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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• 高速电路板设计
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• 电子工程
• 电磁兼容性
• 电路分析
• 第五版

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121257247

商品编码：29738527914

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

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

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Cadence高速电路板设计与仿真经典力作

内容提要

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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

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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

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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

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序言

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《印刷电路板设计实战指南：从概念到量产》 内容概述： 本书是一本深入浅出的印刷电路板（PCB）设计实战手册，旨在为读者提供一套系统、全面的PCB设计流程和实操技巧。全书围绕“从概念到量产”这一主线，详尽讲解了PCB设计的各个环节，从项目需求分析、原理图绘制、元器件选型，到PCB布局布线、信号完整性与电源完整性基础、热学管理，再到DFM（可制造性设计）、DFA（可装配性设计）以及与PCB制造厂的有效沟通，直至最终的生产制造和质量控制。本书强调理论与实践的紧密结合，通过大量的实例分析和流程演示，帮助读者掌握将电子产品设计概念转化为高质量、可量产的PCB实物。 章节内容详情： 第一部分：PCB设计基础与流程 第一章：PCB设计概览与项目启动 1.1 电子产品开发流程简介： 阐述了从概念提出、方案设计、原理图开发、PCB设计、样机制作、调试测试到批量生产的完整生命周期。 1.2 PCB在电子产品中的核心作用： 强调PCB作为电子元器件的载体和电气连接的基石，其设计质量直接影响产品的性能、可靠性、成本和体积。 1.3 PCB设计项目需求分析： 详细讲解如何准确理解和转化产品需求，包括功能需求、性能指标（速度、功耗、精度等）、成本目标、尺寸限制、工作环境、可靠性要求以及合规性标准。 1.4 PCB设计流程解析： 梳理并图示化PCB设计的主要阶段，如需求分析、原理图设计、元器件库建立、PCB封装定义、PCB布局、PCB布线、DRC（设计规则检查）与LVS（版图与原理图一致性检查）、CAM（计算机辅助制造）文件输出、 Gerber文件生成与校对。 1.5 设计工具与硬件环境准备： 介绍主流PCB设计软件（如Altium Designer, PADS, OrCAD等）的基本功能和工作界面，以及设计过程中所需的硬件设备（高性能计算机、显示器、鼠标等）。 第二章：原理图设计与元器件管理 2.1 原理图设计基础： 讲解绘制清晰、规范、易于理解的原理图的重要性，包括符号库的使用、导线连接、总线的使用、层次化设计方法。 2.2 元器件选型指南： 详细介绍在原理图设计阶段，如何根据电路功能、性能指标、功耗、封装、成本、供货周期以及可靠性等因素，科学地选择合适的电子元器件。 2.3 元器件库的建立与管理： 教授如何创建、编辑和管理PCB设计所需的元器件库，包括符号库（Schematic Library）和PCB封装库（Footprint Library），强调封装与原理图符号的对应关系。 2.4 建立原理图与PCB封装的关联： 演示如何将原理图中的元器件符号与对应的PCB封装进行精确链接，这是后续PCB布局布线的基础。 2.5 协同设计与版本控制： 介绍在团队协作中，如何进行原理图的共享、评审和版本管理，确保设计的一致性和可追溯性。 第二部分：PCB布局布线策略与技巧 第三章：PCB布局（Placement）的核心原则 3.1 布局前的准备工作： 包括导入原理图、导入封装库、定义PCB板框、设置Units（单位）与Grid（栅格）。 3.2 关键元器件的优先布局： 讲解如何优先放置CPU、FPGA、内存、电源管理IC（PMIC）、大功率器件、高速接口等核心元器件。 3.3 信号流向与连接性分析： 强调根据信号流向进行布局，尽量缩短关键信号的走线长度，减少信号交叉和串扰。 3.4 电源与地网络的布局策略： 介绍如何合理布局电源和地线，确保电流路径的顺畅和电磁兼容（EMC）性能。 3.5 thermal（散热）考虑： 讲解如何考虑大功率器件的散热需求，预留散热空间和散热孔。 3.6 考虑DFM/DFA的布局： 提及在布局阶段就应考虑可制造性和可装配性，例如避免元件过于密集、留出测试点空间等。 3.7 布局工具与技巧： 介绍软件中自动布局、手动调整、组件对齐、对齐到栅格等功能的应用。 第四章：PCB布线（Routing）的艺术与工程 4.1 布线前的准备： 设置设计规则（Design Rules），包括层定义、线宽、过孔大小、间距、蛇行线（Delay Line）设置等。 4.2 关键信号的布线策略： 高速信号布线： 差分对的布线（等长、等距、紧耦合），单端高速信号的参考平面选择，避免阻抗不连续点。 模拟信号布线： 信号与噪声源的隔离，地线的分割与连接。 电源线布线： 宽电源线、减小环路面积、采用星型连接（必要时）。 4.3 过孔（Via）的使用与优化： 讲解不同类型过孔（通孔、盲孔、埋孔）的应用场景，过孔对阻抗的影响，过孔数量的控制。 4.4 地平面（Ground Plane）与电源平面（Power Plane）的设计： 强调使用完整的地平面和电源平面，降低阻抗，提供良好的EMC性能，并作为信号的参考平面。 4.5 散热布线： 散热过孔（Thermal Via）的合理使用，将热量传导至散热片或大面积铜箔。 4.6 蛇行线（Delay Line）的应用： 在需要信号时序匹配的情况下，如何设计蛇行线来调整信号延迟。 4.7 软件自动化布线与手动优化： 介绍软件的自动布线功能，以及如何进行手动精细调整，以满足性能和规则要求。 4.8 电磁兼容（EMC）与信号完整性（SI）的布线考量： 讨论如何在布线过程中最小化串扰、反射和辐射。 第五章：设计规则检查（DRC）与版图验证 5.1 DRC规则的设置与理解： 详细解析PCB设计规则中的各项参数，如最小线宽、最小间距、最小孔径、焊盘大小、铜箔与外形边缘距离等。 5.2 运行DRC并分析报告： 演示如何运行DRC检查，并详细解读DRC报告，逐一解决发现的设计规则违例。 5.3 LVS（版图与原理图一致性检查）： 验证PCB版图中的连接关系是否与原理图完全一致，防止因手工修改或工具错误导致的连接错误。 5.4 3D视图验证： 利用PCB设计软件的3D功能，直观检查元器件的堆叠、安装孔位置、连接器方向等，避免物理干涉。 5.5CAM（计算机辅助制造）文件生成与校对： 讲解Gerber文件、钻孔文件（Excellon）、物料清单（BOM）、坐标文件（Pick-and-Place File）等的生成过程，以及如何使用CAM查看器进行最终的校对，确保文件与设计意图一致。 第三部分：先进的PCB设计考量 第六章：基础的信号完整性（SI）与电源完整性（PI）分析 6.1 SI基本概念： 信号反射、串扰、损耗、失真等现象的成因与危害。 6.2 SI分析的必要性： 何时需要进行SI分析，对于高速、高频信号的重要性。 6.3 信号完整性的关键设计要素： 阻抗匹配、参考平面、走线长度、线宽、间距、过孔等。 6.4 PI基本概念： 电压降（IR Drop）、电源噪声、去耦电容的作用。 6.5 PI分析的必要性： 确保元器件获得稳定、干净的电源供应。 6.6 电源完整性的关键设计要素： 电源平面设计、去耦电容布局与选型、电源线宽度、VRM（电压调节模块）布局。 6.7 仿真工具简介（非深入使用）： 简要介绍SI/PI仿真软件的原理和作用，指出其在设计中的辅助定位价值。 第七章：热学管理与EMC设计考量 7.1 PCB热学问题分析： 讲解发热源识别（大功率器件、CPU、GPU等）、热传导、热辐射、对流。 7.2 热设计基础： thermal via、散热铜箔、散热槽、与散热器的配合。 7.3 元器件布局的热学优化： 高低功率器件的分布、通风通道的考虑。 7.4 EMC设计基础： 电磁干扰（EMI）的产生、传播与接收。 7.5 PCB的EMI/EMC设计原则： 接地平面完整性、信号回路最小化、滤波、屏蔽。 7.6 关键EMC设计细节： 差分信号与单端信号的隔离、高频信号的走线约束、滤波器的正确使用。 7.7 EMC的DFM/DFA结合： 在设计初期就考虑EMC，减少后期修改的成本。 第四部分：PCB制造与质量控制 第八章：DFM（可制造性设计）与DFA（可装配性设计） 8.1 DFM的重要性： 强调设计与制造的衔接，降低制造成本，提高一次良率。 8.2 常见DFM问题解析： 最小线宽/间距、最小孔径、焊盘与过孔间距、铜箔与板边距离、阻焊层（Solder Mask）的开口大小、丝印层（Silkscreen）的清晰度等。 8.3 DFA的重要性： 保证PCB板能够顺利、高效地完成贴片和焊接过程。 8.4 常见DFA问题解析： 元器件间距、贴装方向、测试点布局、焊盘设计、异形板的装配等。 8.5 如何将DFM/DFA融入设计流程： 从原理图、布局、布线到CAM输出的各个环节的注意事项。 8.6 利用DFM/DFA检查工具： 介绍设计软件内置的DFM/DFA检查功能，以及第三方CAM工程软件的DFM检查。 第九章：PCB制造流程与厂方沟通 9.1 PCB制造工艺概述： 简要介绍多层板、HDI（高密度互连）板、柔性板（Flex PCB）、刚挠结合板（Rigid-Flex PCB）等不同类型的制造工艺。 9.2 PCB制造的基本步骤： 显影、蚀刻、钻孔、电镀、层压、图形转移、表面处理等。 9.3 与PCB制造厂的有效沟通： 提供完整的CAM文件： 确保Gerber、钻孔、BOM、坐标文件等的准确性和完整性。 明确工艺要求： 板厚、铜厚、阻抗控制要求、表面处理（ENIG、OSP、HASL等）、颜色、层数、阻抗测试点等。 讨论潜在的设计风险： 提前与厂方沟通设计中可能遇到的制造难题。 报价与交期： 依据设计规格与厂方进行详细的报价与交期协商。 9.4 PCB质量控制与测试： AOI（自动光学检查）、ICT（在线测试）、功能测试。 附录： 附录A：常用PCB设计术语表 附录B：典型PCB设计案例分析 本书通过系统性的讲解和丰富的实践指导，旨在帮助读者全面掌握PCB设计技能，从容应对各种复杂的电子产品设计挑战，确保设计成果的性能、可靠性和可制造性，最终实现产品的成功上市。

评分☆☆☆☆☆

我喜欢这本书的地方在于它始终保持着一种面向未来的、具有前瞻性的视角。即便是一本第五版，它对于高阶多层板结构和新兴材料特性（如低损耗介质）的讨论也相当到位。书中对眼图的抖动（Jitter）分析部分，清晰地划分了确定性抖动（DJ）和随机抖动（RJ）的来源，并提供了相应的去抖动（De-emphasis）和均衡（Equalization）技术的理论依据。这对于应对下一代高速串行接口如PCIe Gen5/6或DDR5/6的设计挑战非常有指导意义。它没有停留在对传统信号反射问题的修补上，而是将重点放在如何从源头控制信号完整性，强调嵌入式设计的理念。总而言之，这不是一本适合新手“尝鲜”的书，它更像是一份为志在解决行业最棘手问题的工程师准备的“高级武器库”，需要深厚的电路和电磁学背景作为前提，但一旦掌握，对高速设计的认知将产生质的飞跃。

评分☆☆☆☆☆

说实话，初次接触这本书时，我差点被其中复杂的数学公式和等效电路模型吓退。但这本关于高速设计的著作，它的价值恰恰就在于这种毫不妥协的严谨性。它没有回避那些令人头疼的拉普拉斯变换和S参数的深入推导，而是把它们当作理解信号完整性的基础语言来教授。我记得有一章专门讨论了损耗模型，如何区分介质损耗和导体损耗，并且量化了它们对眼图张开度的具体影响。这对于追求极致性能的工程师来说至关重要。如果只是想知道“如何设置PCB设计规则检查（DRC）”，那可能这本书显得过于深奥了，但如果你想知道这些规则背后的物理学根源，并且有能力自己推导或修改仿真器参数，那么它就是一本无价之宝。作者的叙述风格非常注重逻辑链条的完整性，每一步推导都有清晰的物理意义支撑，使得原本抽象的电磁理论变得可以被工程师所掌控和应用，而不是仅仅停留在概念层面。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验非常“厚重”，它不像是那种可以随时翻开看一小段然后合上的工具书，而是需要投入大量时间，像啃一块硬骨头一样去消化。它更侧重于理论构建和系统级的分析思维的培养，而非针对特定软件版本的操作指南。比如，在谈到时域和频域分析的转换时，它强调了傅里叶变换在理解信号失真中的核心作用，并展示了如何通过观察频域中的特定陷波点来定位时域中的设计缺陷。这种跨域的思维训练是当前很多工程教育中缺失的。对于那些想要从“操作员”晋升到“架构师”级别的工程师来说，这本书提供了必要的理论基石。虽然某些关于非线性传输线的讨论稍显晦涩，但正是这种对极限情况的深入探讨，才让读者对常规设计的安全裕度有了更清晰的把握。它是一本值得放在案头，反复研读，每次都能发现新东西的参考书。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深的设计师，我最大的痛点之一是电源完整性（PI）在实际落地中的复杂性。这本书在这方面着墨甚多，让我耳目一新。它没有简单地罗列去耦电容的选型原则，而是深入探讨了电源分配网络（PDN）的阻抗目标函数设计。书中对去耦电容的等效串联电感（ESL）如何影响高频电流回路完整性进行了细致的剖析，特别是模拟了不同层叠结构下，地弹（Ground Bounce）和电源噪声的传播路径。更具启发性的是，书中提供了一套系统化的方法来评估IC封装引脚与片上电源网络之间的交互作用，这在处理复杂的BGA芯片时是至关重要的考量。读完后，我对如何优化PCB的电源层和地层设计，如何选择合适的去耦电容组合，以及如何用仿真验证PDN的有效性，有了一个全新的、更具量化基础的认识。它真正做到了将“快速开关”带来的瞬态电流需求，与板级物理结构紧密结合。

评分☆☆☆☆☆

这本厚厚的书摆在桌上，光是封面那一抹沉稳的蓝就透着一股专业范儿。我抱着学习最新高速设计理念的期望翻开它，结果发现，内容深度完全超出了我的预期。它不像市面上那些泛泛而谈的入门指南，更像是一本深入骨髓的“内功心法”。作者对PCB布局中电磁场的耦合效应分析得极为透彻，特别是讲解过孔（Via）效应的那几章，简直是教科书级别的拆解。我以前总觉得过孔只是个导通的桥梁，看完这里才明白，它本身就是一个复杂的LC谐振腔，对信号的上升时间和阻抗匹配有着毁灭性的影响。书中列举了大量实测数据和仿真模型，从理论到实践的衔接非常紧密。如果你的工作涉及到GHz级别的信号传输，或者对串扰（Crosstalk）的物理成因感到困惑，这本书能帮你构建起一套完整的、基于物理学的解决问题的框架。它不是那种让你快速学会某个软件操作的速成手册，而是让你真正理解“为什么这么做”的底层逻辑。我个人尤其欣赏它在封装（Package）设计与板级设计之间的桥梁搭建，这通常是行业内最容易脱节的两个环节。