前 言

　　在信息時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，多媒體信息流量呈爆炸式增長(zhǎng)，通信系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)的速度不斷提高，電子系統(tǒng)和電路全面進(jìn)入1GHz以上的高速高頻設(shè)計(jì)領(lǐng)域。在實(shí)現(xiàn)VLSI芯片、PCB和系統(tǒng)設(shè)計(jì)等過程中，高速數(shù)字電路的電氣性能和信號(hào)完整性問題，已經(jīng)成為當(dāng)今電子與通信領(lǐng)域設(shè)計(jì)的一個(gè)瓶頸。對(duì)于許多缺少高速電路設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的人來說，高速電路設(shè)計(jì)似乎是一項(xiàng)“神秘”的工作。

　　高速電路設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的過程，隨著系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和集成度的大規(guī)模提高，高速電路產(chǎn)生的傳輸線效應(yīng)和信號(hào)完整性問題經(jīng)常會(huì)使傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的數(shù)字電路無(wú)法工作。網(wǎng)絡(luò)通信與電子技術(shù)的飛速發(fā)展使得高速電路設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師必備的手段。近些年國(guó)內(nèi)外的大量的研究成果，構(gòu)成了高速電路設(shè)計(jì)的一個(gè)新型學(xué)科。

　　高速電路設(shè)計(jì)的信號(hào)完整性問題，一般分為兩個(gè)大的應(yīng)用方面：芯片設(shè)計(jì)與封裝和PCB板設(shè)計(jì)。隨著越來越多的電子器件被封裝到芯片中，或越來越多的硬件電路采用FPGA來實(shí)現(xiàn)，PCB板的設(shè)計(jì)是否會(huì)變得過時(shí)?當(dāng)每次在系統(tǒng)級(jí)的集成有突破時(shí)，都有類似的討論。集成度的提高是由系統(tǒng)信號(hào)速率或頻率越來越高、系統(tǒng)越來越復(fù)雜為前提的。支撐摩爾定律的光刻和IC制造工藝不斷進(jìn)步，意味著片上的特征尺寸的不斷減小。這種減少產(chǎn)生兩個(gè)深遠(yuǎn)影響：一是芯片門數(shù)不斷增加，以至于在同樣成本、同樣尺寸的芯片上可以有更強(qiáng)的功能。另外，當(dāng)門的溝道長(zhǎng)度減小時(shí)，門的開關(guān)時(shí)間會(huì)減少。短的開關(guān)時(shí)間意味著輸出驅(qū)動(dòng)器上升時(shí)間變短，時(shí)鐘頻率可以更高。這樣隨著上升時(shí)間的變短，所有與信號(hào)完整性相關(guān)的問題都變得更加嚴(yán)重。

　　信號(hào)完整性問題研究的是物理互連對(duì)信號(hào)和電源分布的影響。物理互連包括IC設(shè)計(jì)時(shí)的線路延時(shí)、IC封裝、PCB板、接插件、電纜等中的連接問題。當(dāng)上升時(shí)間下降到1ns以下時(shí)，互連就不再是透明的了，或者說當(dāng)互連構(gòu)成電大尺寸時(shí)，互連都需要采用傳輸線理論進(jìn)行分析。

　　高速電路的工程設(shè)計(jì)過程中，一般要充分利用四種重要的技術(shù)途徑：經(jīng)驗(yàn)法則、解析近似、數(shù)值仿真和實(shí)際測(cè)量。它們的準(zhǔn)確度和難度各不相同，每個(gè)都很有一定作用，可以適用于不同場(chǎng)合。經(jīng)驗(yàn)法則是基于定性層面上，數(shù)值仿真是在計(jì)算技術(shù)發(fā)展到今天的結(jié)果，是定量的分析與設(shè)計(jì)，解析近似是介于二者之間的。對(duì)于大規(guī)模的高速通信系統(tǒng)，實(shí)際測(cè)量只能建立在系統(tǒng)基礎(chǔ)上，局部信號(hào)的測(cè)量只能是采用專家系統(tǒng)來完成。所以建立在仿真設(shè)計(jì)軟件基礎(chǔ)上的數(shù)值仿真，能對(duì)每一步的工程設(shè)計(jì)工程實(shí)行有效控制，就顯得尤其重要和必要。

　　本書結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新研究成果編著而成。以數(shù)值仿真分析與設(shè)計(jì)的相關(guān)環(huán)節(jié)為全文的思路，在重點(diǎn)講述高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的電磁場(chǎng)理論、傳輸線理論等基本理論和基本知識(shí)的前提下，針對(duì)高速電路的信號(hào)完整性的理論進(jìn)行了討論。主要是分析與研究了高速電路信號(hào)完整性的一些現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)理，并提出了相應(yīng)的解決辦法。本書分為12章，具體安排如下：

　　第1章，緒論，本書問題的提出和對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)要分析;第2章，高速信號(hào)完整性的基本理論，介紹本書所涉及到的基本電磁理論和高速信號(hào)的基本知識(shí)以及信號(hào)完整性的理論基礎(chǔ)知識(shí);第3章，高速邏輯電路分析，對(duì)高速TTL電路、高速CMOS電路、ECL邏輯電路、LVDS器件與電路高速邏輯電路使用規(guī)則等進(jìn)行了闡述;第4章，高速信號(hào)的反射分析，重點(diǎn)對(duì)信號(hào)反射的機(jī)理、產(chǎn)生反射現(xiàn)象的因素和抑制反射的一般方法進(jìn)行了分析;第5章，高速信號(hào)的串?dāng)_分析, 主要就串?dāng)_產(chǎn)生的機(jī)理、影響串?dāng)_的因素、高速信號(hào)的串?dāng)_分析、以及串?dāng)_的仿真分析方法進(jìn)行討論;第6章，高速信號(hào)的開關(guān)噪聲分析，給出了同步開關(guān)噪聲的概念、分析了產(chǎn)生同步開關(guān)噪聲原因、并對(duì)降噪電路的設(shè)計(jì)以及降低開關(guān)噪聲的措施進(jìn)行了討論;第7章，高速信號(hào)的時(shí)序分析，主要內(nèi)容包括共同時(shí)鐘同步的時(shí)鐘分析、源時(shí)鐘同步的時(shí)序分析、時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器、時(shí)鐘抖動(dòng)以及PCB布板與時(shí)序設(shè)計(jì);第8章高速信號(hào)的EMC分析，主要內(nèi)容包括電磁兼容中的接地技術(shù)、電磁兼容中的屏蔽技術(shù)、電磁兼容中的濾波技術(shù)以及PCB板中的電磁兼容設(shè)計(jì);第9章，高速信號(hào)的電源完整性分析，內(nèi)容包括電源完整性概述、電源分配系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電源系統(tǒng)中電路板設(shè)計(jì)和電源系統(tǒng)的雜訊干擾;第10章，信號(hào)完整性仿真分析模型，主要對(duì)IBIS模型的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)、IBIS模型的建立途徑、IBIS模型的驗(yàn)證方法、IBIS模型的應(yīng)用舉例以及IBIS模型與信號(hào)完整性的關(guān)系進(jìn)行闡述;第11章，基于信號(hào)完整性的高速PCB仿真設(shè)計(jì)，給出了高速PCB設(shè)計(jì)的基本概念，重點(diǎn)討論了高速電路的端節(jié)設(shè)計(jì)和高速電路的差分設(shè)計(jì)方法;第12章，信號(hào)完整性分析常用工具，主要介紹了信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)中的常用仿真軟件，包括APSIM仿真軟件、ADS仿真軟件、SERNADE仿真軟件、HYPERLYNX仿真軟件和CADENCE仿真軟件。

　　本書在編撰過程中，參考了近幾年國(guó)內(nèi)外有關(guān)高速電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用方面的書籍和文獻(xiàn)，這些文獻(xiàn)和資料均列在文后的參考文獻(xiàn)中，對(duì)于這些被引用書籍的作者對(duì)本書完成所起的重要作用與貢獻(xiàn)，我們表示誠(chéng)摯的感謝和敬意。

　　本書由 擔(dān)任主編。第1、2、11、12章由 編寫，第3、4、5、6章由 編寫，第7、8、9、10章由編寫。博士生 碩士生

　　本書既可作為大專院校電子與通信類相關(guān)專業(yè)本科生或研究生的教材，也可作為從事其它專業(yè)的廣大青年、工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)了解高速電路設(shè)計(jì)的理論和應(yīng)用實(shí)踐的參考書。

　　本書得到武漢理工大學(xué)研究生教材出版基金資助。

　　本書在編寫中，得到電子工業(yè)出版社的支持和幫助，在此表示感謝。

　　由于時(shí)間倉(cāng)促，水平有限，如有不當(dāng)之處，敬請(qǐng)指正。

　????????????????????????????????????????????????? 　　????????????????????????????????????????????????? 　　????????????????????????????????????????????????????????? 　編 者

　　　????????????????????????????????????????????????? 　　????????????????????????????????????????????????? 　　????????????????????????????????????????????????? 　2008年5月