Cadence高速電路闆設計與仿真(第5版)——信號與電源完整性分析 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

周潤景著 著

圖書標籤:

• 高速電路闆設計
• 信號完整性
• 電源完整性
• Cadence
• 仿真
• PCB設計
• 電子工程
• 電磁兼容性
• 電路分析
• 第五版

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121257247

商品編碼：29729318602

包裝：平裝

齣版時間：2015-04-01

基本信息

書名:Cadence高速電路闆設計與仿真(第5版)——信號與電源完整性分析

定價：88.00元

售價：61.6元,便宜26.4元,摺扣70

作者:周潤景著

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2015-04-01

ISBN：9787121257247

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

Cadence高速電路闆設計與仿真經典力作

內容提要

本書以Cadence Allegro SPB 16.6為基礎，以具體的高速PCB為範例，詳盡講解瞭IBIS模型的建立、高速PCB的預布局、拓撲結構的提取、反射分析、串擾分析、時序分析、約束驅動布綫、後布綫DRC分析、差分對設計等信號完整性分析，以及目標阻抗、電源噪聲、去耦電容器模型與布局、電源分配係統、電壓調節模塊、電源平麵、單節點仿真、多節點仿真、直流分析、交流分析、模型提取等電源完整性分析內容。

目錄

章 高速PCB設計知識
1.1 學習目標
1.2 課程內容
1.3 高速PCB設計的基本概念
1.4 PCB設計前的準備工作
1.5 高速PCB布綫
1.6 布綫後信號完整性仿真
1.7 提高抗電磁乾擾能力的措施
1.8 測試與比較
1.9 混閤信號布局技術
1.10 過孔對信號傳輸的影響
1.11 一般布局規則
1.12 電源完整性理論基礎
1.13 本章思考題
第2章 仿真前的準備工作
2.1 學習目標
2.2 分析工具
2.3 IBIS模型
2.4 驗證IBIS模型
2.5 預布局
2.6 PCB設置
2.7 基本的PCB SI功能
2.8 本章思考題
第3章 約束驅動布局
3.1 學習目標
3.2 相關概念
3.3 信號的反射
3.4 串擾的分析
3.5 時序分析
3.6 分析工具
3.7 創建總綫（Bus）
3.8 預布局拓撲提取和仿真
3.9 前仿真時序
3.10 模闆應用和約束驅動布局
3.11 本章思考題
第4章 約束驅動布綫
4.1 學習目標
4.2 手工布綫
4.3 自動布綫
4.4 本章思考題
第5章 後布綫DRC分析
5.1 學習目標
5.2 為多闆仿真創建DesignLink
5.3 後仿真
5.4 本章思考題
第6章 差分對設計
6.1 學習目標
6.2 建立差分對
6.3 仿真前的準備工作
6.4 仿真差分對
6.5 差分對約束
6.6 差分對布綫
6.7 後布綫分析
6.8 本章思考題
第7章 電源完整性工具
7.1 學習目標
7.2 課程內容
7.3 電源完整性分析工具
7.4 進行電源完整性分析的意義
7.5 目標阻抗
7.6 PDS中的噪聲
7.7 去耦電容器
7.8 電源分配係統（PDS）
7.9 電壓調節模塊（VRM）
7.10 電源平麵
7.11 Allegro PCB PI option XL電源完整性分析流程
7.12 Allegro PCB PI option XL的使用步驟
7.13 本章思考題
第8章 電容器和單節點仿真
8.1 學習目標
8.2 第7章迴顧
8.3 去耦電容器
8.4 去耦電容器的頻率響應
8.5 電源/地平麵對上的電容器模型
8.6 串聯諧振
8.7 並聯諧振
8.8 使用Allegro PCB PI option XL設計目標阻抗
8.9 本章思考題
第9章 平麵和多節點仿真
9.1 學習目標
9.2 第8章迴顧
9.3 電容器布局
9.4 平麵模型
9.5 電源平麵的損耗
9.6 多節點仿真
9.7 使用電源完整性工具進行多節點分析
9.8 本章思考題
0章 貼裝電感和電容器庫
10.1 學習目標
10.2 第9章迴顧
10.3 電源完整性工具元器件庫的管理
10.4 電容器中的電感
10.5 在Allegro PCB PI option XL中配置電容器
10.6 使用Allegro PCB PI option XL創建電容器模型
10.7 對PCB進行電源完整性分析
10.8 本章思考題
1章 通道分析
11.1 學習目標
11.2 新增功能
11.3 前提條件
11.4 SigXplorer增強功能
11.5 圖形用戶界麵更新
11.6 其他增強功能
11.7 腳本演示
11.8 本章思考題
2章 PDN分析
12.1 學習目標
12.2 新增功能
12.3 更新的圖形界麵
12.4 新的PDN分析流程
12.5 性能增強
12.6 PDN分析過程
12.7 去耦電容器的管理
12.8 單節點分析
12.9 直流分析
12.10 交流分析
12.11 模型提取
12.12 本章思考題

作者介紹

周潤景教授，IEEE/EMBS會員，中國電子學會高級會員，航空協會會員，主要研究方嚮是高速數字係統的信號與電源完整性聯閤設計與優化，具有豐富的數字電路、傳感器與檢測技術、模式識彆、控製工程、EDA技術等課程的教學經驗。

文摘

序言

現代電子係統設計的基石：深入理解與駕馭信號與電源完整性 在當今瞬息萬變的科技浪潮中，電子産品的性能、可靠性與小型化需求不斷攀升。從智能手機、高性能計算到先進的通信設備和汽車電子，每一個成功的背後都離不開精密的電路闆設計。而支撐起這些精密設計的核心技術，正是對信號完整性（Signal Integrity, SI）和電源完整性（Power Integrity, PI）的深刻理解與有效控製。 本書旨在為讀者提供一套係統、全麵且極具實操性的現代高速電路闆設計方法論，聚焦於解決設計流程中至關重要的信號與電源完整性挑戰。我們深入剖析導緻信號失真、串擾、時序抖動以及電源噪聲、電壓跌落等問題的根源，並提供一套行之有效的分析、仿真和優化策略，幫助工程師們在設計初期就規避潛在風險，從而加速産品上市進程，提升産品競爭力。 第一部分：信號完整性——信息的忠實傳遞者 在高速數字電路中，信號不再是簡單的開關量，其傳輸過程中的波形形態、時序關係、能量損耗等因素都可能對信息的準確傳遞産生決定性影響。本部分將帶領您走進信號完整性的核心世界。 高速信號傳輸的基本原理： 我們將從傳輸綫理論齣發，迴顧電磁波在導體中的傳播特性，詳細講解阻抗匹配、反射、串擾、損耗（介質損耗和導體損耗）等基本概念。理解這些物理學原理是解決SI問題的基石。您將瞭解到，即使是最簡單的布綫，在高速信號的驅動下，也可能錶現齣復雜的電氣行為。 SI問題的根源分析： 本部分將係統性地剖析導緻SI問題的常見元凶。 反射： 阻抗不匹配是反射的主要誘因。我們將分析不同類型的不匹配（如源端、終端、過孔、連接器等）如何産生反射，以及反射如何導緻過衝、下衝、振鈴等信號失真現象，嚴重影響接收端的判讀。 串擾（Crosstalk）： 相鄰信號綫之間的電容和電感耦閤會産生串擾，導緻相鄰信號的波形受到乾擾，甚至齣現誤觸發。我們將詳細討論串擾的傳播機製，以及如何通過走綫間距、屏蔽、差分對設計等手段來抑製串擾。 損耗： 隨著信號頻率的升高，介質損耗（由PCB基材引起）和導體損耗（由集膚效應和粗糙度引起）會顯著衰減信號幅度，並導緻波形展寬。我們將分析不同頻率下損耗的影響，並介紹如何選擇閤適的PCB材料和優化銅箔工藝來降低損耗。 抖動（Jitter）： 信號的時序偏差，即抖動，是影響高速接口性能的關鍵因素。我們將分類討論不同類型的抖動（如隨機抖動、確定性抖動），並分析其對眼圖的影響，以及如何通過改善SI來降低抖動。 SI分析與仿真技術： 模型構建： 介紹建立準確的傳輸綫模型和器件模型的重要性。我們將講解如何使用S參數（S-parameters）來錶徵傳輸綫和無源器件的電氣特性，以及如何獲取或構建有源器件的模型。 仿真工具的原理與應用： 本部分將重點介紹基於Spice、有限元（FEM）、有限差分時域（FDTD）等方法的SI仿真技術。您將學習如何利用專業的仿真工具（例如：Ansys SIwave, Keysight ADS, Sigrity PowerSI等）構建仿真環境，設置激勵和邊界條件，並對傳輸綫、差分對、背闆、連接器等進行參數化掃描和優化。 關鍵仿真指標解讀： 學習如何分析仿真結果，包括眼圖（Eye Diagram）、抖動分析、迴波損耗（Return Loss）、插入損耗（Insertion Loss）、串擾等關鍵指標。理解這些指標的含義，並將其與設計目標進行比對，是做齣有效設計決策的關鍵。 SI問題的優化與設計規則： 阻抗控製： 深入講解如何通過PCB工藝控製（層疊設計、介質厚度、綫寬綫距、焊盤設計等）來實現精確的傳輸綫阻抗匹配。 差分信號設計： 詳細介紹差分信號在抑製共模噪聲、減少EMI方麵的優勢，以及如何進行差分對的布綫、長度匹配、耦閤控製等。 過孔設計： 分析過孔對SI的影響，包括寄生電感、寄生電容以及對阻抗的影響。介紹優化過孔設計的方法，如使用背鑽（Back drilling）、埋盲孔（Buried/Blind vias）、增加過孔焊盤尺寸、使用過孔陣列（Via stitching）等。 連接器與電纜選擇： 講解不同類型連接器和電纜的SI特性，以及如何根據信號速率和性能要求進行閤理選擇。 PCB材料選擇： 討論不同PCB材料（如FR-4, Rogers係列等）在介電常數、介電損耗、工作頻率等方麵的差異，以及如何根據實際需求選擇最優材料。 PCB布局與布綫策略： 強調布局對SI的影響，如器件的放置、信號路徑的規劃、參考平麵的選擇等。介紹高效的布綫策略，如最短路徑、避免銳角彎摺、閤理使用等長綫等。 第二部分：電源完整性——穩定能量的可靠供給 高速電路的正常工作不僅需要高質量的信號，更需要穩定、乾淨的電源供給。任何微小的電壓波動都可能導緻邏輯錯誤、器件損壞甚至係統崩潰。本部分將深入探討電源完整性的奧秘。 電源完整性的基本概念： 電源噪聲（Power Noise）： 詳細分析導緻電源噪聲的來源，如開關電源的紋波、瞬態負載變化引起的電壓跌落（IR Drop）、PCB上的寄生電感和電容造成的振蕩等。 電壓跌落（IR Drop）： 講解電流在PCB布綫、過孔、封裝等路徑上的電阻和電感造成的電壓損失，以及其對器件工作電壓的影響。 瞬態負載響應（Transient Load Response）： 分析當芯片內部邏輯狀態快速切換時，對電源提齣的瞬時電流需求，以及PCB電源分配網絡（PDN）如何響應這些快速變化的電流需求，以維持電壓穩定。 PDN的設計與分析： PDN的組成： 介紹PDN的各個組成部分，包括電源接口、VRM（Voltage Regulator Module）、去耦電容（Decoupling Capacitors）、PCB的電源/地平麵（Power/Ground Planes）、連接綫、焊盤、封裝等。 阻抗特性： 講解PDN的阻抗特性，以及如何通過選擇閤適的去耦電容和設計良好的電源/地平麵來降低PDN的阻抗，尤其是在高頻段。 去耦電容的選型與布局： 深入探討不同類型去耦電容（陶瓷電容、鉭電容、電解電容等）的特性，以及ESR（等效串聯電阻）和ESL（等效串聯電感）對去耦效果的影響。介紹去耦電容的優化布局策略，以最大化其有效性。 電源/地平麵的設計： 強調良好電源/地平麵設計的重要性，如何保證足夠的返迴電流路徑，避免信號返迴路徑的扭麯，以及如何通過分割和縫閤來優化PDN的性能。 PI分析與仿真技術： DC壓降分析： 介紹如何進行DC壓降分析，計算電流路徑上的總電阻，預測器件的最低工作電壓，並優化布綫和地平麵設計。 AC阻抗分析： 講解如何對PDN進行AC阻抗仿真，分析PDN在不同頻率下的阻抗特性，識彆諧振頻率和高阻抗區域。 瞬態響應仿真： 分析PDN在瞬態負載變化下的電壓波動情況，評估去耦方案的有效性。 仿真工具的應用： 介紹用於PI分析的仿真工具（例如：Ansys SIwave, Keysight ADS, Sigrity PowerSI等），以及如何利用這些工具進行DC/AC壓降分析、阻抗分析和瞬態響應仿真。 PI問題的優化與設計規則： VRM的選擇與設計： 討論VRM的性能指標，如紋波、瞬態響應、效率等，以及如何根據芯片功耗需求選擇閤適的VRM。 去耦電容的整體策略： 介紹如何根據芯片的供電需求和頻率特性，設計一套完整的去耦電容組閤策略，包括不同容量、不同ESR/ESL的電容的協同工作。 電源/地平麵的結構優化： 講解如何設計多層PCB的電源/地平麵，包括分割、縫閤、增加電容層（Capacitance layers）等技術，以降低PDN阻抗並提供良好的返迴路徑。 封裝與BGA的影響： 分析芯片封裝（如BGA）對PDN的影響，包括引腳布局、內部電感等，以及如何在封裝層麵進行優化。 PCB工藝對PI的影響： 討論PCB製造工藝（如銅厚、錶麵處理、層間連接）如何影響PDN的性能。 第三部分：集成分析與實踐 信號完整性和電源完整性並非孤立的技術，它們相互影響，共同決定著整個高速電路的性能。本部分將探討如何將SI和PI分析有機結閤，並分享實際設計中的最佳實踐。 SI與PI的相互影響： 講解電源噪聲如何影響信號質量，以及不恰當的SI設計如何加劇PDN的振蕩。 集成仿真環境： 介紹如何在一個統一的仿真環境中進行SI和PI的聯閤仿真，以獲得更準確、更全麵的分析結果。 設計流程中的關鍵節點： 強調在PCB設計的不同階段（概念設計、初步布局、詳細布綫、後仿驗證）引入SI/PI分析的重要性。 案例研究與疑難問題解析： 通過具體的工程案例，展示如何應用本書介紹的方法論解決實際設計中遇到的復雜SI/PI問題。 新技術與趨勢： 簡要介紹當前高速電路設計麵臨的新挑戰，如更高的數據速率、更復雜的封裝技術（如SiP, Chiplets）、更低的供電電壓等，以及相應的SI/PI設計對策。 本書特色： 理論與實踐並重： 深入淺齣地講解基礎理論，同時提供大量實際工程案例和仿真技巧，幫助讀者學以緻用。 係統性與全麵性： 覆蓋高速電路闆設計中信號完整性與電源完整性的所有關鍵環節，形成完整的知識體係。 工具導嚮： 介紹並結閤主流的SI/PI仿真工具，幫助讀者掌握實際操作能力。 麵嚮工程師： 語言通俗易懂，邏輯清晰，旨在幫助不同經驗水平的工程師解決實際設計難題，提升工作效率和設計質量。 通過本書的學習，您將能夠： 精準識彆和診斷 高速電路中潛在的信號完整性和電源完整性問題。 有效利用 仿真工具進行分析和優化，減少物理樣闆的迭代次數。 掌握 核心的設計規則和優化策略，設計齣高性能、高可靠性的高速電路闆。 自信應對 未來更高速、更復雜電子係統的設計挑戰。 在日新月異的電子技術領域，對信號和電源完整性的深刻洞察，已成為區分優秀工程師與普通工程師的決定性因素。本書將是您通往卓越設計的得力助手。

評分☆☆☆☆☆

這本教材簡直是為我這種PCB設計新手量身打造的“通關秘籍”！說實話，我之前對高速電路的理解基本停留在“能畫齣走綫就行”的層麵，每次仿真結果一齣來，各種奇怪的波形和錯誤警告就讓人抓狂。這本書的厲害之處在於，它沒有一上來就甩給你一堆復雜的公式和晦澀難懂的理論。相反，它通過大量的實際案例，一步步把我從基礎概念——比如什麼是阻抗匹配，為什麼會齣現反射——開始引導。尤其是關於電源完整性（PI）的那幾章，講解得極其透徹。我以前總覺得電源就是接到哪裏都一樣，但這本書清晰地闡述瞭地彈（Ground Bounce）和電源紋波對信號質量的毀滅性影響。書裏對去耦電容的選擇和布局的講解，簡直是教科書級彆的操作指南，讓我明白瞭為什麼有些設計明明布綫很乾淨，性能依然不達標。那種循序漸進、化繁為簡的處理方式，讓我從最初的迷茫，到現在敢於自己動手搭建一個相對復雜的四層闆樣機，心裏踏實多瞭。它不僅僅是教你怎麼用軟件，更是幫你建立一套嚴謹的、工程化的設計思維框架。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事風格非常嚴謹，但又不失清晰的邏輯脈絡，讀起來非常“過癮”。我發現它在處理跨學科知識整閤方麵做得非常齣色。高速電路設計絕不是孤立的電學問題，它涉及到材料科學、電磁場理論，甚至製造工藝的限製。這本書巧妙地將這些看似分散的知識點編織成一個整體。舉例來說，它在討論介質損耗時，不僅計算瞭損耗因子，還結閤瞭不同PCB層壓材料的特性麯綫，這對於選擇閤適的基材至關重要。它沒有迴避高階的知識點，但總能用足夠清晰的圖錶和數學推導來支撐結論，確保讀者既能掌握“是什麼”，更能理解“為什麼是這樣”。對於那些希望深入理解背後的物理機製，而不是滿足於錶層操作指南的讀者來說，這本書提供瞭深厚的理論基石。它讓我對未來設計更高密度、更高速度的闆卡充滿瞭清晰的藍圖。

評分☆☆☆☆☆

我是在一個極度緊迫的項目背景下接觸到這本書的，當時我們團隊急需解決一個信號傳輸中的串擾問題，時間緊任務重，對理論深度和實用性都有極高要求。坦率地說，市麵上很多聲稱講高速設計的書，要麼是停留在原理介紹的紙上談兵階段，要麼就是特定工具的操作手冊，缺乏係統性的、可落地的解決方案。這本書的獨特價值恰恰在於它精準地把握瞭信號完整性（SI）的核心矛盾。它詳細剖析瞭諸如過衝、欠衝、抖動（Jitter）等關鍵指標是如何産生的，並且沒有迴避高頻效應的復雜性。最讓我印象深刻的是對傳輸綫理論的深入淺齣闡述，它沒有把傳輸綫當作一個抽象的概念，而是通過實際的S參數和TDR（時域反射儀）分析，直觀地展示瞭不匹配帶來的能量迴流和信號失真。閱讀過程中，我感覺自己像是在一位經驗豐富的資深工程師的指導下進行“沉浸式”學習，每一步的推導和結論都有堅實的物理意義支撐，而不是憑空臆斷。對於希望從“會布綫”躍升到“懂設計”的專業人士而言，這本書的參考價值是無可替代的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構安排極具匠心，仿佛是精心設計的一套階梯課程。它不像某些技術手冊那樣，把所有內容堆砌在一起讓人無從下手。作者似乎深諳學習者的認知規律，知識點的引入有著完美的節奏感。初期建立基礎認知，中期深入探討SI和PI的相互作用，後期則聚焦於實際問題的解決和性能優化。我尤其贊賞其對設計規範和經驗法則的提煉。在實際工作中，我們往往需要在理論的“完美”和現實的“可行”之間做權衡。這本書提供瞭大量寶貴的“經驗公式”和“設計邊界條件”，這些都是標準教科書裏難以找到的“軟知識”。例如，關於交叉耦閤的最小間距建議、或是在特定頻率下如何有效使用屏蔽層，這些都是能立即轉化為設計決策的黃金法則。這本書的價值在於，它不僅教會瞭我如何避免災難，更重要的是，它教會瞭我如何主動地、有目的地去設計齣高性能的係統，這是一種質的飛躍。

評分☆☆☆☆☆

作為一名資深硬件工程師，我閱覽過不少關於PCB設計規範和電磁兼容（EMC）的書籍，但真正能將“設計”與“仿真驗證”無縫連接起來的精品屬實不多。這本書在仿真方法的論述上，展現齣瞭極高的專業水準。它不是簡單地羅列軟件功能，而是深入探討瞭如何構建一個可靠的仿真模型。例如，在處理連接器和過孔（Via）等非理想元件時，書中提供的建模技巧和參數提取方法非常實用。我特彆欣賞它對仿真誤差來源的坦誠分析，提醒讀者認識到仿真結果的局限性，避免“仿真通過就萬事大吉”的誤區。這種強調“工程實踐與理論驗證相結閤”的態度，對於我們這些日常需要與製造部門打交道的人來說至關重要。通過書中的案例，我成功優化瞭我們産品中一個關鍵高速接口的阻抗控製流程，顯著減少瞭首闆失敗率。可以說，這本書極大地提升瞭我對設計收斂性的信心和效率。