电路设计技术与技巧（第二版）国外牛人Tim Williams著

06004326 · 发表于 2008-12-2 18:47:50

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国际电子大侠Tim Williams(蒂姆·威廉斯)著

内容简介
本书较全面和系统地讲述了在实际电子电路设计中常见问题和容易忽视的方方面面，涵盖了设计产品所需是的全面知识，包括印制电路板布线和接地、有源和无源器件、模拟和数字集成电路、电源、电磁兼容、安全性和可靠性设计等内容。
本书是高等院校研究生有关可靠电子电路优化设计方面的教材和相关专业本科生的参考用书，也是电子电路设计人员的必备读物
译者序
电子电路设计师的职责是按照需求设计出功能合适的电路并制作出经济、可靠、实用的电子产品。为此，除了设计正确的电原理图外还必须正确选择元器件（有源器件和无源器件）和集成电路、挑选印制电路板并适当布线及合理接地、选配适当的供电电源、考虑电子装置的抗干扰性和电磁辐射，以及使用的安全性和可靠性。电子产品设计中所涉及的这些知识在教科书中较少提及。本书作者Tim Williams依据多年从事电路设计的实际经验总结了在电路设计中所遇到的全面知识，写出了本书。全书共9章，包括接地与布线、印制电路、无源器件、有源器件、模拟集成电路、数字电路、电源、电磁兼容性、产品总体设计等。内容翔实全面，是电子电路设计人员手头必备的参考指南。
本书由周玉坤（第7章至第9章）、靳济方（第4章至第6章）、徐宏（第1章至第3章）等翻译，由薛荣华审校和统稿。参加本书译录校工作并给予大力协助的还有赵继红、闫慧娟、许秀英、王泰东、李可、郭淼、矫克民、李南平、刘晓玉、蔡红志、刘东顺等同志。电子工业出版社的编辑们为此书的出版做了大量艰苦细致的工作。译者谨向他们表示衷心的感谢。

前言
电子电路的设计可以被划分为两个不同的领域:第一个领域将涉及如何设计一个可以完成所指定功能的电路，有时，这些功能的实现需要基于特定的实验室条件；而第二个领域则涉及如何设计同样的电路，以保证它的每个产品模块能完成所规定的功能，而不附加任何其他不期望和未指定的功能，在这个领域中，对产品的可靠性要求总是要高于对产品的寿命要求。当将这一划分引入到对电路的设计技能的讨论中时，这两个领域与设计工程师在学校学习的基本电路理论(欧姆定理、戴维南定理、诺顿定理、基尔霍夫定理、麦克斯韦定理等)以及在工作中学会的(应用中并没有理想的元件，印制电路并不只是布线的集合，以及电子运动有一个令人遗憾的习惯，即绝不严格按照所说明的方式运动)实际经验可以非常完好地吻合。
本书试图将在模拟电路和数字电路设计中遇到的一些零碎的材料进行整合并编写在一起，在学校的教材中这些内容可能是从来就没有被提及到的，并且在其他的相关资料中也很少被证实。换句话说，本书将主要讨论在第二个领域中可能会涉及到的内容。
对这些内容(第二个领域)的认识来自于，作为资深设计工程师在为公司内部的初级工程师岗位招募新人的过程中不断积累的经验，而这些被招募的新人都有相当精彩的模拟设计的基础。渐渐地，我和我的同事发现所有这些被面试的新人，尽管他们都可以提供很高的学历，但他们在电子线路设计的方面，却只是经受过一些很粗浅的训练。他们中间的许多人，能完全胜任像微处理器设计以及一些大型功能模块外围设备的设计，但却会被应用中的简单问题所难倒，例如，PN结的连接特性，或电阻器容差的变化。这样的经历在其他的工业部门中，似乎也是非常普遍的。
学院和大学不会因为重点培养学生掌握处理数字电子学所必备的技能，而受到责备，毕竟数字电子学的应用越来越广泛而且也越来越普及了。但是，如果他们培养的学生不适合工业发展的需要，那么，正是这个不断发展的需求就会让他们认识到这一点，并帮助他们改正错误。遗憾的是，事情好像并非如此简单。来自伦敦“皇家学院”1989年的报告表明，在学校中很少有学生会对模拟设计产生兴趣，由于不适当的教学方式和教材，该类课程被认为“太难了”。而教学机构在不断增加的压力下，也不得不放宽他们对课程的要求，以培养出拥有更多“技能”的工程师，这样的做法，将不得不牺牲对基础性学科的更深入全面的教学。
然而，现实世界就是这样顽固，并且还会这样保持下去。将模拟设计和数字设计划分为两个完全独立的学科，是一种令人不安的倾向，而且这样的做法也不利于形成好的教学效果。数字电路实际上只是模拟电路的一个极端产物，任何透彻了解模拟电路原理的人，都能很好地分析逻辑设备中非常难以掌握的运行机理。正如本书在第6章中所要阐述的，即使是对于相当简单的数字电路，也需要对设计中可能出现的模拟互感作用有正确的认识。但是，任何通过常用传感器与外部世界相互作用的产品，也都必然要包含一些信号变换和电源供给的模拟电路。而实际上，有些产品的最佳实现方式仍只能是采用完全模拟设计的方案。Jim Williams是美国著名的线性电路设计师(他和本书作者没有关系)另一位名叫Jim Williams的电路设计师——译者注。，曾经对此做过简洁描述:“被遗忘在1和0之间的角落才是最精彩的世界。那里才是真正的电子学。”
由于模拟电路的设计似乎越来越不流行了，因而，真正拥有这项技能的人也会越来越少。本书希望能够为那些仍然渴望拥有这一设计技能并且抱有远大理想的设计者提供一种工具。在这里所呈现的是电子学设计中所需要掌握的基本内容；除了对基本线路理论的阐述，本书并不涉及其他的理论描述。同样，本书也不提供标准的线路设计的方案，因为，它们可以在许多其他的相关书籍中找到。取而代之的是，本书将重点讨论一些比结构化电子学更难掌握的命题:接地，温度效应，EMC，元件的组成和特性，以及设备的不完整性，并且将讨论如何进行设计，以帮助人们制作出自己的产品。
我希望本书能尽可能多地为需要它的人提供帮助，这些人包括那些希望扩宽自己基础的、有经验的设计者，以及刚从学院毕业的正面对第一份工作而激动不已的新入门者。获取实践经验的传统方式是在工作中通过实践来进行学习，本书只能增强这种学习方式的效果，而不是取代这种方式。本书是为那些希望在每次完成设计任务时都能直接实现目标的人而编写的，而对于那些指望在设计开始6个月后还能再全部重新设计的人则不适合使用本书。本书并没有表明它会是绝对完整的或是绝对完善的。在电路设计中，无论是设计模拟电路还是设计数字电路，其设计结果都会包含设计者个人的设计艺术，每个设计者都有自己所最擅长的技巧和自己不愿采用的做法。当然本书的最终目标是要激励设计者并鼓励他们对优秀线路设计的追求和探索。
在这里，我必须对多年在一起合作的同事们表示感谢，是他们帮助我理解了线路设计中的精妙，他们对本书编写做出了巨大的贡献，而他们中的一些人对此可能还一无所知:尤其是Tim Price，Bruce Piggott和Trevor Forrest。还有Joyce，耐心接受她的同伴对于写作本书的独特见解。
关于第二版的说明
本书第一版于1990年完成，出版一段时间后，很快就销售一空。但对该书的需求仍然不断。随后书中的错误也逐渐被指出，面对这些问题，最后作者终于被说服再次整理此书，编写它的第二版。出版的目的还是一样，但是相关的技术在这14年间也进步了许多，因此，第二版中将第一版中出现的一些错误进行了纠正，并且有些章节的内容也被扩充了。我很感谢曾经建议更新本书的人，特别是John Knapp 和 Martin O’Hara，我希望第二版能像第一版那样，继续为需要它的人们提供同样的帮助。

Tim Williams
2004年7月

Chapter 1 Grounding and wiring
1.1 Grounding
1.2 Wiring and cables
1.3 Transmission lines
Chapter 2 Printed circuits
2.1 Board types
2.2 Design rules
2.3 Board assembly: surface mount and through hole
2.4 Surface protection
2.5 Sourcing boards and artwork
Chapter 3 Passive components
3.1 Resistors
3.2 Potentiometers
3.3 Capacitors
3.4 Inductors
3.5 Crystals and resonators
Chapter 4 Active components
4.1 Diodes
4.2 Thyristors and triacs
4.3 Bipolar transistors
4.4 Junction Field Effect transistors
4.5 MOSFETs
4.6 IGBTs
Chapter 5 Analogue integrated circuits
5.1 The ideal op-amp
5.2 The practical op-amp
5.3 Comparators
5.4 Voltage references
5.5 Circuit modelling
Chapter 6 Digital circuits
6.1 Logic ICs
6.2 Interfacing
6.3 Using microcontrollers
6.4 Microprocessor watchdogs and supervision
6.5 Software protection techniques
Chapter 7 Power supplies
7.1 General
7.2 Input and output parameters
7.3 Abnormal conditions
7.4 Mechanical requirements
7.5 Batteries
Chapter 8 Electromagnetic compatibility
8.1 The need for EMC
8.2 EMC legislation and standards
8.3 Interference coupling mechanisms
8.4 Circuit design and layout
8.5 Shielding
8.6 Filtering
8.7 Cables and connectors
8.8 EMC design checklist
Chapter 9 General product design
9.1 Safety
9.2 Design for production
9.3 Testability
9.4 Reliability
9.5 Thermal management
内容简介
本书较全面和系统地讲述了在实际电子电路设计中常见问题和容易忽视的方方面面，涵盖了设计产品所需是的全面知识，包括印制电路板布线和接地、有源和无源器件、模拟和数字集成电路、电源、电磁兼容、安全性和可靠性设计等内容。
本书是高等院校研究生有关可靠电子电路优化设计方面的教材和相关专业本科生的参考用书，也是电子电路设计人员的必备读物。
目录
第1章接地与布线
1.1 接地
1.1.1 单元内部的接地
1.1.2 机壳地
1.1.3 铝的传导率
1.1.4 接地回路
1.1.5 电源回馈 (电源地)
1.1.6 输入信号接地
1.1.7 输出信号接地
1.1.8 板间接口信号
1.1.9 星-点接地
1.1.10单元间的接地连接
1.1.11屏蔽
1.1.12安全地
1.2 导线与电缆
1.2.1 导线类型
1.2.2 电缆类型
1.2.3 电力电缆
1.2.4 数据电缆和多芯电缆
1.2.5 RF电缆
1.2.6 双绞线
1.2.7 串扰
1.3 传输线
1.3.1 特性阻抗
1.3.2 时域
1.3.3 频域
第2章印制电路
2.1 板的类型
2.1.1 材料
2.1.2 结构类型
2.1.3 类型选择
2.1.4 尺寸选择
2.1.5 多层板的制作
2.2 设计规则
2.2.1 导线宽度和间距
2.2.2 孔径和焊盘尺寸
2.2.3 导线布线
2.2.4 接地和配电
2.2.5 铜膜电镀及其修整
2.2.6 阻焊层
2.2.7 电路终端和连接器
2.3 板子装配:表面安装和过孔
2.3.1 表面安装设计的规则
2.3.2 插件位置
2.3.3 元件标识
2.4 表面保护
2.4.1 保护
2.4.2 保形涂覆
2.5 源板和工艺图
2.5.1 工艺图
2.5.2 制板
第3章无源元件
3.1 电阻器
3.1.1 电阻器的类型
3.1.2 容差
3.1.3 温度系数
3.1.4 功率
3.1.5 电阻器中的电感
3.1.6 脉冲处理
3.1.7 极端值电阻
3.1.8 可熔的保险电阻
3.1.9 电阻网络
3.2 电位器
3.2.1 电位器的类型
3.2.2 面板安装类型
3.2.3 电位器的应用
3.3 电容器
3.3.1 金属化膜和纸质电容器
3.3.2 多层陶瓷
3.3.3 单层陶瓷电容器
3.3.4 电解电容器
3.3.5 固体钽电解电容器
3.3.6 电容器的应用
3.3.7 串联电容器和直流漏电
3.3.8 介质吸收
3.3.9 电容器的自谐振
3.4 电感器
3.4.1 导磁率
3.4.2 电感器中的固有电容
3.4.3 电感器的应用
3.4.4 电感瞬变的危险
3.5 晶体和谐振器
3.5.1 谐振器
3.5.2 振荡器电路
3.5.3 温度
3.5.4 陶瓷谐振器
第4章有源元件
4.1 二极管
4.1.1 正向偏置
4.1.2 反向偏置
4.1.3 漏电流
4.1.4 高频性能
4.1.5 开关时间
4.1.6 肖特基二极管
4.1.7 稳压二极管
4.1.8 用做箝位的稳压管
4.2 晶闸管和双向晶闸管
4.2.1 晶闸管和双向晶闸管的比较
4.2.2 触发特性
4.2.3 误触发
4.2.4 导通
4.2.5 开关
4.2.6 缓冲
4.3 双极型晶体管
4.3.1 泄漏
4.3.2 饱和
4.3.3 复合晶体管
4.3.4 安全工作区
4.3.5 增益
4.3.6 开关和高频特性
4.3.7 分级
4.4 结型场效应晶体管
4.4.1 夹断
4.4.2 应用
4.4.3 高阻抗电路
4.5 MOS场效应管
4.5.1 低功率MOSFET
4.5.2 VMOS功率场效应管
4.5.3 栅极驱动的阻抗
4.5.4 开关速度
4.5.5 导通状态的电阻
4.6 IGBT
4.6.1 IGBT的结构
4.6.2 相对于MOSFET和双极型晶体管的优点
4.6.3 缺点
第5章模拟集成电路
第6章数字电路
第7章电源
第8章电磁兼容性
第9章产品总体设计
附录标准
参考文献