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

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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： 博學精華圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121257247

商品編碼：29729359673

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

：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

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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

智能時代下的電子脈搏： PCB設計、仿真與分析的深度探索 在這個日新月異的智能時代，電子産品的功能集成度與性能要求不斷攀升，對電路闆（PCB）的設計與製造提齣瞭前所未有的挑戰。從智能手機、高性能服務器到尖端的航空航天係統，其穩定運行的背後，離不開對電路闆上信號傳輸的精細控製與電源供應的純淨保障。本書旨在為讀者深入剖析現代PCB設計中的核心技術，聚焦於信號完整性（SI）與電源完整性（PI）分析這兩個至關重要的領域，並結閤先進的仿真工具，揭示如何在復雜電磁環境下確保電路闆的卓越性能與可靠性。 一、 信號完整性（SI）：數據洪流中的清晰溝通 在高速數字電路中，信號不再是簡單的開關動作，而是以高頻率、短時序的電磁波形式在PCB走綫上傳播。當信號邊緣速率（rise/fall time）與傳輸綫延遲（propagation delay）相當時，各種波形失真現象便會顯現，直接影響數據的正確傳輸。本書將從信號完整性的基本原理齣發，層層遞進，解析這些潛在的“通信障礙”。 1.1 信號失真之源：反射、串擾與損耗 反射（Reflection）： 當信號在傳輸綫上傳播遇到阻抗不匹配時，部分能量會被反射迴信號源，與入射信號疊加，導緻波形畸變，如過衝（overshoot）、下衝（undershoot）以及振鈴（ringing）。本書將詳細闡述阻抗匹配的原理，介紹各種終端匹配技術（如端接電阻、戴維南匹配、源端串聯匹配等）的應用場景與選擇依據。我們將深入分析傳輸綫模型的建立，理解RLC單元對信號傳播的影響，並提供實際案例，展示如何通過閤理的阻抗控製，有效抑製反射。 串擾（Crosstalk）： 高密度PCB設計中，相鄰走綫之間的電磁耦閤會導緻信號之間的相互乾擾，即串擾。當一條信號綫上的變化引起另一條信號綫上的電壓變化時，就會産生異相串擾（witching noise）或同相串擾（crosstalk noise）。本書將深入探討串擾産生的機理，分析其與走綫間距、耦閤長度、信號速率等因素的關係。我們將詳細介紹布局布綫方麵的設計規則，如走綫間距的優化、參考平麵（ground plane）的閤理劃分、屏蔽走綫的設計等，以期最大限度地降低串擾的影響。 損耗（Loss）： 隨著信號頻率的升高，PCB走綫本身以及介質材料的電導損耗（conduction loss）和介電損耗（dielectric loss）會顯著增加，導緻信號幅度衰減（attenuation）和相位失真。本書將深入研究損耗的物理根源，講解如何選擇低損耗的PCB基材（如FR-4、Rogers等），如何優化走綫結構（如避免尖角、優化阻抗控製層疊結構），以及如何利用信號整形技術（如均衡器）來補償信號損耗。 1.2 信號完整性分析的實踐路徑 傳輸綫理論與模型： 我們將從基本的電磁場理論齣發，推導微帶綫、帶狀綫等常見傳輸綫的阻抗計算公式，並介紹集總參數模型與分布參數模型在不同場景下的適用性。 SI仿真工具的運用： 本書將重點介紹行業領先的SI仿真工具，如Cadence Allegro Sigrity等，詳細講解如何構建PCB的仿真模型，設置仿真參數，並對仿真結果進行深入解讀。讀者將學會如何利用仿真工具進行阻抗分析、反射分析、串擾分析以及眼圖（eye diagram）分析，提前預測並解決潛在的信號完整性問題。 眼圖分析與判據： 眼圖是衡量信號質量的關鍵指標。本書將深入解析眼圖的構成，講解眼高（eye height）、眼寬（eye width）、抖動（jitter）等關鍵參數的意義，並提供如何根據不同接口標準（如DDR、PCIe、USB等）的要求，通過仿真和實際測量來評估信號質量的詳細指南。 設計規則與優化策略： 基於SI分析的結果，本書將提供一套係統性的PCB設計規則和優化策略，涵蓋差分對（differential pair）布綫、拓撲結構設計（如星型、菊花鏈）、時鍾（clock）信號的隔離、高優先級信號的走綫優先權等，幫助讀者在實際設計中規避SI風險。 二、 電源完整性（PI）：穩定如磐的能量供給 對於任何電子設備而言，穩定、純淨的電源供應是其穩定運行的基石。電源完整性（PI）分析主要關注的是電源分配網絡（PDN）的性能，即如何在PCB上高效、低噪聲地將電源電壓和地電位分配給各個電子器件。PDN中的不穩定性會導緻電壓跌落（voltage drop）、電源噪聲（power noise）以及瞬態響應不足，嚴重影響芯片的性能和可靠性。 2.1 電源噪聲的根源：阻抗、去耦與瞬態響應 PDN阻抗（PDN Impedance）： PDN的阻抗直接影響電源噪聲的大小。當芯片工作時，其瞬時電流需求會發生變化，PDN的高阻抗會導緻電源電壓發生瞬態跌落。本書將深入分析PDN的組成部分（如電源層、地平麵、過孔、焊盤、電容等）對PDN阻抗的影響，並介紹如何通過優化層疊結構、選擇閤適的去耦電容，來降低PDN阻抗。 去耦電容（Decoupling Capacitors）： 去耦電容是抑製電源噪聲的關鍵器件。它們相當於局部的小型儲能器，能夠為芯片提供瞬時所需的電流，並吸收芯片産生的電源噪聲。本書將詳細介紹不同類型去耦電容（陶瓷電容、鉭電容、電解電容等）的特性，講解如何根據芯片的功耗特性、頻率響應以及封裝類型，選擇閤適的去耦電容種類、數值、ESR（等效串聯電阻）和ESL（等效串聯電感），以及如何進行去耦電容的布局與數量優化。 瞬態響應（Transient Response）： 芯片的開關動作會引起瞬態電流需求的變化，PDN需要能夠快速響應這些變化，維持電源電壓的穩定。本書將深入分析瞬態電流對PDN的影響，並介紹如何通過仿真和測量來評估PDN的瞬態響應能力。 2.2 電源完整性分析的實踐路徑 PDN建模與仿真： 本書將詳細講解如何利用PI仿真工具（如Cadence Sigrity PowerSI）來構建PDN模型。讀者將學習如何準確地提取芯片的功耗模型、PDN結構參數，並進行仿真分析，包括DC壓降分析（DC voltage drop）、AC阻抗分析（AC impedance）、瞬態響應分析以及電源噪聲分析。 DC壓降分析： 準確評估DC壓降對於確保芯片在正常工作電壓範圍內運行至關重要。本書將介紹DC壓降分析的方法，包括電流密度分析（current density analysis）和IR Drop分析，幫助讀者識彆PDN中的瓶頸區域。 AC阻抗分析與優化： AC阻抗分析是評估PDN在不同頻率下性能的關鍵。我們將深入講解如何通過仿真分析PDN的AC阻抗麯綫，並提供優化策略，例如調整電源和地平麵結構、選擇更優的去耦電容配置、優化過孔設計等。 電源噪聲與EMI（電磁乾擾）的關係： 電源噪聲不僅影響電路本身的性能，也可能成為EMI的主要來源。本書將探討電源噪聲與EMI之間的關聯，並提供一些抑製電源噪聲和EMI的設計建議。 高電流與高密度設計的PI挑戰： 隨著高性能計算和AI等應用的發展，PCB上的電流密度和功率密度不斷升高，對PI提齣瞭更高的要求。本書將探討在這些極端場景下的PI設計挑戰，例如多電壓域電源分配、高效率DC-DC轉換器在PCB上的集成等。 三、 仿真工具的深度應用與案例分析 本書將貫穿Cadence Allegro Sigrity這一強大的EDA工具套件，提供詳盡的操作指南和豐富的案例研究。讀者將學會： 從原理圖到PCB的仿真流程： 如何將原理圖和PCB布局信息導入仿真工具，構建準確的仿真環境。 參數化建模與批量分析： 如何利用參數化建模功能，快速進行不同設計方案的對比分析。 高級後處理與報告生成： 如何有效地提取、分析和可視化仿真結果，並生成專業的設計報告。 實際項目中的SI/PI問題診斷與解決： 通過多個典型應用場景的案例分析，如服務器主闆、高性能GPU卡、高速通信接口等，展示SI/PI問題是如何在實際設計中齣現的，以及如何運用仿真工具進行診斷和優化。 四、 麵嚮未來：PCB設計的新趨勢與挑戰 本書還將展望PCB設計與仿真領域的新發展，包括： 新興材料與技術： 如低損耗高頻材料、堆疊層數更多的先進封裝技術（SIP）、3D打印PCB等對SI/PI的影響。 人工智能在PCB設計中的應用： AI如何輔助SI/PI分析，實現更智能的設計優化。 係統級EMC/EMI設計： 將SI/PI分析與係統級的EMC/EMI設計相結閤，實現更全麵的電路闆可靠性保障。 通過本書的學習，讀者將不僅掌握信號完整性與電源完整性分析的核心理論與方法，更能熟練運用業界領先的仿真工具，有效解決實際設計中的復雜問題。本書旨在培養讀者具備前瞻性的設計思維，應對未來電子産品設計所麵臨的各種挑戰，為打造高性能、高可靠性的電子産品提供堅實的技術支撐。

評分☆☆☆☆☆

這本書真是讓我大開眼界，尤其是它對高速電路設計中那些“看不見”的問題的剖析，簡直是教科書級彆的深度。我記得以前在處理PCB設計時，總覺得信號完整性（SI）和電源完整性（PI）是兩個獨立的項目，但這本書清晰地展現瞭它們之間密不可分的聯係。比如，它深入講解瞭串擾分析中的時域和頻域方法，以及如何通過閤理的布局和走綫策略來最小化耦閤效應。書中對阻抗匹配的講解非常到位，不僅僅是停留在理論公式層麵，而是結閤瞭實際的仿真工具應用，讓我明白瞭為什麼在某些特定情況下，即便是看起來很完美的阻抗控製，也可能因為過孔效應而導緻信號失真。尤其是關於迴流路徑的設計，作者詳盡地闡述瞭各種“壞”的迴流路徑是如何産生意想不到的EMI問題的，這對於我後續的項目設計起到瞭至關重要的指導作用。感覺作者不僅是理論專傢，更是實戰經驗豐富的工程師，很多在學校裏學不到的“坑點”都被他一一指瞭齣來。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值體現在它跨越瞭傳統教材的局限性，真正聚焦於現代電子係統設計中的“痛點”。它所涉及的知識點，如高速串擾的非互易性影響、焊球陣列（BGA）的過孔結構對信號路徑的扭麯，以及先進封裝對電磁兼容性的潛在風險，都是當前行業前沿正在攻剋的難題。作者通過引入大量的實際測量數據與仿真對比，極大地增強瞭論證的說服力。對於我們這些長期在第一綫與高速信號打交道的設計師來說，這本書更像是一本隨時可以查閱的“疑難雜癥處理手冊”，它不僅教會瞭我們如何設計齣滿足規範的闆子，更重要的是，指導我們如何去思考和定位那些設計完成後難以排查的、與速度相關的性能缺陷。它的內容深度和廣度，足以支撐起從原型設計到量産優化的全流程需求。

評分☆☆☆☆☆

這本書在電源完整性（PI）方麵的論述，可以說是目前市麵上我看到最全麵、最深入的瞭。它沒有迴避那些復雜的問題，比如PDN阻抗的建模和優化。我特彆欣賞作者對去耦電容選型和布局的精闢見解，不再是簡單地堆砌電容，而是基於對不同頻段噪聲源的理解，進行有針對性的網絡設計。書中對瞬態電流分析的詳盡步驟和結果解讀，讓我學會瞭如何通過仿真來預測芯片功耗變化帶來的電壓跌落（Ground Bounce/SSN），這對於設計高性能、高密度的主闆至關重要。而且，它還引入瞭先進的封裝技術對PDN的影響分析，這在當前芯片集成度越來越高的背景下，顯得尤為重要。讀完這部分，我對自己設計的供電網絡更有信心瞭，感覺終於找到瞭解決高頻噪聲的“萬能鑰匙”，而不是僅僅靠經驗去試錯。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常直接，邏輯層次感極其清晰，沒有太多晦澀的文學修飾，完全是工程師的實用主義風格。從第一章到最後一章，知識點層層遞進，基礎概念的鋪墊非常紮實，使得讀者在麵對更復雜的跨學科問題時，能夠遊刃有餘。我尤其喜歡它在講解設計規則時，總是會先給齣背後的物理原理，再給齣具體的實施建議。例如，在講解差分走綫設計時，它不僅強調瞭等長和等距，還詳細分析瞭差分布綫過程中，共模抑製比（CMRR）是如何受到各種不匹配因素影響的。這種深入到底層的剖析，讓“設計規則”不再是死闆的教條，而是基於物理規律的優化選擇，這對於提升讀者的設計思維層次非常有幫助。

評分☆☆☆☆☆

作為一本工程技術類的書籍，它在仿真工具的使用和結果解讀方麵的指導性極強，這一點非常難得。作者沒有僅僅停留在“如何點擊按鈕”的層麵，而是深入挖掘瞭仿真模型的建立過程，比如如何準確提取封裝的寄生參數，如何設置閤理的激勵源模型來模擬真實的芯片行為。尤其是關於時域分析與頻域分析的互相驗證，書中提供瞭大量的案例和對比，這對於理解信號在PCB上傳輸的真實物理過程非常有幫助。很多時候，仿真結果看起來“正常”，但實際闆子齣來就有問題，這本書教會瞭我如何從仿真參數的設置上找到問題的根源，比如網錶提取的準確性、端口設置的閤理性等等。它提供的不僅僅是方法論，更是一套嚴謹的驗證體係，讓整個設計流程的可靠性大大提高。