Cadence高速电路板设计与仿真(第5版)——信号与电源完整性分析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周润景著 著

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• 电磁兼容性
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• 第五版

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121257247

商品编码：29729318602

包装：平装

出版时间：2015-04-01

基本信息

书名:Cadence高速电路板设计与仿真(第5版)——信号与电源完整性分析

定价：88.00元

售价：61.6元,便宜26.4元,折扣70

作者:周润景著

出版社：电子工业出版社

出版日期：2015-04-01

ISBN：9787121257247

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

Cadence高速电路板设计与仿真经典力作

内容提要

本书以Cadence Allegro SPB 16.6为基础，以具体的高速PCB为范例，详尽讲解了IBIS模型的建立、高速PCB的预布局、拓扑结构的提取、反射分析、串扰分析、时序分析、约束驱动布线、后布线DRC分析、差分对设计等信号完整性分析，以及目标阻抗、电源噪声、去耦电容器模型与布局、电源分配系统、电压调节模块、电源平面、单节点仿真、多节点仿真、直流分析、交流分析、模型提取等电源完整性分析内容。

目录

章 高速PCB设计知识
1.1 学习目标
1.2 课程内容
1.3 高速PCB设计的基本概念
1.4 PCB设计前的准备工作
1.5 高速PCB布线
1.6 布线后信号完整性仿真
1.7 提高抗电磁干扰能力的措施
1.8 测试与比较
1.9 混合信号布局技术
1.10 过孔对信号传输的影响
1.11 一般布局规则
1.12 电源完整性理论基础
1.13 本章思考题
第2章 仿真前的准备工作
2.1 学习目标
2.2 分析工具
2.3 IBIS模型
2.4 验证IBIS模型
2.5 预布局
2.6 PCB设置
2.7 基本的PCB SI功能
2.8 本章思考题
第3章 约束驱动布局
3.1 学习目标
3.2 相关概念
3.3 信号的反射
3.4 串扰的分析
3.5 时序分析
3.6 分析工具
3.7 创建总线（Bus）
3.8 预布局拓扑提取和仿真
3.9 前仿真时序
3.10 模板应用和约束驱动布局
3.11 本章思考题
第4章 约束驱动布线
4.1 学习目标
4.2 手工布线
4.3 自动布线
4.4 本章思考题
第5章 后布线DRC分析
5.1 学习目标
5.2 为多板仿真创建DesignLink
5.3 后仿真
5.4 本章思考题
第6章 差分对设计
6.1 学习目标
6.2 建立差分对
6.3 仿真前的准备工作
6.4 仿真差分对
6.5 差分对约束
6.6 差分对布线
6.7 后布线分析
6.8 本章思考题
第7章 电源完整性工具
7.1 学习目标
7.2 课程内容
7.3 电源完整性分析工具
7.4 进行电源完整性分析的意义
7.5 目标阻抗
7.6 PDS中的噪声
7.7 去耦电容器
7.8 电源分配系统（PDS）
7.9 电压调节模块（VRM）
7.10 电源平面
7.11 Allegro PCB PI option XL电源完整性分析流程
7.12 Allegro PCB PI option XL的使用步骤
7.13 本章思考题
第8章 电容器和单节点仿真
8.1 学习目标
8.2 第7章回顾
8.3 去耦电容器
8.4 去耦电容器的频率响应
8.5 电源/地平面对上的电容器模型
8.6 串联谐振
8.7 并联谐振
8.8 使用Allegro PCB PI option XL设计目标阻抗
8.9 本章思考题
第9章 平面和多节点仿真
9.1 学习目标
9.2 第8章回顾
9.3 电容器布局
9.4 平面模型
9.5 电源平面的损耗
9.6 多节点仿真
9.7 使用电源完整性工具进行多节点分析
9.8 本章思考题
0章 贴装电感和电容器库
10.1 学习目标
10.2 第9章回顾
10.3 电源完整性工具元器件库的管理
10.4 电容器中的电感
10.5 在Allegro PCB PI option XL中配置电容器
10.6 使用Allegro PCB PI option XL创建电容器模型
10.7 对PCB进行电源完整性分析
10.8 本章思考题
1章 通道分析
11.1 学习目标
11.2 新增功能
11.3 前提条件
11.4 SigXplorer增强功能
11.5 图形用户界面更新
11.6 其他增强功能
11.7 脚本演示
11.8 本章思考题
2章 PDN分析
12.1 学习目标
12.2 新增功能
12.3 更新的图形界面
12.4 新的PDN分析流程
12.5 性能增强
12.6 PDN分析过程
12.7 去耦电容器的管理
12.8 单节点分析
12.9 直流分析
12.10 交流分析
12.11 模型提取
12.12 本章思考题

作者介绍

周润景教授，IEEE/EMBS会员，中国电子学会高级会员，航空协会会员，主要研究方向是高速数字系统的信号与电源完整性联合设计与优化，具有丰富的数字电路、传感器与检测技术、模式识别、控制工程、EDA技术等课程的教学经验。

文摘

序言

现代电子系统设计的基石：深入理解与驾驭信号与电源完整性 在当今瞬息万变的科技浪潮中，电子产品的性能、可靠性与小型化需求不断攀升。从智能手机、高性能计算到先进的通信设备和汽车电子，每一个成功的背后都离不开精密的电路板设计。而支撑起这些精密设计的核心技术，正是对信号完整性（Signal Integrity, SI）和电源完整性（Power Integrity, PI）的深刻理解与有效控制。 本书旨在为读者提供一套系统、全面且极具实操性的现代高速电路板设计方法论，聚焦于解决设计流程中至关重要的信号与电源完整性挑战。我们深入剖析导致信号失真、串扰、时序抖动以及电源噪声、电压跌落等问题的根源，并提供一套行之有效的分析、仿真和优化策略，帮助工程师们在设计初期就规避潜在风险，从而加速产品上市进程，提升产品竞争力。 第一部分：信号完整性——信息的忠实传递者 在高速数字电路中，信号不再是简单的开关量，其传输过程中的波形形态、时序关系、能量损耗等因素都可能对信息的准确传递产生决定性影响。本部分将带领您走进信号完整性的核心世界。 高速信号传输的基本原理： 我们将从传输线理论出发，回顾电磁波在导体中的传播特性，详细讲解阻抗匹配、反射、串扰、损耗（介质损耗和导体损耗）等基本概念。理解这些物理学原理是解决SI问题的基石。您将了解到，即使是最简单的布线，在高速信号的驱动下，也可能表现出复杂的电气行为。 SI问题的根源分析： 本部分将系统性地剖析导致SI问题的常见元凶。 反射： 阻抗不匹配是反射的主要诱因。我们将分析不同类型的不匹配（如源端、终端、过孔、连接器等）如何产生反射，以及反射如何导致过冲、下冲、振铃等信号失真现象，严重影响接收端的判读。 串扰（Crosstalk）： 相邻信号线之间的电容和电感耦合会产生串扰，导致相邻信号的波形受到干扰，甚至出现误触发。我们将详细讨论串扰的传播机制，以及如何通过走线间距、屏蔽、差分对设计等手段来抑制串扰。 损耗： 随着信号频率的升高，介质损耗（由PCB基材引起）和导体损耗（由集肤效应和粗糙度引起）会显著衰减信号幅度，并导致波形展宽。我们将分析不同频率下损耗的影响，并介绍如何选择合适的PCB材料和优化铜箔工艺来降低损耗。 抖动（Jitter）： 信号的时序偏差，即抖动，是影响高速接口性能的关键因素。我们将分类讨论不同类型的抖动（如随机抖动、确定性抖动），并分析其对眼图的影响，以及如何通过改善SI来降低抖动。 SI分析与仿真技术： 模型构建： 介绍建立准确的传输线模型和器件模型的重要性。我们将讲解如何使用S参数（S-parameters）来表征传输线和无源器件的电气特性，以及如何获取或构建有源器件的模型。 仿真工具的原理与应用： 本部分将重点介绍基于Spice、有限元（FEM）、有限差分时域（FDTD）等方法的SI仿真技术。您将学习如何利用专业的仿真工具（例如：Ansys SIwave, Keysight ADS, Sigrity PowerSI等）构建仿真环境，设置激励和边界条件，并对传输线、差分对、背板、连接器等进行参数化扫描和优化。 关键仿真指标解读： 学习如何分析仿真结果，包括眼图（Eye Diagram）、抖动分析、回波损耗（Return Loss）、插入损耗（Insertion Loss）、串扰等关键指标。理解这些指标的含义，并将其与设计目标进行比对，是做出有效设计决策的关键。 SI问题的优化与设计规则： 阻抗控制： 深入讲解如何通过PCB工艺控制（层叠设计、介质厚度、线宽线距、焊盘设计等）来实现精确的传输线阻抗匹配。 差分信号设计： 详细介绍差分信号在抑制共模噪声、减少EMI方面的优势，以及如何进行差分对的布线、长度匹配、耦合控制等。 过孔设计： 分析过孔对SI的影响，包括寄生电感、寄生电容以及对阻抗的影响。介绍优化过孔设计的方法，如使用背钻（Back drilling）、埋盲孔（Buried/Blind vias）、增加过孔焊盘尺寸、使用过孔阵列（Via stitching）等。 连接器与电缆选择： 讲解不同类型连接器和电缆的SI特性，以及如何根据信号速率和性能要求进行合理选择。 PCB材料选择： 讨论不同PCB材料（如FR-4, Rogers系列等）在介电常数、介电损耗、工作频率等方面的差异，以及如何根据实际需求选择最优材料。 PCB布局与布线策略： 强调布局对SI的影响，如器件的放置、信号路径的规划、参考平面的选择等。介绍高效的布线策略，如最短路径、避免锐角弯折、合理使用等长线等。 第二部分：电源完整性——稳定能量的可靠供给 高速电路的正常工作不仅需要高质量的信号，更需要稳定、干净的电源供给。任何微小的电压波动都可能导致逻辑错误、器件损坏甚至系统崩溃。本部分将深入探讨电源完整性的奥秘。 电源完整性的基本概念： 电源噪声（Power Noise）： 详细分析导致电源噪声的来源，如开关电源的纹波、瞬态负载变化引起的电压跌落（IR Drop）、PCB上的寄生电感和电容造成的振荡等。 电压跌落（IR Drop）： 讲解电流在PCB布线、过孔、封装等路径上的电阻和电感造成的电压损失，以及其对器件工作电压的影响。 瞬态负载响应（Transient Load Response）： 分析当芯片内部逻辑状态快速切换时，对电源提出的瞬时电流需求，以及PCB电源分配网络（PDN）如何响应这些快速变化的电流需求，以维持电压稳定。 PDN的设计与分析： PDN的组成： 介绍PDN的各个组成部分，包括电源接口、VRM（Voltage Regulator Module）、去耦电容（Decoupling Capacitors）、PCB的电源/地平面（Power/Ground Planes）、连接线、焊盘、封装等。 阻抗特性： 讲解PDN的阻抗特性，以及如何通过选择合适的去耦电容和设计良好的电源/地平面来降低PDN的阻抗，尤其是在高频段。 去耦电容的选型与布局： 深入探讨不同类型去耦电容（陶瓷电容、钽电容、电解电容等）的特性，以及ESR（等效串联电阻）和ESL（等效串联电感）对去耦效果的影响。介绍去耦电容的优化布局策略，以最大化其有效性。 电源/地平面的设计： 强调良好电源/地平面设计的重要性，如何保证足够的返回电流路径，避免信号返回路径的扭曲，以及如何通过分割和缝合来优化PDN的性能。 PI分析与仿真技术： DC压降分析： 介绍如何进行DC压降分析，计算电流路径上的总电阻，预测器件的最低工作电压，并优化布线和地平面设计。 AC阻抗分析： 讲解如何对PDN进行AC阻抗仿真，分析PDN在不同频率下的阻抗特性，识别谐振频率和高阻抗区域。 瞬态响应仿真： 分析PDN在瞬态负载变化下的电压波动情况，评估去耦方案的有效性。 仿真工具的应用： 介绍用于PI分析的仿真工具（例如：Ansys SIwave, Keysight ADS, Sigrity PowerSI等），以及如何利用这些工具进行DC/AC压降分析、阻抗分析和瞬态响应仿真。 PI问题的优化与设计规则： VRM的选择与设计： 讨论VRM的性能指标，如纹波、瞬态响应、效率等，以及如何根据芯片功耗需求选择合适的VRM。 去耦电容的整体策略： 介绍如何根据芯片的供电需求和频率特性，设计一套完整的去耦电容组合策略，包括不同容量、不同ESR/ESL的电容的协同工作。 电源/地平面的结构优化： 讲解如何设计多层PCB的电源/地平面，包括分割、缝合、增加电容层（Capacitance layers）等技术，以降低PDN阻抗并提供良好的返回路径。 封装与BGA的影响： 分析芯片封装（如BGA）对PDN的影响，包括引脚布局、内部电感等，以及如何在封装层面进行优化。 PCB工艺对PI的影响： 讨论PCB制造工艺（如铜厚、表面处理、层间连接）如何影响PDN的性能。 第三部分：集成分析与实践 信号完整性和电源完整性并非孤立的技术，它们相互影响，共同决定着整个高速电路的性能。本部分将探讨如何将SI和PI分析有机结合，并分享实际设计中的最佳实践。 SI与PI的相互影响： 讲解电源噪声如何影响信号质量，以及不恰当的SI设计如何加剧PDN的振荡。 集成仿真环境： 介绍如何在一个统一的仿真环境中进行SI和PI的联合仿真，以获得更准确、更全面的分析结果。 设计流程中的关键节点： 强调在PCB设计的不同阶段（概念设计、初步布局、详细布线、后仿验证）引入SI/PI分析的重要性。 案例研究与疑难问题解析： 通过具体的工程案例，展示如何应用本书介绍的方法论解决实际设计中遇到的复杂SI/PI问题。 新技术与趋势： 简要介绍当前高速电路设计面临的新挑战，如更高的数据速率、更复杂的封装技术（如SiP, Chiplets）、更低的供电电压等，以及相应的SI/PI设计对策。 本书特色： 理论与实践并重： 深入浅出地讲解基础理论，同时提供大量实际工程案例和仿真技巧，帮助读者学以致用。 系统性与全面性： 覆盖高速电路板设计中信号完整性与电源完整性的所有关键环节，形成完整的知识体系。 工具导向： 介绍并结合主流的SI/PI仿真工具，帮助读者掌握实际操作能力。 面向工程师： 语言通俗易懂，逻辑清晰，旨在帮助不同经验水平的工程师解决实际设计难题，提升工作效率和设计质量。 通过本书的学习，您将能够： 精准识别和诊断 高速电路中潜在的信号完整性和电源完整性问题。 有效利用 仿真工具进行分析和优化，减少物理样板的迭代次数。 掌握 核心的设计规则和优化策略，设计出高性能、高可靠性的高速电路板。 自信应对 未来更高速、更复杂电子系统的设计挑战。 在日新月异的电子技术领域，对信号和电源完整性的深刻洞察，已成为区分优秀工程师与普通工程师的决定性因素。本书将是您通往卓越设计的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

我是在一个极度紧迫的项目背景下接触到这本书的，当时我们团队急需解决一个信号传输中的串扰问题，时间紧任务重，对理论深度和实用性都有极高要求。坦率地说，市面上很多声称讲高速设计的书，要么是停留在原理介绍的纸上谈兵阶段，要么就是特定工具的操作手册，缺乏系统性的、可落地的解决方案。这本书的独特价值恰恰在于它精准地把握了信号完整性（SI）的核心矛盾。它详细剖析了诸如过冲、欠冲、抖动（Jitter）等关键指标是如何产生的，并且没有回避高频效应的复杂性。最让我印象深刻的是对传输线理论的深入浅出阐述，它没有把传输线当作一个抽象的概念，而是通过实际的S参数和TDR（时域反射仪）分析，直观地展示了不匹配带来的能量回流和信号失真。阅读过程中，我感觉自己像是在一位经验丰富的资深工程师的指导下进行“沉浸式”学习，每一步的推导和结论都有坚实的物理意义支撑，而不是凭空臆断。对于希望从“会布线”跃升到“懂设计”的专业人士而言，这本书的参考价值是无可替代的。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深硬件工程师，我阅览过不少关于PCB设计规范和电磁兼容（EMC）的书籍，但真正能将“设计”与“仿真验证”无缝连接起来的精品属实不多。这本书在仿真方法的论述上，展现出了极高的专业水准。它不是简单地罗列软件功能，而是深入探讨了如何构建一个可靠的仿真模型。例如，在处理连接器和过孔（Via）等非理想元件时，书中提供的建模技巧和参数提取方法非常实用。我特别欣赏它对仿真误差来源的坦诚分析，提醒读者认识到仿真结果的局限性，避免“仿真通过就万事大吉”的误区。这种强调“工程实践与理论验证相结合”的态度，对于我们这些日常需要与制造部门打交道的人来说至关重要。通过书中的案例，我成功优化了我们产品中一个关键高速接口的阻抗控制流程，显著减少了首板失败率。可以说，这本书极大地提升了我对设计收敛性的信心和效率。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排极具匠心，仿佛是精心设计的一套阶梯课程。它不像某些技术手册那样，把所有内容堆砌在一起让人无从下手。作者似乎深谙学习者的认知规律，知识点的引入有着完美的节奏感。初期建立基础认知，中期深入探讨SI和PI的相互作用，后期则聚焦于实际问题的解决和性能优化。我尤其赞赏其对设计规范和经验法则的提炼。在实际工作中，我们往往需要在理论的“完美”和现实的“可行”之间做权衡。这本书提供了大量宝贵的“经验公式”和“设计边界条件”，这些都是标准教科书里难以找到的“软知识”。例如，关于交叉耦合的最小间距建议、或是在特定频率下如何有效使用屏蔽层，这些都是能立即转化为设计决策的黄金法则。这本书的价值在于，它不仅教会了我如何避免灾难，更重要的是，它教会了我如何主动地、有目的地去设计出高性能的系统，这是一种质的飞跃。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事风格非常严谨，但又不失清晰的逻辑脉络，读起来非常“过瘾”。我发现它在处理跨学科知识整合方面做得非常出色。高速电路设计绝不是孤立的电学问题，它涉及到材料科学、电磁场理论，甚至制造工艺的限制。这本书巧妙地将这些看似分散的知识点编织成一个整体。举例来说，它在讨论介质损耗时，不仅计算了损耗因子，还结合了不同PCB层压材料的特性曲线，这对于选择合适的基材至关重要。它没有回避高阶的知识点，但总能用足够清晰的图表和数学推导来支撑结论，确保读者既能掌握“是什么”，更能理解“为什么是这样”。对于那些希望深入理解背后的物理机制，而不是满足于表层操作指南的读者来说，这本书提供了深厚的理论基石。它让我对未来设计更高密度、更高速度的板卡充满了清晰的蓝图。

评分☆☆☆☆☆

这本教材简直是为我这种PCB设计新手量身打造的“通关秘籍”！说实话，我之前对高速电路的理解基本停留在“能画出走线就行”的层面，每次仿真结果一出来，各种奇怪的波形和错误警告就让人抓狂。这本书的厉害之处在于，它没有一上来就甩给你一堆复杂的公式和晦涩难懂的理论。相反，它通过大量的实际案例，一步步把我从基础概念——比如什么是阻抗匹配，为什么会出现反射——开始引导。尤其是关于电源完整性（PI）的那几章，讲解得极其透彻。我以前总觉得电源就是接到哪里都一样，但这本书清晰地阐述了地弹（Ground Bounce）和电源纹波对信号质量的毁灭性影响。书里对去耦电容的选择和布局的讲解，简直是教科书级别的操作指南，让我明白了为什么有些设计明明布线很干净，性能依然不达标。那种循序渐进、化繁为简的处理方式，让我从最初的迷茫，到现在敢于自己动手搭建一个相对复杂的四层板样机，心里踏实多了。它不仅仅是教你怎么用软件，更是帮你建立一套严谨的、工程化的设计思维框架。