.1 磁场回顾 93
11.2 耦合效率—铁心 95
11.3 耦合效率—频率限制 95
11.4 耦合效应—匝数比 96
11.5 电流和阻抗比 97
11.6 变压器损失和效率 98
11.7 绕组极性：楞次定律 99
第12章 差分电流 100
12.1 概念 100
12.2 一些说明 101
12.3 差模和共模（奇模和偶模） 102
12.4 模式转移或转换 103
第13章 半导体 105
13.1 电子壳层回顾 105
13.2 半导体掺杂 105
13.3 半导体二极管结 106
13.4 齐纳二极管 107
13.5 通过二极管的电流 108
13.6 双极晶体管 109
13.7 场效应晶体管 110
第三部分 电压源和电流源
第14章 电压源和电流源 114
14.1 基本电压源和电流源 114
14.2 理想电压源和电流源 114
14.3 等效电路 114
第四部分 电路板上的电流
第15章 电流在电路板上的流动 118
15.1 信号电流 118
15.2 电源电流 118
15.3 返回电流 119
第16章 电流和走线温度 120
16.1 基本概念 120
16.2 历史背景 121
16.3 各种关系 122
16.4 熔断电流 123
第17章 电流反射 124
17.1 一个命题 124
17.2 基本问题 124
17.3 临界长度 125
17.4 传输线 126
17.5 终端 128
17.6 反射系数 129
17.7 耦合影响阻抗的方式 130
17.8 电流如何流动 134
17.9 差分电流如何流动 135
第18章 耦合电流/EMI/串扰 137
18.1 基本概念 137
18.2 天线 138
18.3 EMI 139
18.4 串扰 140
第19章 电流分布和旁路电容 147
19.1 问题的本质 147
19.2 传统方法 149
19.3 电源分布阻抗方法 150
19.4 采用哪种方法 155
第20章 随频率变化的电阻和有损传输线 157
20.1 趋肤效应 157
20.2 介质损耗 160
20.3 传输线损耗 161
第21章 电流和过孔 164
21.1 过孔功耗 164
21.2 过孔电感 165
21.3 过孔特征阻抗 166
21.4 过孔内的反射 167
21.5 盲孔和埋孔 169
第22章 电流和信号完整性 170
22.1 历史视角 170
22.2 PCB设计规则 171
22.3 差分走线设计规则 176
22.4 过孔设计规则 177
22.5 相信这些设计规则的原因 177
附录A 电流和麦克斯韦 179
附录B 眼图 181
附录C 电路板的消亡 183
^ 收 起
译者序
前言
第一部分 电流的性质
第1章 电子和电荷 2
1.1 电子流 2
1.2 原子结构 3
1.3 绝缘体 4
1.4 电荷场 4
1.5 磁场 5
1.6 驱动电流的力 6
1.7 电压与电流 8
1.8 电流方向 9
1.9 半导体空穴流 9
第2章 基本的电流概念 11
2.1 电流类型 11
2.2 传播速度 16
2.3 电路的时序问题 18
2.4 电流的度量 20
2.5 测量技术 28
2.6 热、噪声和电流阈值 32
第3章 基本的电流定律 34
3.1 电流在回路中流动 34
3.2 回路中的电流处处恒定 34
3.3 欧姆定律 35
3.4 基尔霍夫第一定律 36
3.5 基尔霍夫第二定律 37
第二部分 基本电路中电流的流动
第4章 电阻电路 40
4.1 电阻率 40
4.2 电阻的电流和相位 41
4.3 串联电阻 42
4.4 并联电阻 42
4.5 功率和能量 43
4.6 电阻分压器 44
第5章 电抗电路：电容器和电容 46
5.1 电容的性质 46
5.2 电容的定义 46
5.3 电流“通过”电容器 47
5.4 AC电流“通过”电容器 47
5.5 位移电流 48
5.6 电容的欧姆定律 48
5.7 容抗与频率的关系图 49
5.8 电容的相移 49
5.9 电容器的组合形式 51
5.10 电容器功耗 52
5.11 电容公式 52
第6章 电抗电路：电感器和电感 53
6.1 电感的性质 53
6.2 电感的定义 54
6.3 DC电流“通过”电感器 55
6.4 AC电流“通过”电感器 55
6.5 电感的欧姆定律 56
6.6 感抗与频率的关系图 56
6.7 电感相移 57
6.8 电感器的组合形式 58
6.9 电感器功耗 59
6.10 电感的一般公式 59
6.11 趋肤效应 59
第7章 电抗电路：谐振 61
7.1 串联谐振 61
7.2 并联谐振 63
第8章 阻抗 65
8.1 阻抗的含义 65
8.2 阻抗的大小 65
8.3 阻抗相位 67
8.4 串联RLC电路示例 69
8.5 并联RLC电路示例 72
8.6 功率因数 74
8.7 谐振时的RLC电路 74
8.8 谐振点附近R的影响 75
8.9 阻抗的组合形式 76
第9章 实际元件和寄生效应 78
9.1 电阻器 78
9.2 电感器 78
9.3 电容器 79
9.4 元件间的耦合 79
9.5 自谐振 79
第10章 时间常数和滤波器 83
10.1 RC时间常数 83
10.2 L/R时间常数 86
10.3 RC滤波器 88
10.4 品质因数Q 91
第11章 变压器 93
11.1 磁场回顾 93
11.2 耦合效率—铁心 95
11.3 耦合效率—频率限制 95
11.4 耦合效应—匝数比 96
11.5 电流和阻抗比 97
11.6 变压器损失和效率 98
11.7 绕组极性：楞次定律 99
第12章 差分电流 100
12.1 概念 100
12.2 一些说明 101
12.3 差模和共模（奇模和偶模） 102
12.4 模式转移或转换 103
第13章 半导体 105
13.1 电子壳层回顾 105
13.2 半导体掺杂 105
13.3 半导体二极管结 106
13.4 齐纳二极管 107
13.5 通过二极管的电流 108
13.6 双极晶体管 109
13.7 场效应晶体管 110
第三部分 电压源和电流源
第14章 电压源和电流源 114
14.1 基本电压源和电流源 114
14.2 理想电压源和电流源 114
14.3 等效电路 114
第四部分 电路板上的电流
第15章 电流在电路板上的流动 118
15.1 信号电流 118
15.2 电源电流 118
15.3 返回电流 119
第16章 电流和走线温度 120
16.1 基本概念 120
16.2 历史背景 121
16.3 各种关系 122
16.4 熔断电流 123
第17章 电流反射 124
17.1 一个命题 124
17.2 基本问题 124
17.3 临界长度 125
17.4 传输线 126
17.5 终端 128
17.6 反射系数 129
17.7 耦合影响阻抗的方式 130
17.8 电流如何流动 134
17.9 差分电流如何流动 135
第18章 耦合电流/EMI/串扰 137
18.1 基本概念 137
18.2 天线 138
18.3 EMI 139
18.4 串扰 140
第19章 电流分布和旁路电容 147
19.1 问题的本质 147
19.2 传统方法 149
19.3 电源分布阻抗方法 150
19.4 采用哪种方法 155
第20章 随频率变化的电阻和有损传输线 157
20.1 趋肤效应 157
20.2 介质损耗 160
20.3 传输线损耗 161
第21章 电流和过孔 164
21.1 过孔功耗 164
21.2 过孔电感 165
21.3 过孔特征阻抗 166
21.4 过孔内的反射 167
21.5 盲孔和埋孔 169
第22章 电流和信号完整性 170
22.1 历史视角 170
22.2 PCB设计规则 171
22.3 差分走线设计规则 176
22.4 过孔设计规则 177
22.5 相信这些设计规则的原因 177
附录A 电流和麦克斯韦 179
附录B 眼图 181
附录C 电路板的消亡 183
^ 收 起
Douglas Brooks， 曾获斯坦福大学电子与电气工程专业学士和硕士学位，华盛顿大学的博士学位。他有40余年的电子行业从业经验，涉及的职位小到空间项目的电路设计工程师，大到UltraCAD公司的总裁，这也是他自己的公司，在过去的20余年里，他一直在这家西北太平洋地区领先的PCB设计服务公司里担任总裁。 Brooks在职业生涯中发表了数百篇文章。在2003年，他还出版了《Signal Integrity Issues and Printed Circuit Board Design 》（Prentice Hall）一书。 Brooks在圣地亚哥州立大学任教过三年，还在华盛顿大学担任过一年的访问副教授。在过去超过15年的时间里，他在世界各地举办了大量有关PCB设计中信号完整性的研讨会。
《PCB电流与信号完整性设计》着重物理概念，避免复杂的数学推导，阐述了基本电路的电流源、电流造成的信号完整性问题，以及如何解决串扰和电磁干扰问题。主要内容包括：温度、PCB传输线、反射、耦合电流、功率分配、趋肤效应、介电损耗和通孔等，并给出了每个常见问题的实用设计方案。本书适合作为电子与通信工程及其相关专业的教材。对于从事集成电路设计、系统设计的工程技术人员来说也是一本很好的参考书。
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