电磁兼容的印制电路板设计(原书第二版高清PDF)

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本书全面闻述了高速宽带数字电路的PCB的信号完整性和电磁兼容性设计技术,其内容涵盖了高速PCB的设计基础和设计的每一个具体环节。全书共8章,分别介绍了印制电路板的电源电路、时钟电路、O电路、背板、功能板、接地结构和电缆连接器的信号完整性和电磁兼容性的设计技术,介绍了消除延迟、串音、振铃波、阻抗控制、静电放电以及噪声的旁路和退耦的具体设计方法。
译者序 当今,电子设备的运行速度更快了,功能变得更复杂,也更加智能化了,工作在亚纳秒 范围的数字电路已经很普遍,髙速印制电路板的信号完整性和电磁兼容性设计已经成为电子 产品成败的关键。 本书的原版由EE出版社出版,作为一本世界性的畅销书,被翻译为许多国家的文 字,本书是最新升级版,补充了近年来新增加的尖端设计技术。 本书全面阐述了高速宽带数字电路的PCB的信号完整性和电磁兼容性设计技术,其内 容涵盖了高速PCB的设计基础和设计的每一个具体环节。全书共8章,分别介绍了印制电 路板的电源电路、时钟电路、LO电路、背板、功能板、接地结构和电缆连接器的信号完整 性和电磁兼容性的设计技术,介绍了消除延迟、串音、振铃波、阻抗控制、静电放电以及噪 声的旁路和退耦的具体设计方法。本书增加了许多最新发展的印制板设计技术,加人了直到 现在还没有发表过的最新研究成果、独特的设计技术、防护和控制技术的内容,具有很高的 实用价值和学术价值。书中采用了教科书的方式阐述原理,在附录中又汇总了所有的设计技 术纲要和索引,这就使该书成为方便查找的设计手册。 本书既是实用的高速PCB设计工作的技术指南,又是电子设计工程师的良师益友,也 是电磁兼容和认证工程师必备的参考资料。本书可以作为高速PCB的信号完整性和电磁兼 容性设计技术的高级培训教材,也可作为高等院校电子、电气、自动化等专业研究生的 教材。 参加本书翻译的有吕英华教授、于学萍博士、张金玲副教授和王昕玮博士,吕英华教授 审校了全部翻译稿。 前言 本书是第二版,比第一版有较多的增补。本书第一版出版后受到全世界范围的工程技术人员 的普遍欢迎,并且被翻译为许多国家的文字。本书的再版旨在深入阐述第一版中提出的概念,更 加具体地说明每一个实际设计技术的原理及适合在什么情况下应用,还补充了近年来新开发的设 计技术。本书的内容都是基于工程师在实际设计中遇到的普遍性的问题展开探讨的。 本书还给出了从未在工程技术界发表过的关于印制电路板设计的研究成果。在撰写第一版 时,不可能预知实际应用变化情况以及未来的读者期望。本书在此对概念给出的全面透彻的理解 将对读者的设计和印制电路板布图工作有帮助。请注意,这里的关键词是“概念”。 本书的内容有助于降低电路或元件发射和接收有害的射频(RF)能量的设计并使电气设备 达到要求的电磁兼容水平。电磁兼容领域包括以下两个性质截然不同的方面: 1)电磁发射:由未达到电磁兼容标准的设备发射的电磁干扰(EMI),有辐射干扰和传导干 扰两种。 2)电磁敏感度或抗扰度:敏感设备所遭受的伤害效应,包括电磁干扰、静电放电(ESD) 和电力过电压(EOS)等方面的伤害 工程师进行电磁兼容性设计的基本目标就是要保证所设计的产品在预定的电磁环境下能够正 确地可靠地操作和运行。此外,设计工作还要满足产品在特定的用户应用环境下的要求。 这本设计者手册中提供的资料是针对印制电路板的设计和布图工作的。但是,电磁兼容和认 证工程师也能从中找到有助于解决PCB级和系统级设计的有用的信息。本书也可以作为其他设 计工作的参考文献。 本书中的内容限于印制电路板方面,不讨论关于电磁抑制技术(屏蔽)、内部和外部电缆的 连接技术、电源设计和其他以PCB为部件的系统级的组装技术。但是,仍然与第一版一样,在 每一章的末尾都列出了关于电磁兼容系统级工程的参考文献。 电路技术正快速发展,几年以前还采用的设计技术在今天的高速数字电路产品中已经不再适 用了。这样,就需要有关资料以简洁的易于理解的方式阐明设计概念。针对这种要求,笔者就把 本书写成了也能适宜不是专门从事电磁学工作或对高速PCB电磁兼容达标工作经验很少的读者 阅读的形式。 由于不可能涵盖所有的应用和设计者关心的内容,本书中将着重详细地介绍大多数产品和应 用的各种设计技术。本书中给出的概念也是基础性的。尽管各种设计技术不同,但是其设计基础 却几乎不变。如果理解了PCB级的电磁兼容性抑制技术的基础概念,尽管每一个产品的设计内 容都与前次的不同,但是却会感觉出每一个具体的设计工作只不过是一次基础概念的简单的 实践。 本书尽量减少了数学分析的表述,但是却集中大量篇幅介绍那些成功应用于实际产品中的技 术。本书中的内容都是以容易理解和应用的方式表述的,对希望了解有关PCB设计的麦克斯韦 方程理论和更深的髙技术电路理论的读者可以参考作者撰写的姊妹篇:《 EMC and the Printed Cir- cuit board: Design, Theory, and Layout Made Simple》(EE出版社,1999。在本书参考资料和 文献目录中也列出了采用严格数学分析工具探讨EMC理论的出版物。这些文献讨论的内容不属 于本书的范围,所以只列在参考文献之中。 本书的姊妹篇:《 EMC and the Printed Circuit Board: Design, Theory, and Layout Made Simple 一书用工程学术语解释了在印制电路板上为什么存在电磁兼容问题及有什么特点。该书是专门写 给工程师的。 第一版和第二版图书的主要差别如下: 本书是为那些必须在预定的时间和预算指标之内进行设计和开发产品的工程师提供知识和帮 助的。该书介绍了PCB中可能发生的EM问题,扼要地解释了发生这些问题的原因,给出了如 何在印制电路板布图阶段解决设计上的缺陷。向PCB设计者,以直接描述的方式提供了“告诉 我如何做”的处理方法。 《 EMC and the Printed Circuit Board: Design, Theory, and Layout Made Simple》则是一本配套 图书,旨在说明印制电路板内为什么和如何发生EMC问题。尽管有些设计者并不一定直接进行 实际的PCB布线,但是他们可能要对最终的产品负责。本书也是以直接描述的方式阐明在大学 或学校教育中没有教授过的知识。 限制电磁发射已经成为民用和军用环境下电子设备设计的必要工作。在产品设计时就进行 PCB的电磁抑制设计,要比为产品做一个“好的屏蔽盒子”经济实惠得多。电磁密封性测量并 不总是合理有效的评估方式,并且可能导致所设计产品的EMC安全周期的缩减。例如,用户在 进行修理和升级操作时总要打开密封盒盖,而许多情况下,薄金属盖板,特别是在设备中用于局 部隔离的金属盖板还起着分区屏蔽的作用,是绝不允许挪动的。这种要求同样也适用于金属隔板 和正面的设备面板以及用以支撑底板和背板装配系统的背面的情况。通常电磁密封性测量是对使 用环境影响电磁兼容性的补救办法。此外,正确的PCB布线设计和采取的电磁抑制技术还有助 于电缆和电缆互连的电磁兼容特性的提高,但是箱式屏蔽(密封)的方式就做不到。 在国际上,法定的标准强制地规定了数字产品的最大允许干扰电平。这些标准都是基于市场 经验和关于对电磁发射及抗扰性的投诉制定的。通常,这些都有助于改进信号质量和改善信噪比 性能。 书中论述了高速和低速两种印制板的设计,阐述了新增加的PCB级EMC设计技术。许多几 年前应用的方法现在对信号功能实现和电磁兼容设计已经不适用了。器件的功能已经变得更复 杂、速度更快了。商用逻辑门阵列的应用、特殊应用积分电路(ASIC)、球阵列封装(BCGA)、 多芯片组件(McMs)、触发芯片技术和其他工作在亚纳秒范围的数字器件等都对EMC工程师提 出了新的挑战和机遇。现代技术正以人们难以相信的速度进步。工程师已经越来越不可能跟踪各 种逻辑器件的技术细节。甚至当工程师学会了一种新逻辑系列,在PCB上设计这些器件时还会 遇到其他相关因素而感到捉襟见肘。这些相关因素包括输入输出(0)连接、混合逻辑族、各 种电压要求、模拟和数字器件以及封装要求等。此外,在对PCB进行设计和布线时,既要对电 源的EMI抑制进行优化设计,同时还要保持系统的功能不变,这是PCB设计者和电气工程师共 同的任务。 在产品的PCB设计阶段使用仿真软件已经成为必备的条件。但是,本书中不准备讨论仿真 软件,因为开发商对软件平台的性能、特点和集成等方面的要求经常改变。但是,在内容需要 时,本书也会介绍一些仿真工具。 为了尽量降低产品价格,也必须考虑与制造(DFM)有关的设计。此外,必须为所有的网 眼都留有测试点。对于很精密的PCB设计,有时,为了实现电路功能而不得不放弃一些DFM和 测试点的设计。如果PCB设计者在设计阶段只是放置元件和布印制线条,而根本不考虑其他方 Ⅵ 面的PCB设计,就会导致严重的功能性的问题。此外,PCB经常会在信号完整性和EMC测试方 面出问题,此时,就要重新设计印制板。 本书是第二版主要有以下修订 ·为使内容的阐述更加合理,重新安排了章节,将有关的论题安排在了一起。 为了査找方便,增加了子标题。为了便于理解,将第一版中混在一起阐述的条目分别论述。 增补了由新技术和新知识而产生的印制板设计技术。 ·重写了第2章(印制电路板基础)和第3章(退耦和旁路)。这两章是比较重要的章节。 扩充了PCB设计基础,以简明的方式阐述了为什么印制板要这样进行设计,以便读者透 彻理解。由于工程师总是想要理解为什么和如何做,因此本书融人了PCB理论基础。同 时,按照退耦和旁路的新理念重新编排了第3章的结构 阐明了各种设计技术在什么条件下适宜使用,什么情况下不适宜应用。阐述了各种设计技 术的原理。 大大地加强了单层板和多层板组装设计的内容。 ·重新安排并较大地加强了第4章,完整地论述了PCB上的传输线(印制线条)的方方面 面,从而不必再去读其他领域的图书。 ·阐明并扩充了LO和互连的内容(第5章)。 ·充分地丰富了第6章,增加了其他防护、设计和控制技术的内容。 ·增加了第7章,新标题更加贴切,其内容是把第一版中分散在各章节中的有关内容集中起 来并且增补了一些新的设计技术。 ●第8章的内容与第一版有显著不同,新版书把独特的设计技术都放到了这一章中,阐述了 直角印制线条和20H规则的技术细节。这些都是迄今为止没有发表过的。 本书的内容有利于PCB达到北美和国际EMC标准的要求。实际上存在着多种印制板设计的 方法,但是这本书重点介绍了通用的EMC达标设计方法及其有效性。但这些理念在每一次具体 设计中都会有一定的变化 工程师可能主要从事模拟、数字或系统级产品的设计,但是他们的设计工作必须适应产品要 求。所以,他们总是更加注意功能实现而不太注意系统的整体组装设计,组装设计通常都交给产 品工程师、机械工程师或团体内的其他人去做。现在设计工程师必须考虑产品设计的其他方面, 包括布线和印制板的EMC达标设计,还要考虑电磁场由电路板传输到底板或壳体结构上的途径 此外,必须使设计、测试、组装和生产的花费最小。 如果产品没有通过电磁兼容和产品安全认证测试,就需要重新设计或整改。这些再设计工作 将显著地增加花费,通常包括: 1)工程资源(包括管理开销); 2)新的PCB布线设计,包括艺术设计和整修工作; 3)制作新产品所需要的样机材料; 4)系统集成及功能验证和认证测试; 5)新部件的速递费用(很贵); 6)新的或修正的内部电路的测试和文件费; 7)重新进行EMC和产品安全认证的费用。 这些费用中尚未包括由于市场共享份额改变、延迟交货、用户对公司的信誉下降、潜在的股 Ⅶ 票下跌、焦虑以及其他许多方面的损失。笔者作为咨询专家,曾亲眼目睹了许多刚开办的公司遇 到上面的问题。 产品不仅仅要完美运行,还必须满足国际标准的要求,专门鱼责标准化的工程师必须权衡基 于不同标准的产品。本书的指南将有助于级和布线设计的冲突。 通过购买或索取的方式可以获得大量的关于PCB设计和布线的资料(在参考资料中列出了 这样的资源)。但是,通常这些资料只是扼要地介绍如何采用一种布线技术来解决EMI问题,不 会对其说明必要性及使用和应用原理。 作为一名咨询顾问,我要提醒设计者应该以最低的价格生产高技术产品。采用电磁抑制技术 可以节省开支、增强性能、提高可靠性,不但能达到产品的预期性能,而且还能在第一次认证时 就可满足电磁发射和电磁敏感度标准的要求。 在走向未来之际,工业使我有机会进行现代工艺水平的设计,尽管我着眼于先进的技术,却 没有忽视那些数量正在不断增加的一般产品。所以,尽管我写这本书的目标是指向高端产品的, 但是,书中的EMC抑制技术可以用于任何PCB的EMC达标设计。相反,如果不理解这些基本设 计理念,就会导致产品功能方面的隐惠和不能通过产品认证。 马克·艾·曼特罗斯 圣科拉拉。·加利福尼亚 目录 译者序 29.1单点接地…… 前言 29.2多点接地…… 30 2.10信号与地环路 (包括涡流电流)………………32 第1章概述 2.11接地连接的距离…2 1.1基本定义… 2.12像平面…5 12电磁环境基本要素 1.3电磁干扰的类型 I34 2.13像平面上的切缝 37 2.14功能分区… 38 1.4北美电磁兼容标准…… 2.15临界颗率(A20) 1.5国际通用电磁兼容标准……… 2.16逻辑族…4 1.6标准概述…5 参考文献 4了 1.6.1基本标准……… 5第3章旁路和退耦 1.6.2通用标准 5 3.1谐振原理… 重中中·弓 1.6.3产品族标准… 3.1.1串联谐振… 45 1.6.4mE产品的分级……………6 3.1.2并联谐振… 45 1.7电磁发射标准………… 翻看面自:面,画曹鲁日■■ 3.1.3串并联谐振 45 1.8电磁抗扰度标准……………………7 3.2物理特性…… 1.9北美标准的附加要求… 3.2.1阻抗… 4和干干·,4日乐 1.10补充说明… 3.2.2电容器类型 新丰 nnndndnd 1T由mm, 参考文献 8 3.2.3能量储存…… …47 第2章印制电路板基础………9 324谐振………47 2.1无源器件隐含的射频特性……9 3.3并联电容……… 2.2PCB怎样产生射频能量……………Hl 34电源平面和接地平面……53 2.3磁通和磁通对消……………2 34.I电源平面和接地平面间 24线条拓扑结构……………13 电容的计算 s1 2.4.l微带线………………………l3 342平面电容和分立电容器 2.4.2带状线………………14 的联合效果 2.5叠层安排…… ……5 3.4.3嵌人式电容… 25.1单面板设计……15 3.5布置………………………………54 2.5.2双层板设计………… 17 35.I电源平面…… 2.5.3四层板设计………………19 3.5.2PCB等效电路模型…………154 2.5.4六层板设计………21 3.5.3退耦电容…… 和中和 ∴…506 2.5.5八层板设计 23 3.5.4单层板和双层板的装配………58 2.5.6十层板设计……………24 3.5.5贴装焊盘………… 58 26射频转移…………… 26 3.5.6微过孔…… b60 2.7共模和差模电流… 27 3.6如何恰当地选择电容器 2,7.1差模电流… aat虚tt主中中中于b 27 3.6.1旁路和退耦…… 2.7.2共模电流………………27 36.2信号线条的电容效应………6 28射频电流密度分布 28 36.3储能电容…………… 2.9接地方法… 参考文献 Ⅸ 第4章时钟电路、布线和端接……65 5.2.2方法2:护沟上的 4.1PCB内形成的传输线……………65 桥接-分区 丰E704 4.2拓扑结构… 6 5.3滤波和接地……106 4.2.1微带线拓扑………6 5.3.1滤波… I06 4.2.2埋入式微带线拓扑…………67 5.3.2为什么L0电缆和互连线 4.23单带状线拓扑 会产生辐射 08 4.24双带状线或非对称 5.3.3接地(LO连接器)…,08 带状线拓扑…………… a69 5.4局域网的L/O设计安排…… 4.2.5差分微带线和带状 5.5视频的ⅣO设计妄排………11 线拓扑…………69 5.6音频的LO设计安排 ………114 4.3传输延时和介电常数 参考文献…………………………………15 4.4信号线的容性负载 73第6章静电放电的防护…………116 4.5元件布局… 6.1概述……………………Ⅰ6 4.6阻抗匹配——反射和振铃波………76 6.2摩擦起电顺序表 l16 4.7线条长度的计算 6.3ESD产生故障的模式………,I17 (电气长的印制线条) 6.4静电防护设计技术……………9 4.8布线 …………81 6.4.1单层和双层PCB……………I20 4.8.1单端传输线… 6.4.2多层印制板……………,122 4.8.2信号线差分对…… 6.5保护边带的实施………………l25 4.9布线层………184 参考文献……127 49.1在哪一层布线……………8第7章背板、带状电缆和功能板…128 4.9.2用过孔进行层间跨越… 86 7.1基础知识……………………………l28 4.10串扰……… 87 7.2连接器输出端插针安排…………128 4.10.1串扰描述…8 7.3AC底板平面…1429 4.10.2防止串扰的设计技术 7.4背板结构 ++,暮+ 130 4.11印制线间距和3-W原则…………9 74.1布线层数 4.12保护线和分流线… 7.4.2接线插槽数… 】33 4.13印制线终端……… 94 7.5互连………………………134 4.13.1串联终端……196 7,6机械结构………:134 4.13.2终端连接……95 7.7懵号路由………………135 4.13.3并联终端 7.8线条长度/信号终端………………135 4.13.4戴维宁网络终端… 79串音…………135 4.13.5AC终端………………………9 7.10接地环路控制…137 4.13.6二极管网络………98 7.11背板接地层的切缝…………………138 4.13.7差分对信号………………………9 参考文献………109 参考文献 100第8章其他设计技术………140 第5章互连和LO 8.1局域平面 140 5.1分区……… JoI 8.220H规则 14 5.1.1功能子系统 ……………IO 8.3弯角线条的布线……………,147 5.12寂静区…… 83.1时域分析…147 5.1.3内部辐射噪声耦合……02 8.3.2频域分析 149 52隔离和分区(护沟) ………………102 8.3.3直角转弯影响总结 …:149 5.2.1方法1:环绕护沟… J03 8.4铁氧体部件的选择…0 85散热片的接地…52 参考文献 8.6锂电池电路……………155附录… 160 8.7BNC型连接器… ,·中中和和k 155 附录A设计技术总汇 88爬电距离和电间隙… I56 附录B国际电磁兼容标准………83 89铜线条的载流容量…15 附录C分贝………9 8.10电路板底片 m··音中 162 附录D单位换算表…………………193

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    xiangyc555 资料总的来说很不错,用了再来评价。
    2019-09-28
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    末得名字 内容涵盖了高速PCB的设计基础和设计的每一个具体环节
    2019-07-01
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    jian-lian

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