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第1章　数字系统工程概述1

1.1　为何研究数字系统工程2

1.2　数字系统的工程观3

1.2.1　馈送通道与速度4

1.2.2　信号传输规范5

1.2.3 时序与同步7

1.2.4 电源分配8

1.2.5 噪声9

1.3　技术趋势与数字系统工程10

1.2.6 电路的系统观10

1.3.1　摩尔定律11

1.3.2 芯片参数的变化比例13

1.3.3 导线的变化比例14

1.3.4 高度集成化使新方法成为可能17

1.3.5 数字系统问题与解决方法在不断改变18

1.4　本书的组织18

1.5 目录说明19

1.6 习题19

2.1　一个典型的数字系统21

第2章　数字系统的封装21

2.2　数字集成电路——片上布线23

2.3　集成电路封装24

2.3.1　接合线与焊球24

2.3.2 封装类型26

2.3.3　封装制造工艺28

2.3.4 多芯片模块29

2.3.5 一个典型的封装模型29

2.4　印制电路板32

2.4.2 电子属性33

2.4.1　PC板结构33

2.4.3 制造过程34

2.4.4 导孔35

2.4.5 尺寸限制36

2.4.6 元件安装——表贴与过孔36

2.4.7 插座37

2.5　机箱与机柜38

2.6　背板与母板39

2.6.1　子卡39

2.6.2 背板39

2.7.1 导线40

2.7　导线与电缆40

2.7.2　信号传输电缆41

2.7.3 汇流条43

2.8　连接器44

2.8.1　PC板连接器45

2.8.2 转接器46

2.8.3　弹性连接器46

2.8.4 电源连接器47

2.8.5 导线连接器与电缆连接器47

2.9　光通信50

2.9.1　光发送器51

2.9.2　光纤52

2.9.3　光接收器54

2.9.4 复用55

2.9.5 光放大器56

2.9.6 自由空间光互连57

2.10　无线电通信58

2.10.1　典型的数字无线电58

2.10.2 功率方程59

2.10.3 调制60

2.11 目录说明62

2.10.4 多径效应62

2.12　习题63

第3章　导线的建模与分析64

3.1　几何属性与电子属性65

3.1.1　电阻65

3.1.2 电容66

3.1.3 电感67

3.2.1 理想导线68

3.2.2　传输线68

3.2　导线的电子模型68

3.3　简单传输线71

3.3.1 集总导线71

3.3.2　RC传输线73

3.3.3 无损LC传输线74

3.3.4　有损LRC传输线81

3.3.5 介质吸收85

3.4　特殊的传输线86

3.4.1　多支路总线86

3.4.2　平衡传输线88

3.4.3 共模阻抗与差模阻抗89

3.4.4 隔离线路90

3.5　导线成本模型92

3.5.1　导线面积成本92

3.5.2　终端成本94

3.6　测量方法95

3.6.1　时域测量95

3.6.2 网络分析99

3.6.3 描绘导线特征的CAD 具101

3.7.1　PC板迹线中的频率相关衰减103

3.7　一些实验测量103

3.7.2 耦合线中的串扰107

3.7.3 容性不连续与感性不连续111

3.7.4 IC封装寄生效应的测量114

3.7.5　测量实践116

3.8　目录说明117

3.9　习题117

第4章　电路122

4.1　MOS晶体管123

4.1.1　MOS器件的结构123

4.1.2 电流-电压特性124

4.1.3　典型的0.35μmCMOS工艺的参数130

4.2　寄生电路元件131

4.2.1　寄生电容131

4.2.2 寄生电阻134

4.2.3　一个典型的器件134

4.2.4　SPICE模型135

4.3　基本的电路形式137

4.3.1　开关网络137

4.3.2 静态CMOS门141

4.3.3 动态电路151

4.3.4 源跟随器与共栅放大器158

4.3.5 电流镜161

4.3.6 源耦合对163

4.3.7 再生电路与钟控放大器170

4.4　电路分析172

4.4.1　定性电路分析172

4.4.2 功耗174

4.5 目录说明177

4.6　习题177

第5章　电源分配181

5.1　电源网络182

5.1.1　局部负载与信号负载183

5.1.2　感性电源噪声184

5.2　局部调节187

5.2.1　钳位器与并联调节器187

5.2.2 串联调节器188

5.3　逻辑负载与片上电源分配194

5.3.1　逻辑电流的轮廓194

5.3.2 IR降197

5.3.3 表面接合199

5.3.5 片上旁路电容200

5.3.4　金属移位200

5.3.6 共生旁路电容201

5.4 电源隔离201

5.4.1　“电源-电源”隔离202

5.4.2　“信号-电源”隔离202

5.5　旁路电容203

5.6　电源分配系统的实例205

5.7 目录说明211

5.8　习题211

6.1　数字系统中的噪声源215

第6章　数字系统中的噪声215

6.2　电源噪声217

6.2.1　单电源噪声218

6.2.2 差分电源噪声219

6.2.3 内部电源噪声与外部电源噪声220

6.3　串扰220

6.3.1　容性线路的串扰220

6.3.2 传输线间的串扰224

6.3.3 信号回路串扰229

6.4　码间干扰231

6.3.4 电源串扰231

6.4.1　阻抗不匹配与反射232

6.4.2　谐振发送器电路233

6.4.3 惯性延迟与隐状态233

6.5　其他噪声源236

6.5.1　α粒子236

6.5.2 电磁场干扰238

6.5.3　工艺变化238

6.5.4 热噪声（约翰逊噪声）240

6.6　噪声管理241

6.5.6 闪烁噪声或1/f噪声241

6.5.5　散粒噪声241

6.6.1　有界噪声与噪声预算242

6.6.2 高斯噪声与误码率245

6.7 目录说明247

6.8　习题247

第7章　信号传输规范252

7.1　两个传输系统的比较253

7.1.2 抗噪声能力与噪声裕量的比较255

7.1.1　信号能量与系统功率255

7.1.3　延迟258

7.1.4　讨论259

7.2　传输系统设计中需要考虑的事项259

7.3　传输线的信号传输模式260

7.3.1　发送器的信号传输方法261

7.3.2 接收器的信号检测265

7.3.3　源端接268

7.3.4 欠端接驱动器271

7.3.5 差分信号传输272

7.4.1　容性传输介质上的信号传输275

7.4　集总传输介质上的信号传输275

7.4.2 通过集总LRC互连的信号传输281

7.5　信号编码287

7.5.1　信号电平数287

7.5.2　信号幅度289

7.5.3 信号转移函数290

7.5.4 纠错码291

7.5.5 脉冲调制式信号传输292

7.5.6 信号电平与延迟293

7.7 习题294

7.6 目录说明294

第8章　高级信号传输方法298

8.1　通过RC互连的信号传输298

8.1.1　电路模型299

8.1.2 中继器300

8.1.3 增加导线宽度与间距301

8.1.4 低摆RC线路的加速驱动301

8.2　驱动有损LC线路303

8.2.1　孤脉冲304

8.2.2　LRC线路的均衡304

8.3　同时双向信号传输306

8.3.1　电流模式双向信号传输307

8.3.2 双向信号传输波形307

8.3.3 差分同时双向信号传输308

8.3.4 电压模式同时双向信号传输310

8.3.5 反向通道串扰310

8.4　AC平衡信号传输与N/M平衡信号传输311

8.4.1 术语312

8.4.2 DC平衡信号的编码313

8.4.3 空间N/M平衡信号传输317

8.5 实例318

8.5.1 逻辑信号传输319

8.5.2 SRAM位线320

8.5.3 片上长导线上的信号传输323

8.5.4 板上芯片到芯片的信号传输324

8.5.5 电缆上的信号传输326

8.6 目录说明328

8.7 习题329

第9章 时序规范331

9.1　两种时序规范的比较332

9.1.1　偏移与抖动分析334

9.1.2 允许的时钟速率335

9.1.3 讨论335

9.2　时序设计中应考虑的问题336

9.3　时序基本原理336

9.3.1　时序术语336

9.3.2 延迟元件的时序性质338

9.3.3 组合逻辑的时序性质339

9.3.4 钟控存储元件的时序性质341

9.3.5 眼图343

9.4　时序编码：信号与事件344

9.4.1　非周期事件编码345

9.4.2 周期信号编码347

9.5　开环同步时序348

9.5.1　全局时钟，边沿触发时序349

9.5.2 电平敏感时钟控制351

9.5.3 流水时序356

9.6　闭环时序360

9.6.1　一个简单的时序环360

9.6.2 相位比较器361

9.6.3 可变延迟线366

9.6.4 捆绑式闭环时序367

9.6.5 每条线路独立配置的闭环时序370

9.6.6 锁相环372

9.6.7 过采样时钟恢复376

9.7 时钟分配378

9.7.1 片外时钟分配379

9.7.2 片上时钟分配382

9.8 目录说明385

9.9 习题386

第10章 同步389

10.1 三种同步策略的比较390

10.2 同步原理391

10.2.1 同步的应用392

10.2.2 同步失效与亚稳定393

10.2.3 时钟域397

10.2.4 “信号-时钟”同步的分类398

10.3　同步器设计399

10.3.1 均步式同步器399

10.3.2 准同步式同步器404

10.3.3 周期性的异步式同步器407

10.3.4 通用异步式同步器408

10.4　异步设计409

10.4.1　可停止的时钟410

10.4.2 异步信号传输协议411

10.4.3 异步模块的设计方法414

10.4.4 异步电路的组合423

10.5 目录说明431

10.6 习题431

11.1　端接434

11.1.1　片上端接与片外端接434

第11章　信号传输电路434

11.1.2 FET端接435

11.1.3 可调节端接器436

11.1.4 自动端接器调节438

11.2　发送器电路440

11.2.1 电压模式驱动器441

11.2.2 自串联端接驱动器445

11.2.3 电流模式驱动器446

11.2.4 上升时间控制450

11.2.5 集总负载的驱动器452

11.2.6 多路复用式发送器453

11.3　接收器电路456

11.3.1 使用静态放大器的接收器457

11.3.2 使用钟控差分放大器的接收器460

11.3.3　积分放大器460

11.3.4 多路分解式接收器462

11.4　静电放电（ESD）保护463

11.4.1　ESD失效机理465

11.4.2 ESD保护器件466

11.5　一个信号传输系统实例472

11.5.1 发送器472

11.5.2　接收器480

11.6 目录说明484

11.7 习题484

第12章　时序电路486

12.1　锁存器与触发器486

12.1.1　电平敏感锁存器486

12.1.2　边沿触发器491

12.1.3 触发器与锁存器中的失效机理495

12.2　延迟线电路500

12.2.1　反相器延迟线500

12.2.2 差分延迟元件503

12.2.3 电路与设计细节507

12.2.4 其他差分时序元件512

12.3　压控振荡器516

12.3.1　一阶振荡器516

12.3.2 二阶振荡器518

12.4　相位比较器522

12.4.1 异或比较器522

12.4.2 边沿触发器式鉴相器523

12.4.3 连续相位检测器524

12.5.1　RC环路滤波器527

12.5　环路滤波器527

12.5.2 电荷泵滤波器529

12.5.3 延迟锁定环路滤波器534

12.6　时钟对准器539

12.6.1 PLL实现与DLL实现的比较539

12.6.2 简单的基于DLL的对准器540

12.6.3　基于相位的对准器541

12.6.4 一个基于相位和延迟的混合时钟对准器543

12.7 目录说明545

12.8 习题545