基于HyperLynx 9.0的信号和电源完整性仿真分析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周润景，贾雯编著 著

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店铺： 文轩网旗舰店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121303371

商品编码：11094386125

出版时间：2017-01-01

靖舒（JINGSHU）

《精进PCB设计：时域与频域的信号与电源完整性深度解析》 在现代电子产品飞速发展的浪潮中，PCB（Printed Circuit Board）设计的重要性日益凸显。随着集成电路集成度的不断提高，信号传输速率的几何级增长，以及电源需求的日益精细化，PCB设计面临着前所未有的挑战。一个设计不良的PCB，即使采用了最先进的芯片，也可能导致信号失真、电源噪声过大，最终影响产品的性能、可靠性甚至导致失败。因此，掌握一套系统、严谨的信号与电源完整性（Signal Integrity, SI & Power Integrity, PI）分析方法，成为每一位PCB设计师、硬件工程师以及相关技术从业者必备的核心技能。 本书旨在为读者构建一个全面而深入的信号与电源完整性分析理论框架，并辅以丰富的实践指导，帮助您在PCB设计流程中有效识别、预测并解决潜在的SI/PI问题。我们不局限于任何特定软件版本，而是侧重于信号与电源完整性分析背后的物理原理、关键概念以及通用的分析方法论，使得本书的内容具有长远的参考价值，能够帮助读者理解任何主流SI/PI仿真工具的工作机制，并能够灵活运用。 第一部分：信号完整性（SI）精要 信号完整性是确保数字信号在PCB传输过程中，能够以足够的保真度从发送端到达接收端的关键。它涉及信号的上升/下降时间、传输延迟、抖动、串扰、反射等一系列复杂现象。 第一章：数字信号传输的物理基础 1.1 传输线的本质与特性：我们将从最基本的电磁场理论出发，深入剖析PCB走线在高速信号传输下的传输线效应。理解阻抗、衰减、时延等参数如何由PCB材料、几何结构（宽度、厚度、间距）以及周围环境（参考平面、邻近走线）决定。我们将区分集总参数模型和分布式参数模型的适用范围，并强调在高速设计中，分布式参数模型是不可或缺的。 1.2 信号的理想与失真：本书将详细阐述一个理想方波信号的构成，以及在传输过程中可能发生的各种失真。我们将重点讲解反射（Reflection）的产生机制，包括阻抗失配（Impedance Mismatch）的根源，以及其对信号上升沿、下降沿和幅度造成的影响。读者将理解术语如“回沟”（Overshoot）、“下冲”（Undershoot）、“振铃”（Ringing）的物理含义。 1.3 信号的上升/下降时间和带宽：理解上升/下降时间（Rise/Fall Time）与信号频谱带宽之间的关系至关重要。我们将介绍奈奎斯特准则（Nyquist Criterion）和波特图（Bode Plot）的概念，帮助读者理解为什么PCB走线的带宽限制会影响高频分量的传输，从而导致信号波形的变形。我们将讨论如何根据信号的上升时间估算其有效带宽，以及PCB走线需要满足的最小带宽要求。 第二章：阻抗控制与匹配 2.1 关键阻抗参数的计算与影响：我们将深入研究PCB走线最核心的参数——特征阻抗（Characteristic Impedance）。读者将学习到如何根据PCB叠层结构、导体宽度、介质厚度、介电常数等因素，使用经验公式或更精确的场解方法（概念层面）来计算微带线（Microstrip）和带状线（Stripline）的阻抗。我们将分析各种参数变化对阻抗的影响，并强调阻抗匹配的必要性，以及不同阻抗值（如50欧姆、75欧姆、100欧姆差分对）在不同应用场景下的选择。 2.2 终端匹配技术：理解阻抗失配是信号反射的主要原因后，我们将系统介绍各种终端匹配（Termination）技术。这包括端接匹配（如并联、串联、戴维南匹配）、源端匹配（Source Termination）等。我们将详细分析各种匹配方式的电路原理，工作条件，以及它们如何有效抑制反射，优化信号质量。同时，我们也将讨论主动终端（Active Termination）技术及其应用场景。 2.3 PCB叠层设计与阻抗控制：PCB的叠层（Stack-up）设计是实现精确阻抗控制的基础。本书将详细讲解不同叠层结构（如标准微带、隐藏微带、共面波导、带状线等）的设计原则，如何选择合适的介质材料（如FR-4、聚四氟乙烯、低损耗材料），以及如何通过精确控制各层厚度、走线宽度和参考平面设计来达成目标阻抗。我们将探讨低损耗材料在高速PCB设计中的优势。 第三章：串扰与噪声耦合 3.1 串扰（Crosstalk）的形成机理：串扰是相邻走线之间由于电磁场耦合而产生的有害信号干扰。我们将深入剖析串扰产生的电容耦合（Capacitive Coupling）和电感耦合（Inductive Coupling）机制。理解“近端串扰”（Near-End Crosstalk, NEXT）和“远端串扰”（Far-End Crosstalk, FEXT）的差异及其影响。 3.2 串扰的度量与影响：我们将介绍衡量串扰的指标，如串扰系数，以及串扰对接收端信号电平、建立/保持时间造成的干扰。读者将学习如何预估串扰的严重程度，并理解串扰的发生与走线间距、走线长度、信号速率、参考平面等因素的密切关系。 3.3 串扰抑制策略：本书将系统性地介绍多种抑制串扰的有效方法，包括增加走线间距、合理布局差分对、利用参考平面隔离、走线长度控制（例如，对串扰源和受扰走线进行长度匹配）以及使用屏蔽技术等。我们将讨论何时何地采取何种策略最为有效。 第四章：时序与抖动（Jitter）分析 4.1 时序预算（Timing Budget）与建立/保持时间：在高速数字系统中，时序是成功的关键。我们将详细解释建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的概念，以及它们如何定义一个数据窗口。读者将学习如何进行时序预算，将信号传播延迟、接收端输入延迟、时钟偏移等因素纳入考量，以确保数据在正确的时钟边沿被采样。 4.2 抖动（Jitter）的来源与分类：抖动是时钟或数据信号中周期性或随机性的时间偏差。我们将深入分析抖动的各种来源，包括电源噪声、串扰、自身时钟产生的相位噪声、以及 ISI（Inter-Symbol Interference）等。我们将介绍周期性抖动（Periodic Jitter, PJ）、随机抖动（Random Jitter, RJ）和总抖动（Total Jitter, TJ）的概念，并理解它们对系统时序裕度的影响。 4.3 抖动容限（Jitter Tolerance）与抖动分离：理解接收端能够容忍的最大抖动量（Jitter Tolerance）至关重要。我们将介绍如何根据信号的比特率和数据编码方式来确定抖动容限。同时，本书也将探讨抖动分离（Jitter Decomposition）的概念，即如何将总抖动分解为不同的组成部分，以便更有效地诊断和解决问题。 第二部分：电源完整性（PI）精要 电源完整性是指为PCB上的集成电路提供稳定、干净的电源电压的能力。一个良好的电源完整性设计能够有效抑制电源噪声，确保芯片在任何工作状态下都能获得可靠的供电。 第五章：电源分配网络（PDN）的基本原理 5.1 PDN的组成与作用：我们将解析典型的PCB电源分配网络（Power Distribution Network, PDN）的组成部分，包括电源连接器、电压调节器（VRM）、去耦电容、PCB走线、过孔以及芯片内部的封装和管脚。理解PDN的目的是为所有器件提供低阻抗、低噪声的电压参考。 5.2 PDN的阻抗特性：与信号线类似，PDN也存在阻抗。我们将重点讲解PDN的寄生电感（Parasitic Inductance）和寄生电阻（Parasitic Resistance）是如何影响其低频和高频阻抗特性的。读者将理解为什么在高频下，PDN的阻抗会迅速升高，从而导致电源电压不稳定。 5.3 VRM的性能与选择：电压调节器（Voltage Regulator Module, VRM）是PDN的起点，其性能直接影响整个PDN的质量。我们将介绍不同类型的VRM（线性稳压器、开关稳压器），及其在负载瞬态响应（Load Transient Response）、纹波抑制（Ripple Rejection）和效率方面的差异。 第六章：去耦电容（Decoupling Capacitors）的设计与优化 6.1 去耦电容的物理原理与作用：去耦电容是PDN中最关键的组件之一，其作用是在芯片功耗瞬态变化时，提供局部的能量储备，并滤除高频噪声。我们将深入分析电容的ESR（等效串联电阻）和ESL（等效串联电感）如何影响其在不同频率下的去耦效果。 6.2 阻抗匹配与电容选择：我们将讲解如何根据PDN的阻抗特性以及芯片的瞬态电流需求，选择合适容值、ESR和ESL的电容器。本书将介绍“阻抗匹配”在去耦电容选择中的应用，旨在在目标频率范围内提供最低的PDN阻抗。 6.3 多种电容的协同作用：我们将深入探讨在PCB设计中，如何组合使用不同容值、不同ESR/ESL的电容器（如低容值高频电容和高容值低频电容）以实现宽频率范围内的有效去耦。读者将学习到最佳的电容布局、间距以及连接策略。 第七章：电源噪声分析与抑制 7.1 电源噪声的来源：我们将系统性地分析电源噪声的各种来源，包括VRM纹波、开关噪声、PDN谐振、芯片内部开关活动引起的瞬态电流、以及外部电磁干扰（EMI）等。 7.2 噪声耦合途径：我们将探讨电源噪声如何在PDN中传播，以及如何通过信号线、参考平面甚至电磁辐射的方式耦合到敏感的数字信号中。 7.3 噪声抑制策略：本书将提供一系列有效的电源噪声抑制策略，包括但不限于：优化VRM设计、合理使用去耦电容、优化PCB叠层设计（如使用实心参考平面）、增加滤波元件、控制PCB上的地弹（Ground Bounce）和电源塌陷（Power Sag）等。 第八章：高级PI/SI分析主题 8.1 交互式PI/SI分析：在真实的PCB设计中，SI和PI问题往往是相互关联、相互影响的。我们将探讨如何进行交互式的SI/PI分析，即在一个分析流程中同时考虑信号和电源的耦合效应。例如，电源噪声如何影响信号的眼图，以及信号的瞬态电流如何引起电源电压的波动。 8.2 损耗（Losses）在高速传输中的影响：我们将深入分析PCB材料损耗（介电损耗、导体损耗）和信号反射损耗在高频下的累积效应，以及它们如何导致信号幅度衰减、眼图闭合。 8.3 EMI/EMC与SI/PI的关联：本书也将触及电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）与SI/PI之间的密切关系。理解如何通过良好的SI/PI设计来降低EMI辐射，以及如何通过EMC设计来提高系统的抗干扰能力。 本书的特色与价值： 理论与实践的有机结合：我们不仅深入讲解SI/PI背后的物理原理，还通过概念性的案例分析，阐述如何在实际PCB设计流程中应用这些原理。 方法论的提炼：本书侧重于SI/PI分析的方法论，而非特定软件的操作指南，确保读者掌握通用性的分析思路和技能，能够适应未来技术的发展和不同仿真工具的使用。 全面的覆盖：从基础的传输线理论到复杂的电源分配网络，本书系统地覆盖了SI/PI分析的关键领域，为读者提供一个完整的知识体系。 启发式思维：本书鼓励读者理解“为什么”，而不仅仅是“怎么做”，从而培养读者独立分析和解决复杂SI/PI问题的能力。 通过阅读本书，您将能够： 深刻理解高速数字信号在PCB上传输的物理机理。 熟练掌握阻抗控制、终端匹配等SI设计关键技术。 有效地识别、量化和抑制信号串扰。 准确分析抖动的来源，并采取有效措施改善信号时序。 深入理解电源分配网络（PDN）的设计原则。 合理选择和布局去耦电容，优化电源噪声抑制效果。 掌握分析和解决电源噪声问题的系统方法。 建立起SI与PI相互关联的整体设计观。 无论您是刚刚踏入PCB设计领域的工程师，还是寻求在SI/PI分析方面进一步提升的资深专家，本书都将是您宝贵的参考资料。掌握本书所传授的知识和方法，您将能够自信地应对新一代电子产品设计中的SI/PI挑战，设计出更高性能、更可靠的电子产品。

评分☆☆☆☆☆

作为一个在行业内摸索了多年的PCB工程师，我常常在高速信号设计的迷雾中求索，尤其是在面对复杂多变的信号完整性（SI）和电源完整性（PI）问题时，总感觉有些力不从心。《基于HyperLynx 9.0的信号和电源完整性仿真分析》这本书的出现，就像一盏明灯，为我指明了方向。它并非枯燥的技术说明书，而是将HyperLynx 9.0这款强大的仿真工具，与SI/PI的核心概念巧妙地融合在一起，用一种非常接地气的方式，把复杂的理论变得容易理解，又将抽象的概念具象化到实际的操作中。 书中关于“眼图分析”的部分，我尤其欣赏。它不仅仅展示了眼图的各种形态，更深入地剖析了造成这些形态的原因，例如抖动、噪声、损耗等，并教导我们如何通过HyperLynx 9.0的眼图工具来量化这些参数，从而判断信号质量是否满足要求。此外，在电源完整性分析方面，作者对“电源噪声”的分析也十分到位，通过仿真，清晰地展示了不同电源分布网络的噪声特性，以及如何通过优化去耦电容的类型、数量和布局来有效抑制噪声，这对保障产品在复杂电磁环境下的稳定性具有极高的参考价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，无疑为高速PCB设计领域注入了一股清流。它不仅仅是工具的介绍，更是思想的启迪。对于许多工程师来说，信号和电源完整性往往是“玄学”一般的存在，摸不着、看不清，但又实实在在地影响着产品的成败。《基于HyperLynx 9.0的信号和电源完整性仿真分析》以一种近乎“解密”的方式，将这些“玄学”现象一一揭开面纱，并提供了强大的工具来应对。 书中对于“信号反射”的讲解，从波形失真到眼图展宽，再到最终导致的数据误码，层层递进，让读者对反射的危害有了深刻的认识。更重要的是，它还给出了具体的抑制方法，例如通过阻抗控制、终端匹配等，并在HyperLynx 9.0中演示了这些方法的仿真效果。这种“授人以渔”的教学方式，让读者不仅仅学会了如何使用工具，更重要的是理解了工具背后的原理，从而能够举一反三，灵活运用到更复杂的实际设计中。电源完整性方面，书中对“电压裕量”的分析，结合实际的芯片功耗特性，给出了如何通过仿真来评估和优化电源分配网络的性能，这对于确保芯片在高负载下的稳定工作至关重要。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深的PCB设计者，我对《基于HyperLynx 9.0的信号和电源完整性仿真分析》这本书的评价只能用“惊艳”二字来形容。在我看来，这本书已经超越了一本技术手册的范畴，更像是一本精心打磨的“武功秘籍”，为我们这些身处高速信号设计前沿的“侠客”们提供了绝世的“内功心法”和“招式要领”。它并非简单罗列HyperLynx 9.0的功能按钮，而是深入骨髓地挖掘了信号和电源完整性分析背后的物理机制，并将这些复杂的理论转化为易于理解的语言，再巧妙地融入到HyperLynx 9.0的实际操作流程中。 书中对“串扰”的分析尤为精彩，它不仅解释了串扰产生的根本原因，更通过直观的仿真截图和对比分析，让我们清晰地看到了不同布线策略对串扰的抑制效果。读者可以根据书中的指导，一步步地在HyperLynx 9.0中复现这些场景，从而获得第一手的实践经验。此外，对于电源完整性部分，书中对于PDN阻抗的讲解以及如何通过优化电容布局来降低电压跌落，给我留下了深刻的印象。这部分内容不仅理论扎实，而且具有极强的指导意义，对于解决实际项目中困扰已久的电源稳定性问题，提供了行之有效的解决方案。

评分☆☆☆☆☆

最近有幸拜读了《基于HyperLynx 9.0的信号和电源完整性仿真分析》一书，作为一名在高速PCB设计领域摸爬滚打多年的工程师，我一直深感信号完整性（SI）和电源完整性（PI）是决定产品性能和稳定性的关键要素。拿到这本书，我怀揣着极大的期待，希望能够系统地学习并深入理解这两大核心技术。从整体的阅读体验来看，这本书的叙述风格非常注重理论与实践的结合，并没有生硬地堆砌公式和概念，而是通过大量的实例和详细的操作步骤，将复杂的 SI/PI 原理层层剖析，最终落脚到 HyperLynx 9.0 这个强大的仿真工具的应用上。 这本书给我最直观的感受是其内容的深度和广度。它不仅仅停留在介绍 HyperLynx 9.0 的基本功能，而是深入探讨了信号完整性分析中的关键问题，例如阻抗匹配、串扰、时序抖动、反射等，并详细阐述了这些问题产生的根源以及如何通过仿真手段进行预测和优化。在电源完整性方面，作者同样没有回避那些看似棘手的问题，例如去耦电容的选择与布局、电源分配网络的（PDN）阻抗、电压纹波等，并通过 HyperLynx 9.0 的强大能力，展示了如何有效地评估和改善 PDN 的性能。尤其令我印象深刻的是，书中对于不同类型损耗（如介质损耗、导体损耗）的详细讲解，以及如何在仿真中准确建模这些损耗，这对于设计高性能的PCB至关重要。

评分☆☆☆☆☆

阅读《基于HyperLynx 9.0的信号和电源完整性仿真分析》这本书，我体验到了一种从“知其然”到“知其所以然”的飞跃。在过去，我可能会按照一些设计指南去进行阻抗匹配和去耦电容的选型，但对于为何这样做、这样做是否最优，心中总是有些模糊。《基于HyperLynx 9.0的信号和电源完整性仿真分析》这本书，通过HyperLynx 9.0这个强大的仿真平台，为我提供了一个可以亲眼见证、可以量化分析的实验环境。 书中对于“时序裕量”的讲解，结合实际的芯片时钟特性和数据传输速率，给出了非常详细的计算方法和仿真验证流程。通过在HyperLynx 9.0中对不同参数进行调整，我能够直观地看到时序裕量的变化，并理解哪些因素对其影响最大。这种交互式的学习方式，极大地加深了我对时序分析的理解。同样，在电源完整性部分，书中对“电流密度”的分析和仿真，也让我受益匪浅。通过仿真，我能够清晰地识别出PCB上可能存在的电流热点，并提前采取措施，避免因过流导致的潜在故障，从而大大提高了设计的可靠性。