嵌入式系统电子应用设计_[美]杰里·图米(Jerry Twomey) 著_9787519899608

本书的主要内容包括：理想与现实，连接、组件、数字、信号。嵌入式系统架构设计。根据应用、速度、距离选择数字接口。多电压电源供应。高频电源完整性。电池和充电系统。EMI（电磁干扰）降低和ESD（静电放电）保护。驱动和传感外围设备。数字反馈控制系统。功耗和成本优化。特殊系统：消费类、医疗类、工业类、汽车类、航空航天类。包括可制造性、产量和低噪声的PCB（印刷电路板）设计。

前言我为什么写这本书尽管多数学术教程已经详述了电子学的理想理论，本书中介绍的方法却不尽相同，这里更多聚焦于在充满挑战的现实环境中能够行之有效的设计方法。这些主题的灵感来自我为客户那些不可靠的或有问题的设备进行故障排查的经验。本书内容来源于过去我对有缺陷的电子产品的维修经验，以及用于指导设计师在开发可靠产品过程中解决重要问题的辅导课程。许多类似的事件促使我发表了一系列涉及相关主题的杂志文章，自然而然地促使我想要创作这本书。本书适合谁这是一本适合工程师、科学家和其他任何想要设计一个电子系统的设计师阅读的参考书。应用型嵌入式电子学这一术语涵盖了各种各样的电子设备，包括嵌入式控制器、手机、医疗仪器、计算机和平板电脑、所有消费电子产品、工业机器人、自动化系统，以及数不胜数的其他系统。所有使用数字控制方法的电子设备都属于这个广义的范畴。本书讨论的主题对于以上这些设备都是通用的。这里强调的是硬件设计，也就是实际电路和系统，同时也会简要介绍下编码和软件问题。如果本书的读者具有一定的工程或科学背景并掌握一些基础电子学知识，那么本书的内容将会更加容易被理解。不断发展的设计方法：一种不同的方法电子学教科书往往分为三类。第一类包括学术界向工程专业学生介绍特定主题的教科书。这些书使用一种理论方法，通常进行了简化并重点关注没有二阶效应和问题的理想情况。第二类包括向业余爱好者和非专业试验者解释电子产品的书籍。尽管这些书拥有量的追随者，但它们往往只介绍一些众所周知的基础知识，并专注于商业产品中未使用的方法。第三类则主要是供执业工程师参考的书籍。这些书深入探讨了技术的特定方面，却没有深入研究在功能产品中使用这些技术时所需关注的周边问题。本书采用了不同于以上三类的方式。现代科技已经发展到系统级芯片（SoC）时代，量的深度技术研究已被集成到专用集成芯片（ASIC）中。因此，IC 设计者需要有技术深度，但系统和印刷电路板（PCB）设计师则需要一种不同的系统设计方法。本书的重点是针对整个系统，并特别关注那些确保系统在所有条件下都能可靠且正常运行的重要部分。本书的观点是，现代电子产品应尽可能使用SoC 方法，而创作者需要根据设计要点将这些设备整合到一个更的系统中。为此，这里的重点是解释所有电子系统共有的重要概念，并使用量图形和最小方程来说明这些概念。电子系统的发展呈现出两种截然不同的趋势。首先，数字信号处理和数字控制方法会尽可能取代模拟方法。在现代电子系统中，现实世界的模拟信息会被尽快等价转换为数字数据。其次，不断追求更高水平的集成。从历史上看，曾经有无数的分立式晶体管和电路演变成更加模块化的运算放器、宽带放器、ADC、DAC 和逻辑门。模块化水平随着所针对的特定应用进一步发展到更高级别的集成。只要产品数量使其具有成本效益，专用IC 就会不断被创造，进而实现单芯片覆盖整个系统。对于这些单芯片产品，只需要添加一个电源和外部连接，（理论上）你就可以实现相应的功能。更复杂的系统通过一系列特定应用的模拟前端（AFE）连接到外部世界，并为数字控制器提供数据接口。理想情况下，设计人员只需选择合适的数字控制器并编写代码来处理和控制数据流，他们就拥有了一个产品。现代电子系统的问题往往出现在噪声干扰信号、数据链路可靠性、电源系统稳定性、电池容量不足、辐射EMI、驱动器和传感器电路故障、反馈控制配置不当、监管测试失败，以及代码编写不当等。通过本书列出的方法，设计人员可以避免上述这些问题并开发出可靠且鲁棒性高的产品。随着电子产品的发展，设计师的技能也发生了变化。晶体管级电路现在是IC设计师的领域，现代电子系统设计师已经变得更加熟练于编码和数字方法。本书的结构本书的许多主题相互交织，需要从不同的角度进行讨论。在本书中，进一步讨论（FDI）代表这里有交叉引用（例如FDI: EssentialsFDI: ArchitectureFDI: EMI & ESDFDI: Power等），相应的补充信息可以在本书的其他地方找到。此外，每一章都包含一个拓展阅读部分，供那些寻求更多资源的人使用。本书涵盖以下主题：第1 章，基本概念（Essentials）首先，本章确保所有读者对现实世界的电子产品有共同的基础知识。本章会向读者介绍电子产品的非理想本质、学术简化如何产生误导、连接阻抗如何影响性能、寄生耦合问题、非理想接地和接地反弹，以及非理想组件等许多问题。第2 章，系统架构（Architecture）这一切是如何结合在一起的？你应该使用什么处理器？每个系统都有要监测的东西、要控制的东西和要处理的信号。本章讨论了设计系统架构时总体的考虑因素，包括了解数字控制器的功能、选择合适的数字控制方法以及对系统进行分区。此外，本章还讨论了信号处理方法、芯片组的使用，以及如何创建数字主导的系统架构。第3 章，鲁棒的数字通信（Digital）设备之间进行数字信息传递可能需要许多不同的策略，具体取决于数据速率、传输距离和应用环境。有线和无线数字接口的能力和局限性均需经过审核。第4 章，电力系统（Power）所有系统都需要可靠、安全的电力和能源效率。本章主题包括交流电源安全、接地保护和双绝缘交流安全、最薄弱环节的保护方法、交流/ 直流转换器、线性稳压器、低压差稳压器、降压开关稳压器、升压开关稳压器、配置多稳压器电源系统、旁路和去耦方法、电源转换器的噪声优化、数字电流瞬变的特殊挑战、电网的高频稳定性以及整个系统的控制电源排序。第5 章，电池电源（Battery）电池电源对于现代设备至关重要，包括插入式设备，这些设备通常具有内部电池，可以在断电期间保护关键系统。本章介绍了电池化学类型、可充电和一次性电池的选择、电流容量、预计电池寿命、计算时间和放电曲线，以及如何设计电池组和充电系统。第6 章，电磁干扰和静电放电（EMI & ESD）多数电子系统都会产生电子噪声并辐射噪声能量。任何商业产品都必须满足法律规定的辐射噪声能量限制。本章介绍了使系统更安静并且不干扰其他设备的技术。此外，系统还会暴露于电子噪声和静电放电事件中，因此本章还介绍了如何设计一个抗噪声并能承受静电放电而不致损坏的系统。第7 章，数据转换器：ADC 和 DAC（ADC & DAC）本章讨论了数据转换器的重要性能参数，还研究了常用PWM DAC 的局限性，并介绍了提高性能的电路技术。第8 章，驱动外围设备（Drive）本章介绍了用于驱动电机、执行器、灯、视觉显示器、扬声器和其他设备的方法，还讨论了使用功率晶体管和针对不同应用选择适合的器件。第9 章，传感外围设备（Sense）本章研究了测量温度、气压、力、加速度、速度、位置等参数的方法。由于应用环境的原因，传感器信息可能存在噪声或不一致。本章介绍了处理原始传感器信息的方法，使其对于数字控制器来说既可用又可靠。第10 章，数字反馈控制（Control）驱动和传感外设可用作反馈控制环路的一部分。经典的模拟控制系统方法基本上已经过时，多数现代设备都使用数字方法。本章研究了行业流行的数字PID 控制和轨迹管理方法。第11 章，PCB 原理图（PCB）实现PCB 设计需要合适的接地和电源策略、良好的信号完整性和噪声隔离，以及内置测试策略。本章对原理图组织、组件选择、封装创建、机械安装、PCB 层、物理设计规则、布局策略、互连RLC、层间连接过孔、传输线、制造说明和制造文件都进行了讨论。第12 章，软件和编码（Code）本章涵盖的主题包括实时操作系统、端口和处理器配置、开发设备驱动程序、外围通信代码、防御性编码方法、故障自我恢复技术、看门狗定时器和多控制器编码。第13 章，特殊系统和应用（Special）并非所有电子系统都采用相同的方法和优先级进行设计。监管限制和合规性推动了许多领域的设计。本章探索了航空电子设备、航天电子设备、军事、医疗、汽车、消费和工业自动化领域的特殊要求。第14 章，创造杰出的产品（Great Products）通过前面几章探讨了对于技术挑战的解决方案，本章提供了非技术问题的简要示例，包括营销和产品需求、了解目标市场、解决客户问题的产品、可行的产品定价、受时间窗口限制的市场、产品易用性、设计团队考虑因素、避免功能蔓延的最小化设计、易于制造以及获得客户反馈。所有这些主题对于一个成功的、强且可靠的电子系统都是至关重要的。设计人员可以将一组外围设备连接到数字控制器，但如果设计人员不解决此处探讨的重要问题，系统将无法可靠运行。设计师常常以惨痛的方式认识到这一点：一个新设计被推出时无法正常工作、现场突然出现故障或由于监管测试失败而导致产品发布延迟。电子技术的讨论使用了量的缩略语，本书也不例外。这里的多数首字母缩略词都是常用的，不需要为读者进行定义说明。若将本书用作特定主题答案的参考书，读者或许不会从头到尾阅读本书。因此，缩略语包含在词汇表中以方便参考。让我们开始吧！Jerry Twomey圣地亚哥，2023 年10 月effectiveelectrons.com排版约定本书采用以下排版约定。斜体（Italic）表示新术语、URL、电子邮件地址、文件名和文件扩展名。等宽字体（Constant width）表示程序清单，在段落内表示程序元素，例如变量、函数名称、数据库、数据类型、环境变量、语句和关键字。粗体等宽字体（Constant width bold）表示应由用户原封不动输入的命令或其他文本。斜体等宽字体（Constant width italic）表示应该替换成用户提供值的文本，或者由上下文决定的值。OReilly 在线学习平台（OReilly Online Learning）近40 年来，OReilly Media 致力于提供技术和商业培训、知识和卓越见解，来帮助众多公司取得成功。公司独有的专家和改革创新者网络通过OReilly 书籍、文章以及在线学习平台，分享他们的专业知识和实践经验。OReilly 在线学习平台按照您的需要提供实时培训课程、深入学习渠道、交互式编程环境以及来自OReilly 和其他200 多家出版商的量书籍与视频资料。更多信息，请访问网站：https://www.oreilly.com/。联系我们任何有关本书的意见或疑问，请按照以下地址联系出版社。美国：OReilly Media, Inc.1005 Gravenstein Highway NorthSebastopol, CA 95472中国：北京市西城区西直门南街2 号成铭厦C 座807 室（100035）奥莱利技术咨询（北京）有限公司我们有本书的网页，其中列出了勘误表、示例和任何其他补充内容信息。你可以通过https://oreil.ly/applied-embedded-electronics 访问此页面。有关我们的书籍和课程的新闻和信息，请访问https://oreilly.com。我们的Facebook：http://facebook.com/oreilly。我们的Twitter：http://twitter.com/oreillymedia。我们的YouTube：http://youtube.com/oreillymedia。致谢本书的前半部分是在疫情期间完成的，因此，首先要特别感谢那些无法待在家里的医护人员、急救人员和一线工作人员。你们所有人都帮助了我们守护生命和安全。谢谢你们！然后，非常感谢OReilly 团队和帮助将所有内容整合在一起的技术审阅者。没有你们的努力，我不可能完成这件事。谢谢你们！最后，非常感谢我所有的朋友和家人，他们在我努力完成本书的过程中容忍了我对生活的有限参与。这是一个漫长的过程，非常感谢你们的耐心和支持。谢谢你们！

目录
前言 1
第1 章基本概念 9
1.1 基础电子学 .9
1.2 学术界的理想简化 12
1.3 互连 .12
1.4 基本组件17
1.4.1 电容 17
1.4.2 电阻 21
1.4.3 电感器 23
1.4.4 电压源和电池 25
1.4.5 电流源 26
1.4.6 开关和继电器 26
1.4.7 运算放器 27
1.4.8 电压比较器 28
1.5 非理想数字设备 29
1.6 信号完整性 33
1.7 总结和结论 34
1.8 拓展阅读35
第2 章系统架构 37
2.1 传统设计方法 .38
2.1.1 仿真或构建 38
2.1.2 通孔/ 引线元件（已过时） 38
2.1.3 离散门电路（已过时） 38
2.2 现代设计方法 .39
2.2.1 主流数字设计 42
2.2.2 DSP 方法：多功能性和局限性 43
2.2.3 数字控制方法：DCU、MCU、MPU、FPGA、CPLD、ASIC 46
2.3 MCU 和MPU 规范中的术语 47
2.4 硬件控制器 49
2.5 软件控制器 50
2.6 计算机与控制器 51
2.6.1 树莓派RPi（MPU）与Arduino（MCU） 51
2.6.2 多用途MCU 和专用MCU .52
2.7 芯片集方法 53
2.8 系统架构选项 .55
2.8.1 确定外设和互连 60
2.8.2 避免串行通信瓶颈 .65
2.8.3 使用直接内存访问（DMA）传输数据 65
2.8.4 确定DSP 的方法 .66
2.8.5 检查DSP 瓶颈 .68
2.8.6 提高DSP 速度 .70
2.8.7 确定DCU 内部功能 71
2.9 物理封装注意事项 76
2.10 片外功能和支持 .77
2.11 整合 79
2.12 选择DCU 配置和MCU/MPU .79
2.12.1 特色功能或特点 79
2.12.2 多MCU 系统 80
2.12.3 通用MCU 系统 .80
2.12.4 选择特定的MCU .81
2.13 总结和结论 81
2.14 拓展阅读 .82
第3 章鲁棒的数字通信 .85
3.1 数字信号、物理考虑因素和连接 .86
3.1.1 地参考数字信号的局限性 86
3.1.2 低压差分信号 87
3.1.3 组织互连以提高速度和信号完整性 89
3.1.4 集合式网络与分布式网络 91
3.1.5 时钟分配 .99
3.2 数字通信：并行端口与串行端口 104
3.3 串行端口的时钟方法 105
3.3.1 起始边沿同步 .105
3.3.2 并行时钟 106
3.3.3 曼彻斯特代码自时钟106
3.3.4 嵌入式时钟和游程长度受限码 107
3.4 数字通信：特征和定义 108
3.5 串行数据：共享接地，低速 . 111
3.5.1 通用异步收发器 111
3.5.2 集成电路和系统管理总线 113
3.5.3 串行外设接口 . 115
3.5.4 单线接口 116
3.6 串行数据：共享接地，高速 . 117
3.7 板之间或系统之间的数据：有线方法 . 118
3.7.1 RS-232：通过电缆传输的串行数据 119
3.7.2 RS-485：通过电缆传输的差分串行数据 .121
3.7.3 控制器局域网 .123
3.8 计算机系统的串行数据 124
3.8.1 通用串行总线 .125
3.8.2 串行ATA 127
3.8.3 快速外设组件互连PCIe 128
3.8.4 以太网 130
3.9 无线串行接口 132
3.9.1 无线网络Wi-Fi .132
3.9.2 蓝牙 .133
3.9.3 低功耗蓝牙 .134
3.9.4 ZigBee 135
3.9.5 Z-Wave 137
3.9.6 自适应网络拓扑 137
3.10 其他数据通信方法 137
3.10.1 红外线 .137
3.10.2 光纤数据：又快又远 137
3.10.3 JTAG：用于测试和配置的PCB 访问 .138
3.11 总结和结论 .140
3.12 拓展阅读 141
第4 章电力系统 . 145
4.1 分相交流电源 146
4.2 交流电源安全性：定义问题 .147
4.2.1 高低压分区 .147
4.2.2 安全故障方法和单一故障安全场景 149
4.2.3 过流保护方法和最薄弱环节 150
4.3 交流/ 直流转换 152
4.3.1 经典方法：60Hz 变压器 152
4.3.2 离线切换器 .153
4.4 多PCB 系统：使用局部电源调节 .154
4.5 直流/ 直流转换：线性与开关 .155
4.5.1 线性稳压器：概念 155
4.5.2 发射极跟随稳压器与低压差线性稳压器LDO 156
4.5.3 开关降压转换器 157
4.5.4 开关升压转换器 160
4.5.5 开关降压?C 升压转换器 .161
4.6 选择稳压器并配置电源系统 .162
4.6.1 使用电源监视器 166
4.6.2 电源旁路、去耦和滤波 .166
4.6.3 降低辐射噪声：RC 缓冲器、铁氧体和滤波器 .167
4.6.4 降低功率输出噪声：阻尼LPF 网络和级联稳压器 .168
4.7 数字逻辑导致电网电流浪涌 .168
4.7.1 低阻抗电源和接地层169
4.7.2 电源旁路滤波：分布式稳定 170
4.7.3 高频旁路电容器 171
4.7.4 电源旁路电容值和分布 .173
4.8 总结和结论 176
4.9 拓展阅读.177
第5 章电池电源 . 179
5.1 电池基础知识：定义 179
5.1.1 可充电或一次性电池的决策指南 .184
5.1.2 定义电源要求 .185
5.1.3 电池放电与功能电压范围的关系 .186
5.1.4 按化学成分分类的电池类型 187
5.1.5 电池的放电行为 191
5.2 设计电池组：单次使用和多节电池195
5.3 设计可充电定制电池组 198
5.4 电池充电.204
5.5 智能电池.206
5.6 电池法规和安全 .208
5.7 其他能量存储和访问方法 .209
5.7.1 超级电容 210
5.7.2 氢燃料电池 .210
5.7.3 液流电池 211
5.7.4 无线充电 212
5.7.5 固态电池 214
5.8 总结和结论 215
5.9 拓展阅读.216
第6 章电磁干扰和静电放电 219
6.1 初步想法.220
6.1.1 固有噪声 221
6.1.2 处理EMI 的总体策略 222
6.1.3 法规和要求 .223
6.1.4 噪声耦合的可视化 225
6.1.5 EMI 频域分析 227
6.2 接地 234
6.3 减少交流电源的传导辐射 .238
6.4 电缆互连策略 239
6.5 从源头减少噪声产生 241
6.5.1 时钟更慢，过渡更柔和 .242
6.5.2 使用LVDS 的数字数据可降低EMI 243
6.5.3 使用扩频时钟降低EMI 243
6.5.4 降低开关模式电源的EMI 244
6.5.5 意料之外的EMI 天线 246
6.5.6 电机上的EMI 抑制 .246
6.6 减少板载设备之间的噪声耦合 247
6.6.1 识别话家和敏感的倾听者 248
6.6.2 针对噪声对PCB 进行平面规划 249
6.6.3 遏制或防止EMI 的法拉第笼方法 251
6.7 降低电路对噪声的敏感度 .252
6.7.1 噪声敏感的高阻抗节点 .252
6.7.2 差分信号的抗噪性 253
6.7.3 通过带宽限制实现抗噪性 254
6.8 抑制进出系统的噪声：法拉第笼技术 .257
6.9 静电放电保护 260
6.10 总结和结论 .267
6.11 拓展阅读 269
第7 章数据转换器：ADC 和DAC . 271
7.1 DAC 性能基础知识 271
7.2 ADC 性能基础 .277
7.3 ADC 输入的抗混叠滤波器 281
7.4 脉冲宽度调制DAC 282
7.5 通过直接数字合成生成任意波形 287
7.6 总结和结论 289
7.7 拓展阅读.289
第8 章驱动外围设备 291
8.1 开关驱动电路 292
8.1.1 高压侧和低压侧开关292
8.1.2 功率负载隔离 294
8.1.3 驱动信号策略 .295
8.1.4 功率晶体管选择 296
8.1.5 功率晶体管热性能 301
8.1.6 驱动LED 和蜂鸣器.304
8.2 选择静态显示器 .308
8.3 流媒体视频输出 .310
8.4 驱动感性负载 310
8.4.1 开关电感器中的瞬态电流 310
8.4.2 驱动电磁阀和继电器312
8.5 H 桥驱动电路 314
8.6 驱动直流电机 317
8.6.1 电机选择 318
8.6.2 有刷直流电机驱动电路 .319
8.6.3 无刷直流电机：单相和三相 320
8.6.4 带集成控制电子设备的电机 321
8.6.5 步进电机 322
8.6.6 音圈电机 324
8.6.7 滞流和防止自毁 325
8.7 音频输出.327
8.8 总结和结论 328
8.9 拓展阅读.329
第9 章传感外围设备 331
9.1 无处不在的传感器 .332
9.2 传感器输出类型 .333
9.3 传感器数据采集和校准 335
9.3.1 数据采集方法 .335
9.3.2 传感器校准 .336
9.3.3 传感器响应时间 336
9.4 双状态器件：开关、光断路器和霍尔传感器 337
9.5 位置和旋转编码器 .339
9.6 模拟线性传感器：近距离观察 341
9.6.1 模拟传感器的特性 342
9.6.2 模拟传感器的信号处理 .344
9.6.3 传感器校准 .346
9.6.4 电流检测方法 .348
9.6.5 电压检测 350
9.7 传感器的具体应用 .351
9.7.1 压力传感器 .351
9.7.2 温度传感器 .353
9.7.3 应变仪 356
9.7.4 声音和麦克风 .360
9.7.5 图像传感器和摄像机364
9.7.6 触摸屏 367
9.8 总结和结论 371
9.9 拓展阅读.372
第10 章数字反馈控制 . 375
10.1 顺序控制和反馈控制概述376
10.2 数字与模拟电路方法 .378
10.3 初步定义和概念 380
10.3.1 传递函数、框图和基本反馈 381
10.3.2 瞬态响应术语 383
10.4 DUC 性能选择 385
10.5 顺序控制 390
10.6 模拟控制系统的选择重点395
10.6.1 线性系统和近似值 397
10.6.2 稳定控制环的波特图 399
10.6.3 增益和相位响应的波特图 .401
10.6.4 控制环路增益和相位的波特图 403
10.6.5 积分和微分响应的波特图 .405
10.6.6 固定时间延迟的波特图 406
10.7 过渡到数字控制 407
10.7.1 确定DUC 的稳定性 .409
10.7.2 DAC 的性能要求 410
10.7.3 控制数学的准确性 412
10.7.4 ADC 的性能要求 412
10.7.5 ADC 采样率确定 412
10.7.6 ADC 和DAC 的最终选择 .414
10.7.7 提高相位裕度的双时钟策略 414
10.7.8 数字梯形积分 415
10.7.9 数字积分：限制积分饱和 .416
10.7.10 基于相邻样本的数字微分 416
10.7.11 DSP 中的附加时间延迟 417
10.8 PID 控制实现 .418
10.8.1 响应变量：P、I、PI 和PID .421
10.8.2 增益调整的典型效果 425
10.8.3 Ziegler Nichols（Z-N）调谐 425
10.8.4 Chien-Hrones-Reswick（CHR）调谐 428
10.9 组件方差和控制调整 .431
10.10 自适应控制方法.432
10.11 轨迹控制方法 .434
10.12 总结和结论 438
10.13 拓展阅读 440
第11 章 PCB 原理图 443
11.1 PCB 术语 .444
11.2 PCB 设计（EDA）工具 447
11.3 入门 448
11.4 元件选择 448
11.4.1 选择RLC 组件 448
11.4.2 选择板外电线的连接器 451
11.4.3 选择IC 封装 .452
11.4.4 核查元器件停产风险与批量供应能力 .453
11.5 测试访问和接口端口 .454
11.6 电路原理图 .455
11.6.1 电路原理图和一般组织结构 .455
11.6.2 集成电路的符号组织 458
11.6.3 占位符和不填充组件 .459
11.6.4 提供清楚的注释 .459
11.6.5 避免模棱两可 460
11.6.6 需要特别注意的事项 460
11.7 物料清单 461
11.8 定义物理层、控制层和数据层 .461
11.9 定义元件封装 462
11.10 PCB 的机械定义 464
11.10.1 公制与英制测量 465
11.10.2 PCB 安装 .465
11.10.3 通过机械安装进行电气接地 466
11.10.4 钻孔间距和保留区 466
11.10.5 连接PCB 的电缆 .467
11.10.6 PCB 对齐参考 467
11.10.7 保形涂层 .468
11.10.8 使用钉床的测试夹具 .468
11.11 定义PCB 层堆叠 469
11.12 层间电容 474
11.13 物理设计规则 .475
11.14 元件布局策略 .481
11.15 一般互连方法 .484
11.15.1 RLC 寄生效应的简单估计 484
11.15.2 最走线电流 485
11.15.3 确定最小几何走线要求 486
11.16 通孔和微通孔 .488
11.17 导热通孔 491
11.18 专用互连方法 .493
11.18.1 差分信号布线 493
11.18.2 微带传输线 .493
11.18.3 带状线传输线 494
11.18.4 差分微带线和带状线 .495
11.18.5 开尔文连接 .495
11.19 EMI 和ESD 策略 496
11.19.1 完整的接地层以降低EMI 496
11.19.2 淹没式信号层接地以降低EMI.497
11.19.3 ESD 互连 .498
11.19.4 高频电源旁路方法 499
11.20 制造和装配特性 .499
11.20.1 一致的铜覆盖率 500
11.20.2 面板化和分割方法 500
11.20.3 制作说明 .501
11.20.4 制造（Gerber）文件 .503
11.21 总结和结论 504
11.22 拓展阅读 505
第12 章软件和编码 . 507
12.1 编码语言 508
12.2 操作系统 508
12.2.1 选择RTOS 509
12.2.2 其他RTOS 注意事项 513
12.3 配置端口和处理器 513
12.4 设备驱动程序 515
12.4.1 可移植性问题 516
12.4.2 外设通信 516
12.4.3 启动外设通信 517
12.4.4 设备驱动特性 518
12.4.5 DD 代码的模块化/ 层次结构 518
12.4.6 DD 测试 .519
12.5 防御性编码方法 519
12.5.1 预处理数据输入（无效数据） 520
12.5.2 预处理数据输入（带宽限制） 520
12.5.3 预处理数据（人工输入） .520
12.5.4 后台重新初始化 .521
12.5.5 看门狗定时器 523
12.5.6 多控制器编码 524
12.6 对条理清晰代码的几点建议 525
12.7 总结和结论 .526
12.8 拓展阅读 527
第13 章特殊系统和应用 . 529
13.1 不同电子产品用于不同的优先事项 530
13.2 设计重点事项 530
13.2.1 产品成本 530
13.2.2 质量和可靠性 530
13.2.3 功耗 531
13.2.4 安全性 .531
13.2.5 向后兼容性531
13.2.6 坚固耐用和用户滥用 531
13.2.7 维修能力 532
13.3 对开发流程的合规监管要求 532
13.4 风险分析 537
13.5 航空电子（航空电子设备） 539
13.5.1 设计重点 540
13.5.2 特殊需求 540
13.5.3 法规、认证和批准 540
13.6 卫星和航天器（航天电子设备） 541
13.6.1 辐射 542
13.6.2 热极限 .543
13.6.3 振动、冲击和加速 543
13.6.4 真空环境 543
13.6.5 部件选择和NASA 批准的零件 544
13.6.6 PCB 材料和布局 545
13.6.7 航天器的有限寿命 545
13.6.8 法规、认证和批准 547
13.7 军事电子 548
13.7.1 设计重点和独特要求 549
13.7.2 法规、认证和批准 550
13.8 医疗器械 551
13.8.1 法规、认证和批准 553
13.8.2 整个EMC 测试中的功能正常 .555
13.8.3 特殊需求 555
13.8.4 软件和固件的监管要求 559
13.9 汽车 559
13.9.1 典型电子控制单元 560
13.9.2 设计重点和特殊需求 562
13.9.3 法规、认证和批准 563
13.10 消费电子产品 .567
13.10.1 设计重点 .567
13.10.2 特殊兴趣团体、技术联盟和技术标准 569
13.10.3 法规、认证和批准 .570
13.10.4 限制有害物质 571
13.10.5 化学品注册、评估、许可和限制（REACH） .571
13.11 工业自动化 571
13.12 总结和结论 574
13.13 拓展阅读 575
第14 章创造杰出的产品 . 579
14.1 创造能解决问题或满足需求的产品 580
14.2 确定目标市场 581
14.3 确定客户想要什么 581
14.4 研究竞争产品 583
14.5 定义价值主张 583
14.6 确定可行的定价 583
14.7 确定适当的市场窗口时间584
14.8 建立联盟和战略合作伙伴584
14.9 注重易用性 .585
14.10 确定所需资源 .586
14.11 获得设计规范共识 586
14.12 最小设计和功能迭代 586
14.13 尽早识别障碍 .587
14.14 获取用户对原型的反馈 .587
14.15 易于制造 588
14.16 总结和结论 588
14.17 拓展阅读 589
缩略语 591

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