高速电路设计实践

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第1章 概述 1
1.1 低速设计和高速设计的例子 1
【案例1-1】 简化的存储电路模块 1
1.1.1 低速设计 1
1.1.2 高速设计 2
1.2 如何区分高速和低速 3
1.3 硬件设计流程 5
1.3.1 需求分析 6
1.3.2 概要设计 7
1.3.3 详细设计 7
1.3.4 调试 9
1.3.5 测试 9
1.3.6 转产 10
1.4 原理图设计 11
第2章 高速电路中的电阻、电容、电感和磁珠的选型及应用 13
2.1 电阻的应用 13
2.1.1 与电阻相关的经典案例 13
【案例2-1】 串联电阻过大，导致板间告警失败 13
【案例2-2】 电阻额定功率不够造成的单板潜在缺陷 14
【案例2-3】 电阻在时序设计中的妙用 15
2.1.2 电阻应用要点 16
2.2 电容的选型及应用 17
2.2.1 与电容相关的经典案例 17
【案例2-4】 电容失效导致低温下硬盘停止工作 17
【案例2-5】 多次带电插拔子板导致母板上钽电容损坏 18
【案例2-6】 高速电路中电容应用问题导致CPU工作不稳定 18
2.2.2 高速电路设计中电容的作用及分析 19
【案例2-7】 交流耦合电容选择不当引起数据帧出错 20
【案例2-8】 利用0612封装的电容增强滤波性能 21
【案例2-9】 LDO电源应用中的滤波电容ESR问题 22
【案例2-10】 高频电路中1F +0.01F是否能展宽低阻抗频带 24
2.2.3 高速电路设计常用电容及其应用要点 26
【案例2-11】 陶瓷电容选型错误导致单板丢数据包 27
【案例2-12】 根据电路要求进行钽电容选型 29
2.2.4 去耦电容和旁路电容 31
2.3 电感的选型及应用 32
2.3.1 与电感相关的经典案例 32
【案例2-13】 LC低通滤波导致输出电源电压纹波偏大 32
【案例2-14】 大电流通路PI型滤波造成电压衰减 33
2.3.2 高速电路设计中电感的作用 35
2.3.3 高速电路设计常用电感及其应用要点 36
2.4 磁珠的选型及应用 39
2.4.1 磁珠的滤波机理 39
2.4.2 高速电路设计中磁珠的选型及其应用要点 40
【案例2-15】 误用磁珠造成过流保护电路失效 41
2.4.3 磁珠和电感的比较 42
第3章 高速电路中的逻辑器件选型及高速逻辑电平应用 44
3.1 与逻辑器件相关的经典案例 44
【案例3-1】 逻辑器件输入端上拉太弱造成带电插拔监测功能失效 44
3.2 逻辑器件应用要点 47
3.2.1 逻辑器件概要 47
【案例3-2】 逻辑器件驱动能力过强造成信号振铃 51
【案例3-3】 同一型号逻辑器件的差异性造成PHY配置错误 51
3.2.2 逻辑器件参数介绍 52
3.2.3 逻辑器件功耗计算 60
3.2.4 逻辑器件热插拔功能介绍 62
3.2.5 逻辑器件使用中注意事项的总结 68
3.3 高速逻辑电平应用 68
3.3.1 高速逻辑电平概述 68
【案例3-4】 差分对走线附近信号分布不均衡造成电磁辐射 70
3.3.2 LVDS逻辑电平介绍及其应用要点 71
【案例3-5】 空闲输入引脚处理有误导致FPGA检测到错误输入 73
3.3.3 LVPECL逻辑电平介绍及其应用要点 75
3.3.4 CML逻辑电平介绍及其应用要点 77
3.3.5 高速逻辑电平的比较 78
3.3.6 高速逻辑电平的互连及其应用要点 78
第4章 高速电路中的电源设计 87
4.1 与电源相关的经典案例 87
【案例4-1】 LDO输出电源电平低于设置值 87
【案例4-2】 电源芯片欠压保护电路导致上电时序不满足设计的要求 88
【案例4-3】 多电源模块并联工作时的均压措施 89
4.2 高速电路设计的电源架构 90
4.2.1 集中式电源架构 90
4.2.2 分布式电源架构 90
4.3 高速电路电源分类及其应用要点 91
4.3.1 LDO电源介绍及其应用要点 92
【案例4-4】 计算LDO工作时的结温 95
【案例4-5】 SENSE功能导致电源芯片输出电压不稳定 97
4.3.2 DC/DC电源介绍及其应用要点 100
【案例4-6】 计算栅极电流 105
【案例4-7】 MOSFET同时导通导致MOSFET损坏 108
【案例4-8】 48V缓启电路中MOSFET烧坏 111
【案例4-9】 基于ADM1066对多路电源实现监控 114
【案例4-10】 基于LTC1422实现上电速度的控制 115
【案例4-11】 基于电源芯片实现上电速度的控制 115
【案例4-12】 基于RC阻容电路实现延时功能 116
【案例4-13】 上电电流过大引起电感啸叫 116
【案例4-14】 输入电源上电过缓造成输出电源上电波形不单调 117
4.3.3 电源管理 124
4.3.4 保险管的选型及应用 124
【案例4-15】 热插拔单板的保险管选型 126
第5章 高速电路中的时序设计 127
5.1 时序设计概述 127
5.2 时序参数介绍 127
5.3 源同步系统时序设计 129
5.3.1 源同步系统时序设计原理 129
5.3.2 源同步系统时序设计范例一 131
5.3.3 源同步系统时序设计范例二 134
5.4 共同时钟系统时序设计 136
5.5 源同步系统与共同时钟系统的比较 137
第6章 高速电路中的复位、时钟设计 139
6.1 复位电路设计 139
6.1.1 与复位电路相关的经典案例 139
【案例6-1】 主控板无法通过PCI-X总线查询到接口板 139
6.1.2 复位设计介绍及其应用要点 141
【案例6-2】 存储模块读取的错误 141
6.1.3 专用复位芯片的使用 142
6.2 时钟电路设计 145
6.2.1 与时钟电路相关的经典案例 145
【案例6-3】 系统时钟偏快的问题 145
【案例6-4】 PHY寄存器无法读取的问题 147
【案例6-5】 高温流量测试丢包问题 148
6.2.2 晶体、晶振介绍及其应用要点 150
【案例6-6】 利用首个时钟沿启动组合逻辑导致CPU工作不稳定 153
6.2.3 锁相环及其应用 157
【案例6-7】 两级锁相环的应用导致MPC8280的PCI时钟失锁 162
6.2.4 时钟抖动与相位噪声 164
第7章 高速电路中的存储器应用与设计 172
7.1 与存储器相关的经典案例 172
【案例7-1】 时序裕量不足导致存储器测试出错 172
7.2 常用存储器介绍及其应用要点 174
7.2.1 存储器概述 174
7.2.2 SDRAM介绍及其应用要点 176
7.2.3 DDR SDRAM介绍及其应用要点 188
【案例7-2】 DLL缺陷造成DDR SDRAM时序出错 192
【案例7-3】 VREF不稳定造成存储器读写操作出错 198
7.2.4 DDR2 SDRAM介绍及其应用要点 203
【案例7-4】 CPU存储系统不能识别8位内存条的问题 211
7.2.5 SRAM介绍及其应用要点 212
【案例7-5】 片选处理不当导致SRAM数据丢失 214
7.2.6 FLASH与EEPROM介绍 227
【案例7-6】 热插拔导致单板FLASH损坏 227
【案例7-7】 读取百兆光模块信息出错 231
第8章 高速电路中的PCB及其完整性设计 232
8.1 与PCB及完整性设计相关的经典案例 232
【案例8-1】 回流路径缺陷对高速信号质量的影响 232
8.2 PCB层叠结构与阻抗计算 234
8.2.1 Core和PP 234
8.2.2 PCB的层叠结构和阻抗设计 234
8.3 高速电路PCB设计要点 241
8.3.1 PCB设计与信号完整性 241
【案例8-2】 传输线的判断 241
【案例8-3】 反射的计算 242
【案例8-4】 DDR SDRAM设计时，终端电阻RTT布放位置的选择 244
【案例8-5】 大驱动电流信号对高速数据信号的串扰 250
【案例8-6】 高速接口器件批次更换造成辐射超标 252
【案例8-7】 TCK信号出现回沟导致无法通过JTAG接口对CPLD进行加载 256
8.3.2 PCB设计与电源完整性 257
8.3.3 PCB设计中的EMC 260
【案例8-8】 网口指示灯信号线引发的辐射问题 264
【案例8-9】 接口芯片与时钟驱动器共用电源，导致辐射超标 266
8.3.4 PCB设计中的ESD防护 267
【案例8-10】 TVS管布放位置不合理导致静电放电测试失败 268
【案例8-11】 GND和HV_GND混用导致电源控制电路失效 270
8.3.5 PCB设计与结构、易用性 272
【案例8-12】 网口指示灯排列顺序出错 273
【案例8-13】 网口连接器堆叠方式与易插拔特性 273
8.3.6 PCB设计与散热 274
8.3.7 PCB设计与可测试性 275