高速電路設(shè)計(jì)實(shí)踐

第1章　概述 1
1.1　低速設(shè)計(jì)和高速設(shè)計(jì)的例子 1
【案例1-1】　簡(jiǎn)化的存儲(chǔ)電路模塊 1
1.1.1　低速設(shè)計(jì) 1
1.1.2　高速設(shè)計(jì) 2
1.2　如何區(qū)分高速和低速 3
1.3　硬件設(shè)計(jì)流程 5
1.3.1　需求分析 6
1.3.2　概要設(shè)計(jì) 7
1.3.3　詳細(xì)設(shè)計(jì) 7
1.3.4　調(diào)試 9
1.3.5　測(cè)試 9
1.3.6　轉(zhuǎn)產(chǎn) 10
1.4　原理圖設(shè)計(jì) 11
第2章　高速電路中的電阻、電容、電感和磁珠的選型及應(yīng)用 13
2.1　電阻的應(yīng)用 13
2.1.1　與電阻相關(guān)的經(jīng)典案例 13
【案例2-1】　串聯(lián)電阻過大，導(dǎo)致板間告警失敗 13
【案例2-2】　電阻額定功率不夠造成的單板潛在缺陷 14
【案例2-3】　電阻在時(shí)序設(shè)計(jì)中的妙用 15
2.1.2　電阻應(yīng)用要點(diǎn) 16
2.2　電容的選型及應(yīng)用 17
2.2.1　與電容相關(guān)的經(jīng)典案例 17
【案例2-4】　電容失效導(dǎo)致低溫下硬盤停止工作 17
【案例2-5】　多次帶電插拔子板導(dǎo)致母板上鉭電容損壞 18
【案例2-6】　高速電路中電容應(yīng)用問題導(dǎo)致CPU工作不穩(wěn)定 18
2.2.2　高速電路設(shè)計(jì)中電容的作用及分析 19
【案例2-7】　交流耦合電容選擇不當(dāng)引起數(shù)據(jù)幀出錯(cuò) 20
【案例2-8】　利用0612封裝的電容增強(qiáng)濾波性能 21
【案例2-9】　LDO電源應(yīng)用中的濾波電容ESR問題 22
【案例2-10】　高頻電路中1?F +0.01?F是否能展寬低阻抗頻帶 24
2.2.3　高速電路設(shè)計(jì)常用電容及其應(yīng)用要點(diǎn) 26
【案例2-11】　陶瓷電容選型錯(cuò)誤導(dǎo)致單板丟數(shù)據(jù)包 27
【案例2-12】　根據(jù)電路要求進(jìn)行鉭電容選型 29
2.2.4　去耦電容和旁路電容 31
2.3　電感的選型及應(yīng)用 32
2.3.1　與電感相關(guān)的經(jīng)典案例 32
【案例2-13】　LC低通濾波導(dǎo)致輸出電源電壓紋波偏大 32
【案例2-14】　大電流通路PI型濾波造成電壓衰減 33
2.3.2　高速電路設(shè)計(jì)中電感的作用 35
2.3.3　高速電路設(shè)計(jì)常用電感及其應(yīng)用要點(diǎn) 36
2.4　磁珠的選型及應(yīng)用 39
2.4.1　磁珠的濾波機(jī)理 39
2.4.2　高速電路設(shè)計(jì)中磁珠的選型及其應(yīng)用要點(diǎn) 40
【案例2-15】　誤用磁珠造成過流保護(hù)電路失效 41
2.4.3　磁珠和電感的比較 42
第3章　高速電路中的邏輯器件選型及高速邏輯電平應(yīng)用 44
3.1　與邏輯器件相關(guān)的經(jīng)典案例 44
【案例3-1】　邏輯器件輸入端上拉太弱造成帶電插拔監(jiān)測(cè)功能失效 44
3.2　邏輯器件應(yīng)用要點(diǎn) 47
3.2.1　邏輯器件概要 47
【案例3-2】　邏輯器件驅(qū)動(dòng)能力過強(qiáng)造成信號(hào)振鈴 51
【案例3-3】　同一型號(hào)邏輯器件的差異性造成PHY配置錯(cuò)誤 51
3.2.2　邏輯器件參數(shù)介紹 52
3.2.3　邏輯器件功耗計(jì)算 60
3.2.4　邏輯器件熱插拔功能介紹 62
3.2.5　邏輯器件使用中注意事項(xiàng)的總結(jié) 68
3.3　高速邏輯電平應(yīng)用 68
3.3.1　高速邏輯電平概述 68
【案例3-4】　差分對(duì)走線附近信號(hào)分布不均衡造成電磁輻射 70
3.3.2　LVDS邏輯電平介紹及其應(yīng)用要點(diǎn) 71
【案例3-5】　空閑輸入引腳處理有誤導(dǎo)致FPGA檢測(cè)到錯(cuò)誤輸入 73
3.3.3　LVPECL邏輯電平介紹及其應(yīng)用要點(diǎn) 75
3.3.4　CML邏輯電平介紹及其應(yīng)用要點(diǎn) 77
3.3.5　高速邏輯電平的比較 78
3.3.6　高速邏輯電平的互連及其應(yīng)用要點(diǎn) 78
第4章　高速電路中的電源設(shè)計(jì) 87
4.1　與電源相關(guān)的經(jīng)典案例 87
【案例4-1】　LDO輸出電源電平低于設(shè)置值 87
【案例4-2】　電源芯片欠壓保護(hù)電路導(dǎo)致上電時(shí)序不滿足設(shè)計(jì)的要求 88
【案例4-3】　多電源模塊并聯(lián)工作時(shí)的均壓措施 89
4.2　高速電路設(shè)計(jì)的電源架構(gòu) 90
4.2.1　集中式電源架構(gòu) 90
4.2.2　分布式電源架構(gòu) 90
4.3　高速電路電源分類及其應(yīng)用要點(diǎn) 91
4.3.1　LDO電源介紹及其應(yīng)用要點(diǎn) 92
【案例4-4】　計(jì)算LDO工作時(shí)的結(jié)溫 95
【案例4-5】　SENSE功能導(dǎo)致電源芯片輸出電壓不穩(wěn)定 97
4.3.2　DC/DC電源介紹及其應(yīng)用要點(diǎn) 100
【案例4-6】　計(jì)算柵極電流 105
【案例4-7】　MOSFET同時(shí)導(dǎo)通導(dǎo)致MOSFET損壞 108
【案例4-8】　?48V緩啟電路中MOSFET燒壞 111
【案例4-9】　基于ADM1066對(duì)多路電源實(shí)現(xiàn)監(jiān)控 114
【案例4-10】　基于LTC1422實(shí)現(xiàn)上電速度的控制 115
【案例4-11】　基于電源芯片實(shí)現(xiàn)上電速度的控制 115
【案例4-12】　基于RC阻容電路實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能 116
【案例4-13】　上電電流過大引起電感嘯叫 116
【案例4-14】　輸入電源上電過緩造成輸出電源上電波形不單調(diào) 117
4.3.3　電源管理 124
4.3.4　保險(xiǎn)管的選型及應(yīng)用 124
【案例4-15】　熱插拔單板的保險(xiǎn)管選型 126
第5章　高速電路中的時(shí)序設(shè)計(jì) 127
5.1　時(shí)序設(shè)計(jì)概述 127
5.2　時(shí)序參數(shù)介紹 127
5.3　源同步系統(tǒng)時(shí)序設(shè)計(jì) 129
5.3.1　源同步系統(tǒng)時(shí)序設(shè)計(jì)原理 129
5.3.2　源同步系統(tǒng)時(shí)序設(shè)計(jì)范例一 131
5.3.3　源同步系統(tǒng)時(shí)序設(shè)計(jì)范例二 134
5.4　共同時(shí)鐘系統(tǒng)時(shí)序設(shè)計(jì) 136
5.5　源同步系統(tǒng)與共同時(shí)鐘系統(tǒng)的比較 137
第6章　高速電路中的復(fù)位、時(shí)鐘設(shè)計(jì) 139
6.1　復(fù)位電路設(shè)計(jì) 139
6.1.1　與復(fù)位電路相關(guān)的經(jīng)典案例 139
【案例6-1】　主控板無法通過PCI-X總線查詢到接口板 139
6.1.2　復(fù)位設(shè)計(jì)介紹及其應(yīng)用要點(diǎn) 141
【案例6-2】　存儲(chǔ)模塊讀取的錯(cuò)誤 141
6.1.3　專用復(fù)位芯片的使用 142
6.2　時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 145
6.2.1　與時(shí)鐘電路相關(guān)的經(jīng)典案例 145
【案例6-3】　系統(tǒng)時(shí)鐘偏快的問題 145
【案例6-4】　PHY寄存器無法讀取的問題 147
【案例6-5】　高溫流量測(cè)試丟包問題 148
6.2.2　晶體、晶振介紹及其應(yīng)用要點(diǎn) 150
【案例6-6】　利用首個(gè)時(shí)鐘沿啟動(dòng)組合邏輯導(dǎo)致CPU工作不穩(wěn)定 153
6.2.3　鎖相環(huán)及其應(yīng)用 157
【案例6-7】　兩級(jí)鎖相環(huán)的應(yīng)用導(dǎo)致MPC8280的PCI時(shí)鐘失鎖 162
6.2.4　時(shí)鐘抖動(dòng)與相位噪聲 164
第7章　高速電路中的存儲(chǔ)器應(yīng)用與設(shè)計(jì) 172
7.1　與存儲(chǔ)器相關(guān)的經(jīng)典案例 172
【案例7-1】　時(shí)序裕量不足導(dǎo)致存儲(chǔ)器測(cè)試出錯(cuò) 172
7.2　常用存儲(chǔ)器介紹及其應(yīng)用要點(diǎn) 174
7.2.1　存儲(chǔ)器概述 174
7.2.2　SDRAM介紹及其應(yīng)用要點(diǎn) 176
7.2.3　DDR SDRAM介紹及其應(yīng)用要點(diǎn) 188
【案例7-2】　DLL缺陷造成DDR SDRAM時(shí)序出錯(cuò) 192
【案例7-3】　VREF不穩(wěn)定造成存儲(chǔ)器讀寫操作出錯(cuò) 198
7.2.4　DDR2 SDRAM介紹及其應(yīng)用要點(diǎn) 203
【案例7-4】　CPU存儲(chǔ)系統(tǒng)不能識(shí)別8位內(nèi)存條的問題 211
7.2.5　SRAM介紹及其應(yīng)用要點(diǎn) 212
【案例7-5】　片選處理不當(dāng)導(dǎo)致SRAM數(shù)據(jù)丟失 214
7.2.6　FLASH與EEPROM介紹 227
【案例7-6】　熱插拔導(dǎo)致單板FLASH損壞 227
【案例7-7】　讀取百兆光模塊信息出錯(cuò) 231
第8章　高速電路中的PCB及其完整性設(shè)計(jì) 232
8.1　與PCB及完整性設(shè)計(jì)相關(guān)的經(jīng)典案例 232
【案例8-1】　回流路徑缺陷對(duì)高速信號(hào)質(zhì)量的影響 232
8.2　PCB層疊結(jié)構(gòu)與阻抗計(jì)算 234
8.2.1　Core和PP 234
8.2.2　PCB的層疊結(jié)構(gòu)和阻抗設(shè)計(jì) 234
8.3　高速電路PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn) 241
8.3.1　PCB設(shè)計(jì)與信號(hào)完整性 241
【案例8-2】　傳輸線的判斷 241
【案例8-3】　反射的計(jì)算 242
【案例8-4】　DDR SDRAM設(shè)計(jì)時(shí)，終端電阻RTT布放位置的選擇 244
【案例8-5】　大驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)對(duì)高速數(shù)據(jù)信號(hào)的串?dāng)_ 250
【案例8-6】　高速接口器件批次更換造成輻射超標(biāo) 252
【案例8-7】　TCK信號(hào)出現(xiàn)回溝導(dǎo)致無法通過JTAG接口對(duì)CPLD進(jìn)行加載 256
8.3.2　PCB設(shè)計(jì)與電源完整性 257
8.3.3　PCB設(shè)計(jì)中的EMC 260
【案例8-8】　網(wǎng)口指示燈信號(hào)線引發(fā)的輻射問題 264
【案例8-9】　接口芯片與時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器共用電源，導(dǎo)致輻射超標(biāo) 266
8.3.4　PCB設(shè)計(jì)中的ESD防護(hù) 267
【案例8-10】　TVS管布放位置不合理導(dǎo)致靜電放電測(cè)試失敗 268
【案例8-11】　GND和HV_GND混用導(dǎo)致電源控制電路失效 270
8.3.5　PCB設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)、易用性 272
【案例8-12】　網(wǎng)口指示燈排列順序出錯(cuò) 273
【案例8-13】　網(wǎng)口連接器堆疊方式與易插拔特性 273
8.3.6　PCB設(shè)計(jì)與散熱 274
8.3.7　PCB設(shè)計(jì)與可測(cè)試性 275
參考文獻(xiàn) 279