基于Cadence的信号和电源完整性设计与分析 9787121304965 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周润景著 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121304965

商品编码：29906619442

包装：平装-胶订

出版时间：2017-01-01

图书基本信息
图书名称	基于Cadence的信号和电源完整性设计与分析	作者	周润景著
定价	88.00元	出版社	电子工业出版社
ISBN	9787121304965	出版日期	2017-01-01
字数		页码
版次	1	装帧	平装-胶订
开本	16开	商品重量	0.4Kg

内容简介

本书主要介绍信号完整性和电源完整性的基础理论和设计方法，结合实例详细介绍了如何在Cadence Allegro Sigrity仿真平台完成相关仿真并分析结果。同时，在常见的数字信号高速电路设计方面，本书详细介绍了高速并行总线DDR3和高速串行总线PCIE、SFP 传输的特点，以及运用Cadence Allegro Sigrity仿真平台的分析流程和方法。本书特点是理论和实例相结合，并且基于Cadence Allegro Sigrity的ASI 16.64以及Sigrity 2015仿真平台，使读者可以在软件的实际操作过程中理解各方面的高速电路设计理念，同时熟悉仿真工具和分析流程，发现相关的问题并运用类似的设计、仿真方法去解决。

作者简介

周润景教授，中国电子学会高级会员，IEEE/EMBS会员，国家自然科学基金项目'高速数字系统的信号与电源完整性联合设计与优化”等多项*、省部级科研项目负责人，主要从事模式识别与智能系统、控制工程的研究与教学工作，具有丰富的教学与科研经验。

目录

章 信号完整性 1.1 信号完整性的要求以及问题的产生 1.1.1 信号完整性的要求 1.1.2 信号完整性问题产生的原因 1.2 信号完整性问题的分类 1.2.1 反射 1.2.2 串扰 1.2.3 轨道塌陷 1.2.4 电磁干扰 1.3 传输线基础理论 1.3.1 传输线 1.3.2 特性阻抗的计算 1.3.3 传输线的分类 1.3.4 传输线效应 1.3.5 避免传输线效应的方法 1.4 端接电阻匹配方式 1.4.1 并联终端匹配 1.4.2 串联终端匹配 1.4.3 戴维南终端匹配 1.4.4 AC终端匹配 1.4.5 肖特基二极管终端匹配 1.4.6 多负载的端接 1.5 仿真模型 1.5.1 IBIS模型 1.5.2 验证IBIS模型 1.6 S参数 1.6.1 集总电路和分布电路 1.6.2 S参数的作用、由来和含义 1.6.3 S参数在电路仿真中的应用 1.6.4 S参数的优缺点 1.7 电磁场求解方法 1.7.1 2D求解器 1.7.2 2.5D求解器 1.7.3 3D求解器 1.8 信号完整性仿真分析 1.8.1 反射理论及其仿真分析 1.8.2 串扰理论及其仿真分析 1.8.3 时序分析 1.9 本章小结 第2章 电源完整性 2.1 电源完整性的重要性 2.2 技术趋势 2.3 电源分布系统（PDS） 2.3.1 PDS设计的关键 2.3.2 目标阻抗 2.3.3 电压调节模块（VRM） 2.3.4 去耦电容器 2.3.5 电源平面 2.4 电源系统的噪声来源 2.4.1 开关噪声 2.4.2 共模噪声 2.4.3 电源噪声 2.5 Cadence PI设计方法与步骤 2.6 单节点仿真 2.6.1 设计目标 2.6.2 创建新PCB文件 2.6.3 启动电源完整性设置向导 2.6.4 导入PCB参数 2.6.5 设置仿真参数 2.6.6 摆放电压调节模块 2.6.7 选择电容器满足目标阻抗 2.7 多节点仿真 2.7.1 学习目标 2.7.2 打开PCB文件 2.7.3 初始多节点分析 2.7.4 去耦电容器布局 2.7.5 多节点仿真和分析 2.8 直流分析 (DC Analyze) 2.9 交流分析(AC Analysis) 2.10 谐振分析 2.10.1 串联谐振 2.10.2 并联谐振 2.11 PDS阻抗分析 2.12 本章小结 第3章 高速时钟系统设计 3.1 共同时钟系统 3.1.1 共同时钟数据建立时序分析 3.1.2 共同时钟数据保持时序分析 3.2 源同步时钟系统 3.2.1 源同步时钟数据建立时序分析 3.2.2 源同步时钟数据保持时序分析 3.3 DDR3时序分析 3.3.1 DDR3时序指标 3.3.2 Cadence分析 3.3.3 Speed 2000分析 3.3.4 两种仿真流程的分析比较 3.3.5 实际测试 3.4 本章小结 第4章 DDR3并行总线仿真 4.1 高速DDRX总线概述 4.1.1 DDR发展 4.1.2 Bank和Rank 4.1.3 接口电平 4.1.4 ODT 4.1.5 Slew Rate Derating 4.1.6 Write Leveling 4.1.7 DDR3的新功能 4.2 开发板简介 4.3 板载 DDR3的特点 4.4 Cadence仿真 4.4.1 仿真前的准备工作 4.4.2 数据总线的仿真分析 4.4.3 数据选通信号的仿真分析 4.4.4 地址总线的仿真分析 4.4.5 小结 4.5 布线后仿真 4.5.1 DDR3参数提取 4.5.2 DDR3信号完整性仿真 4.5.3 DDR3电源完整性仿真 4.5.4 小结 4.6 DDR3 SSN分析 4.6.1 使能DDR Simulation 4.6.2 设置 Mesh 4.6.3 设置 Bus Groups 4.6.4 设置 Controller Model 4.6.5 设置 Memory Model 4.6.6 设置 Write仿真选项 4.6.7 设置 Read仿真选项 4.6.8 生成报告 4.6.9 小结 4.7 DDR3并行总线的布线规范总结 4.8 本章小结 第5章 PCIE串行总线仿真 5.1 常见高速串行总线标准一览 5.2 串行总线结构的基本要素 5.3 PCIE仿真 5.3.1 板载PCIE简介 5.3.2 PCIE参数提取 5.3.3 PCIE信号完整性仿真 5.3.4 PCIE电源完整性仿真 5.4 PCIE的仿真、实测对比 5.5 本章总结 第6章 SFP 串行总线仿真 6.1 SFP 简介 6.2 差分通道建模 6.2.1 提取SFP 无源通道 6.2.2 生成3D仿真端口 6.2.3 差分对的3DFEM仿真 6.3 通道仿真 6.4 SFP 规范仿真 6.5 仿真与实测对比 6.6 电源完整性仿真 6.6.1 SFP 电源介绍 6.6.2 直流压降分析 6.6.3 平面谐振分析 6.7 本章小结 第7章 PCB的板级电热耦合分析 7.1 电热耦合概述 7.1.1 电热耦合研究背景与意义 7.1.2 电热耦合研究现状 7.2 热路基础理论 7.2.1 传热学基本原理 7.2.2 热路的热阻、热容提取 7.2.3 热路与电路的等效 7.2.4 边界条件的热路建模 7.3 电热耦合方法 7.3.1 电与热的关系 7.3.2 电热分布方程求解 7.4 电热耦合分析 7.4.1 电热耦合分析流程 7.4.2 实验分析设计 7.4.3 实验步骤 7.5 实验结果分析 7.5.1 热路对电路的影响 7.5.2 电路对热路的影响 7.6 本章小结 参考文献

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文摘

序言

《现代电子系统设计的基石：信号与电源的和谐共振》 在飞速发展的电子科技浪潮中，系统性能的提升已不再仅仅依赖于芯片本身的处理能力，而是日益聚焦于电子系统整体的设计艺术，特别是信号传输的精准性和电源供应的稳定祥。正如一座宏伟建筑的稳固依赖于其坚实的地基与精密的结构支撑，现代电子系统也必须在信号和电源两个至关重要的维度上实现卓越，才能承载日益复杂的运算需求，发挥出其应有的潜能。本书正是为深入探索这一领域，理解并掌握信号完整性（SI）与电源完整性（PI）设计与分析的核心技术而创作，旨在为广大电子工程师、技术研发人员以及相关专业的学生提供一套系统、深入且实用的指导。 为何信号完整性与电源完整性如此关键？ 在高速数字电路中，信号不再是理想的方形波，而是携带着丰富的频率分量，其传输过程中的损耗、反射、串扰、抖动等现象，都可能导致信号失真，进而引发系统错误，甚至导致设计失败。想象一下，一条信息在高速公路上传输，如果路况复杂、信号灯频繁、车道之间相互干扰，那么信息的准确传递将变得异常困难。信号完整性正是关注如何在复杂的物理通道中，尽可能保持信号的原始形态，确保数据的可靠传输。 与此同时，电子系统中的每一个组件，从处理器到内存，再到各类接口芯片，都需要稳定、纯净的电源供应。电源中的噪声、电压跌落（IR drop）、电源耦合（power supply noise coupling）等问题，都会直接影响器件的工作状态，导致性能下降、误码率升高，甚至造成器件损坏。就像维持一个繁忙城市的正常运转需要稳定可靠的电力供应，缺乏充足且洁净的电源，电子系统将无法发挥其全部性能，甚至无法正常工作。电源完整性正是致力于确保为系统中的所有组件提供稳定、低噪声、低阻抗的电源环境。 本书的价值与深度 本书并非泛泛而谈，而是深入剖析信号与电源完整性问题的根源，提供一套从理论到实践、从仿真到验证的完整方法论。我们将从基础的电磁场理论出发，逐步深入到高速互连的传播线模型、阻抗匹配、回流路径、信号衰减、串扰分析等关键概念。对于电源完整性，我们将详细探讨去耦电容的设计原理、电源网络的阻抗特性、噪声的产生与抑制、以及瞬态负载下的电压稳定性等。 核心内容概述： 信号完整性（SI）设计与分析： 高速信号的物理本质： 深入理解信号在PCB、连接器、线缆等传输媒质中的传播特性，包括集肤效应、介质损耗、反射、折射等。 传输线理论与模型： 掌握阻抗匹配、匹配网络设计，理解串联匹配、并联匹配、终端匹配等不同匹配策略的应用场景。 回流路径分析： 学习如何识别和优化回流路径，避免信号完整性问题的产生，尤其是在高密度PCB设计中。 串扰（Crosstalk）分析与抑制： 探讨近端串扰（Near-End Crosstalk, NEXT）和远端串扰（Far-End Crosstalk, F）的成因，以及如何通过布局、布线、屏蔽等手段进行有效抑制。 抖动（Jitter）与眼图（Eye Diagram）分析： 理解抖动的来源及其对系统性能的影响，学习如何通过眼图来评估信号的质量，并进行优化。 高速连接器与线缆的设计考量： 深入分析不同类型连接器和线缆的SI特性，以及如何在系统集成中做出最优选择。 EMC/EMI与SI的关联： 探讨信号完整性问题如何影响系统的电磁兼容性（EMC）和电磁干扰（EMI），并提出相应的设计与防护措施。 电源完整性（PI）设计与分析： 电源网络的建模与分析： 理解PCB电源网络（Power Delivery Network, PDN）的阻抗特性，学习如何通过建模来预测PDN的性能。 去耦电容的设计与选型： 深入剖析去耦电容的工作原理，掌握不同类型电容（陶瓷电容、电解电容等）的选型依据，以及如何设计有效的去耦网络。 IR Drop（压降）分析与优化： 识别电源网络中的压降问题，学习如何通过加粗电源线、增加过孔、优化布局等方法进行改善。 电源噪声的产生与抑制： 分析开关电源、DC-DC转换器等产生的噪声源，以及如何在PCB设计中进行有效的滤波和屏蔽。 瞬态负载下的电源稳定性： 重点关注高动态功耗器件（如CPU、GPU）在工作时对电源提出的挑战，学习如何设计能够快速响应负载变化的电源网络。 电源耦合与地弹（Ground Bounce）分析： 探讨电源与地之间的耦合效应，以及快速开关器件可能引起的“地弹”现象，并给出解决方案。 PI与SI的协同优化： 强调信号完整性和电源完整性之间相互影响、相互制约的关系，以及如何在整体设计中进行协同优化，以达到最佳系统性能。 理论与实践相结合的工具 本书不仅注重理论的严谨性，更强调实践的可操作性。书中将结合行业内广泛使用的仿真工具（如Cadence Allegro Sigrity, Ansys HFSS, Keysight ADS等）的实际应用案例，详细介绍如何运用这些工具进行SI/PI的预仿真、后仿真以及设计验证。我们将一步步演示如何搭建仿真模型、设置仿真参数、解读仿真结果，并根据仿真反馈进行设计优化。通过这些案例，读者将能够快速上手，将所学知识应用于实际产品开发中。 面向读者群体 本书适合以下人群阅读： 硬件工程师： 尤其是在高速数字电路、射频电路、通信设备、高性能计算等领域工作的硬件工程师，需要深入理解SI/PI以提升产品性能和可靠性。 PCB设计工程师： 掌握SI/PI设计原理，能够更好地进行高速PCB的布局布线，避免潜在的信号完整性和电源完整性问题。 系统集成工程师： 理解SI/PI对整个系统性能的影响，能够更好地进行系统级的协调与优化。 技术研发人员： 对下一代电子产品的性能提升和设计挑战有深刻洞察，并希望在SI/PI领域掌握核心技术。 相关专业的学生： 计算机科学与技术、电子工程、微电子学等专业的本科生和研究生，能够通过本书建立扎实的SI/PI理论基础和实践能力。 结语 在电子系统设计日益复杂和高速化的今天，信号完整性和电源完整性已经成为决定产品成败的关键因素。本书力求以清晰的逻辑、详实的案例、专业的指导，帮助读者克服SI/PI设计的重重挑战，设计出性能卓越、稳定可靠的电子系统。我们相信，通过掌握本书所阐述的设计与分析技术，您将能够站在现代电子系统设计的潮头，为推动科技进步贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受就是作者的实践经验非常扎实，很多理论知识的讲解都紧密结合了实际项目中的常见问题和解决方案。比如，在讲到高频信号传输的损耗时，作者并没有仅仅停留在理论公式的推导，而是花了大量的篇幅去分析PCB板材的选择、走线长度、阻抗匹配等具体因素对信号质量的影响，并给出了非常具有操作性的建议。我尤其印象深刻的是关于去耦电容的选型和布局部分，作者详细讲解了不同类型电容在不同频率下的表现，以及如何在PCB上合理地放置它们以达到最佳的滤波效果。书中还提到了许多调试技巧，比如如何使用示波器捕捉瞬态信号、如何分析眼图的开闭度来评估信号完整性等，这些都是工程师在实际工作中经常会遇到的难题。而且，作者在描述问题时，善于使用类比，将一些抽象的物理概念用通俗易懂的语言表达出来，这对于非专业出身或者初学者来说，无疑是非常友好的。我感觉，与其说这是一本教材，不如说更像是一位经验丰富的工程师在分享他的“独门秘籍”，充满了智慧和实战价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的分析方法和工具应用部分，确实让我学到了很多东西。作者在讲解分析方法时，逻辑清晰，步骤明确，让读者能够一步步地跟着他去理解如何进行信号和电源完整性的评估。从初始的原理图审查，到PCB布局布线规则的制定，再到最终的仿真分析，整个流程都覆盖得很全面。我特别关注了书中关于仿真工具的使用讲解，虽然没有直接点名具体软件，但作者描述的仿真流程、参数设置以及结果解读，是具有普遍性的，无论使用哪种EDA工具，都能从中获益。比如，在讲解如何进行阻抗仿真时，作者详细说明了模型建立、网格划分、边界条件设置等关键环节，以及如何通过仿真结果来判断走线的阻抗是否符合设计要求。对于电源完整性分析，作者也介绍了如何通过DC/DC电源树仿真和AC/AC电源噪声仿真来评估PDN的性能，这对于确保芯片工作的稳定性至关重要。书中还提到了多种可视化分析手段，比如S参数分析、眼图分析、时域反射（TDR）分析等，并教会读者如何从这些图中解读出设计的优劣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和字体选择真的让人眼前一亮，很多技术书籍在这方面都做得不够细致，但这本的作者和出版社在这方面显然下了不少功夫。扉页的设计简约而不失庄重，目录的条理清晰，每一个章节的标题都直观地概括了内容。正文部分，印刷清晰，即使是复杂的电路图和波形图，也能看得一清二楚，这一点对于我们这些需要反复对照图示和文字来理解概念的读者来说，简直是福音。再往后翻，章节的过渡自然流畅，无论是从理论的铺陈到实践的讲解，还是从一个子主题到另一个子主题的衔接，都显得非常有条理。甚至连参考文献的格式，也都统一规范，足见其严谨的态度。我特别欣赏的是，书中使用了大量的脚注，对一些关键术语或者容易混淆的概念进行了补充说明，这极大地降低了阅读门槛，也避免了频繁地中断阅读去查阅其他资料。此外，书中的图例和表格的编号也做到了高度一致，便于读者快速定位和引用。总的来说，这本书在外观设计和阅读体验上，都达到了相当高的水准，让人在学习知识的同时，也能享受到一种良好的阅读感受。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容组织非常具有层次感，从基础的概念入手，逐步深入到复杂的应用和高级的分析技术，这种循序渐进的学习方式让我觉得非常受用。初学者可以从前几章开始，建立起坚实的理论基础，而有一定经验的工程师则可以直接跳到自己感兴趣的章节，找到解决实际问题的灵感。我注意到书中对一些关键概念的解释都非常到位，例如，作者在区分“信号完整性”和“电源完整性”时，就明确指出了它们之间的相互作用和影响，并且在后续的章节中，始终围绕这两个核心展开讨论。此外，书中还涉及了一些与信号和电源完整性紧密相关的领域，比如电磁兼容性（EMC）和射频（RF）电路设计中的一些基本原理，这使得本书的内容更加丰富和全面。我尤其欣赏的是，作者在每个章节的结尾，都可能提供一些思考题或者小型的案例分析，这有助于读者巩固所学知识，并尝试将理论应用于实践。总的来说，这本书是一本非常全面的信号和电源完整性设计与分析的参考书，无论是对于学生还是工程师，都具有很高的学习价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度给我留下了深刻的印象，它并没有简单地罗列一些现成的规则，而是深入浅出地探讨了信号和电源完整性背后的物理原理。作者对电磁场理论、传输线理论以及电路理论的掌握非常到位，并且能够将其巧妙地融入到实际的设计和分析过程中。我特别喜欢作者在解释“寄生效应”时所做的详细阐述，从电感、电容到电阻，每一个寄生参数是如何产生的，又会带来怎样的影响，都分析得十分透彻。书中关于“串扰”的分析也做得非常专业，不仅讲解了耦合机制，还提供了多种抑制串扰的有效方法，包括线间距、屏蔽层的使用、差分走线等。另外，书中对“电源噪声”的成因和抑制也进行了深入的剖析，从宏观的电源分配网络（PDN）设计，到微观的旁路电容布局，都给出了详细的理论依据和实践指导。虽然有些章节的数学推导比较密集，但作者在推导过程中都给出了清晰的步骤和解释，使得理解起来并不算特别困难，反而能够加深对底层原理的认识。