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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• 第五版

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121257247

商品编码：29729359673

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

：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

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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

智能时代下的电子脉搏： PCB设计、仿真与分析的深度探索 在这个日新月异的智能时代，电子产品的功能集成度与性能要求不断攀升，对电路板（PCB）的设计与制造提出了前所未有的挑战。从智能手机、高性能服务器到尖端的航空航天系统，其稳定运行的背后，离不开对电路板上信号传输的精细控制与电源供应的纯净保障。本书旨在为读者深入剖析现代PCB设计中的核心技术，聚焦于信号完整性（SI）与电源完整性（PI）分析这两个至关重要的领域，并结合先进的仿真工具，揭示如何在复杂电磁环境下确保电路板的卓越性能与可靠性。 一、 信号完整性（SI）：数据洪流中的清晰沟通 在高速数字电路中，信号不再是简单的开关动作，而是以高频率、短时序的电磁波形式在PCB走线上传播。当信号边缘速率（rise/fall time）与传输线延迟（propagation delay）相当时，各种波形失真现象便会显现，直接影响数据的正确传输。本书将从信号完整性的基本原理出发，层层递进，解析这些潜在的“通信障碍”。 1.1 信号失真之源：反射、串扰与损耗 反射（Reflection）： 当信号在传输线上传播遇到阻抗不匹配时，部分能量会被反射回信号源，与入射信号叠加，导致波形畸变，如过冲（overshoot）、下冲（undershoot）以及振铃（ringing）。本书将详细阐述阻抗匹配的原理，介绍各种终端匹配技术（如端接电阻、戴维南匹配、源端串联匹配等）的应用场景与选择依据。我们将深入分析传输线模型的建立，理解RLC单元对信号传播的影响，并提供实际案例，展示如何通过合理的阻抗控制，有效抑制反射。 串扰（Crosstalk）： 高密度PCB设计中，相邻走线之间的电磁耦合会导致信号之间的相互干扰，即串扰。当一条信号线上的变化引起另一条信号线上的电压变化时，就会产生异相串扰（witching noise）或同相串扰（crosstalk noise）。本书将深入探讨串扰产生的机理，分析其与走线间距、耦合长度、信号速率等因素的关系。我们将详细介绍布局布线方面的设计规则，如走线间距的优化、参考平面（ground plane）的合理划分、屏蔽走线的设计等，以期最大限度地降低串扰的影响。 损耗（Loss）： 随着信号频率的升高，PCB走线本身以及介质材料的电导损耗（conduction loss）和介电损耗（dielectric loss）会显著增加，导致信号幅度衰减（attenuation）和相位失真。本书将深入研究损耗的物理根源，讲解如何选择低损耗的PCB基材（如FR-4、Rogers等），如何优化走线结构（如避免尖角、优化阻抗控制层叠结构），以及如何利用信号整形技术（如均衡器）来补偿信号损耗。 1.2 信号完整性分析的实践路径 传输线理论与模型： 我们将从基本的电磁场理论出发，推导微带线、带状线等常见传输线的阻抗计算公式，并介绍集总参数模型与分布参数模型在不同场景下的适用性。 SI仿真工具的运用： 本书将重点介绍行业领先的SI仿真工具，如Cadence Allegro Sigrity等，详细讲解如何构建PCB的仿真模型，设置仿真参数，并对仿真结果进行深入解读。读者将学会如何利用仿真工具进行阻抗分析、反射分析、串扰分析以及眼图（eye diagram）分析，提前预测并解决潜在的信号完整性问题。 眼图分析与判据： 眼图是衡量信号质量的关键指标。本书将深入解析眼图的构成，讲解眼高（eye height）、眼宽（eye width）、抖动（jitter）等关键参数的意义，并提供如何根据不同接口标准（如DDR、PCIe、USB等）的要求，通过仿真和实际测量来评估信号质量的详细指南。 设计规则与优化策略： 基于SI分析的结果，本书将提供一套系统性的PCB设计规则和优化策略，涵盖差分对（differential pair）布线、拓扑结构设计（如星型、菊花链）、时钟（clock）信号的隔离、高优先级信号的走线优先权等，帮助读者在实际设计中规避SI风险。 二、 电源完整性（PI）：稳定如磐的能量供给 对于任何电子设备而言，稳定、纯净的电源供应是其稳定运行的基石。电源完整性（PI）分析主要关注的是电源分配网络（PDN）的性能，即如何在PCB上高效、低噪声地将电源电压和地电位分配给各个电子器件。PDN中的不稳定性会导致电压跌落（voltage drop）、电源噪声（power noise）以及瞬态响应不足，严重影响芯片的性能和可靠性。 2.1 电源噪声的根源：阻抗、去耦与瞬态响应 PDN阻抗（PDN Impedance）： PDN的阻抗直接影响电源噪声的大小。当芯片工作时，其瞬时电流需求会发生变化，PDN的高阻抗会导致电源电压发生瞬态跌落。本书将深入分析PDN的组成部分（如电源层、地平面、过孔、焊盘、电容等）对PDN阻抗的影响，并介绍如何通过优化层叠结构、选择合适的去耦电容，来降低PDN阻抗。 去耦电容（Decoupling Capacitors）： 去耦电容是抑制电源噪声的关键器件。它们相当于局部的小型储能器，能够为芯片提供瞬时所需的电流，并吸收芯片产生的电源噪声。本书将详细介绍不同类型去耦电容（陶瓷电容、钽电容、电解电容等）的特性，讲解如何根据芯片的功耗特性、频率响应以及封装类型，选择合适的去耦电容种类、数值、ESR（等效串联电阻）和ESL（等效串联电感），以及如何进行去耦电容的布局与数量优化。 瞬态响应（Transient Response）： 芯片的开关动作会引起瞬态电流需求的变化，PDN需要能够快速响应这些变化，维持电源电压的稳定。本书将深入分析瞬态电流对PDN的影响，并介绍如何通过仿真和测量来评估PDN的瞬态响应能力。 2.2 电源完整性分析的实践路径 PDN建模与仿真： 本书将详细讲解如何利用PI仿真工具（如Cadence Sigrity PowerSI）来构建PDN模型。读者将学习如何准确地提取芯片的功耗模型、PDN结构参数，并进行仿真分析，包括DC压降分析（DC voltage drop）、AC阻抗分析（AC impedance）、瞬态响应分析以及电源噪声分析。 DC压降分析： 准确评估DC压降对于确保芯片在正常工作电压范围内运行至关重要。本书将介绍DC压降分析的方法，包括电流密度分析（current density analysis）和IR Drop分析，帮助读者识别PDN中的瓶颈区域。 AC阻抗分析与优化： AC阻抗分析是评估PDN在不同频率下性能的关键。我们将深入讲解如何通过仿真分析PDN的AC阻抗曲线，并提供优化策略，例如调整电源和地平面结构、选择更优的去耦电容配置、优化过孔设计等。 电源噪声与EMI（电磁干扰）的关系： 电源噪声不仅影响电路本身的性能，也可能成为EMI的主要来源。本书将探讨电源噪声与EMI之间的关联，并提供一些抑制电源噪声和EMI的设计建议。 高电流与高密度设计的PI挑战： 随着高性能计算和AI等应用的发展，PCB上的电流密度和功率密度不断升高，对PI提出了更高的要求。本书将探讨在这些极端场景下的PI设计挑战，例如多电压域电源分配、高效率DC-DC转换器在PCB上的集成等。 三、 仿真工具的深度应用与案例分析 本书将贯穿Cadence Allegro Sigrity这一强大的EDA工具套件，提供详尽的操作指南和丰富的案例研究。读者将学会： 从原理图到PCB的仿真流程： 如何将原理图和PCB布局信息导入仿真工具，构建准确的仿真环境。 参数化建模与批量分析： 如何利用参数化建模功能，快速进行不同设计方案的对比分析。 高级后处理与报告生成： 如何有效地提取、分析和可视化仿真结果，并生成专业的设计报告。 实际项目中的SI/PI问题诊断与解决： 通过多个典型应用场景的案例分析，如服务器主板、高性能GPU卡、高速通信接口等，展示SI/PI问题是如何在实际设计中出现的，以及如何运用仿真工具进行诊断和优化。 四、 面向未来：PCB设计的新趋势与挑战 本书还将展望PCB设计与仿真领域的新发展，包括： 新兴材料与技术： 如低损耗高频材料、堆叠层数更多的先进封装技术（SIP）、3D打印PCB等对SI/PI的影响。 人工智能在PCB设计中的应用： AI如何辅助SI/PI分析，实现更智能的设计优化。 系统级EMC/EMI设计： 将SI/PI分析与系统级的EMC/EMI设计相结合，实现更全面的电路板可靠性保障。 通过本书的学习，读者将不仅掌握信号完整性与电源完整性分析的核心理论与方法，更能熟练运用业界领先的仿真工具，有效解决实际设计中的复杂问题。本书旨在培养读者具备前瞻性的设计思维，应对未来电子产品设计所面临的各种挑战，为打造高性能、高可靠性的电子产品提供坚实的技术支撑。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值体现在它跨越了传统教材的局限性，真正聚焦于现代电子系统设计中的“痛点”。它所涉及的知识点，如高速串扰的非互易性影响、焊球阵列（BGA）的过孔结构对信号路径的扭曲，以及先进封装对电磁兼容性的潜在风险，都是当前行业前沿正在攻克的难题。作者通过引入大量的实际测量数据与仿真对比，极大地增强了论证的说服力。对于我们这些长期在第一线与高速信号打交道的设计师来说，这本书更像是一本随时可以查阅的“疑难杂症处理手册”，它不仅教会了我们如何设计出满足规范的板子，更重要的是，指导我们如何去思考和定位那些设计完成后难以排查的、与速度相关的性能缺陷。它的内容深度和广度，足以支撑起从原型设计到量产优化的全流程需求。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常直接，逻辑层次感极其清晰，没有太多晦涩的文学修饰，完全是工程师的实用主义风格。从第一章到最后一章，知识点层层递进，基础概念的铺垫非常扎实，使得读者在面对更复杂的跨学科问题时，能够游刃有余。我尤其喜欢它在讲解设计规则时，总是会先给出背后的物理原理，再给出具体的实施建议。例如，在讲解差分走线设计时，它不仅强调了等长和等距，还详细分析了差分布线过程中，共模抑制比（CMRR）是如何受到各种不匹配因素影响的。这种深入到底层的剖析，让“设计规则”不再是死板的教条，而是基于物理规律的优化选择，这对于提升读者的设计思维层次非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

这本书在电源完整性（PI）方面的论述，可以说是目前市面上我看到最全面、最深入的了。它没有回避那些复杂的问题，比如PDN阻抗的建模和优化。我特别欣赏作者对去耦电容选型和布局的精辟见解，不再是简单地堆砌电容，而是基于对不同频段噪声源的理解，进行有针对性的网络设计。书中对瞬态电流分析的详尽步骤和结果解读，让我学会了如何通过仿真来预测芯片功耗变化带来的电压跌落（Ground Bounce/SSN），这对于设计高性能、高密度的主板至关重要。而且，它还引入了先进的封装技术对PDN的影响分析，这在当前芯片集成度越来越高的背景下，显得尤为重要。读完这部分，我对自己设计的供电网络更有信心了，感觉终于找到了解决高频噪声的“万能钥匙”，而不是仅仅靠经验去试错。

评分☆☆☆☆☆

作为一本工程技术类的书籍，它在仿真工具的使用和结果解读方面的指导性极强，这一点非常难得。作者没有仅仅停留在“如何点击按钮”的层面，而是深入挖掘了仿真模型的建立过程，比如如何准确提取封装的寄生参数，如何设置合理的激励源模型来模拟真实的芯片行为。尤其是关于时域分析与频域分析的互相验证，书中提供了大量的案例和对比，这对于理解信号在PCB上传输的真实物理过程非常有帮助。很多时候，仿真结果看起来“正常”，但实际板子出来就有问题，这本书教会了我如何从仿真参数的设置上找到问题的根源，比如网表提取的准确性、端口设置的合理性等等。它提供的不仅仅是方法论，更是一套严谨的验证体系，让整个设计流程的可靠性大大提高。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让我大开眼界，尤其是它对高速电路设计中那些“看不见”的问题的剖析，简直是教科书级别的深度。我记得以前在处理PCB设计时，总觉得信号完整性（SI）和电源完整性（PI）是两个独立的项目，但这本书清晰地展现了它们之间密不可分的联系。比如，它深入讲解了串扰分析中的时域和频域方法，以及如何通过合理的布局和走线策略来最小化耦合效应。书中对阻抗匹配的讲解非常到位，不仅仅是停留在理论公式层面，而是结合了实际的仿真工具应用，让我明白了为什么在某些特定情况下，即便是看起来很完美的阻抗控制，也可能因为过孔效应而导致信号失真。尤其是关于回流路径的设计，作者详尽地阐述了各种“坏”的回流路径是如何产生意想不到的EMI问题的，这对于我后续的项目设计起到了至关重要的指导作用。感觉作者不仅是理论专家，更是实战经验丰富的工程师，很多在学校里学不到的“坑点”都被他一一指了出来。