书名：Cadence高速电路板设计与仿真：信号与电源完整性分析pdf/doc/txt格式电子书下载

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作者：周润景,王洪艳

出版社：电子工业出版社

出版时间：2015-04-01

书籍编号：30310345

ISBN：9787121257247

正文语种：中文

字数：299691

版次：5

所属分类：互联网+-产品/运营

版权信息

书名：Cadence高速电路板设计与仿真：信号与电源完整性分析

作者：周润景 王洪艳

出版社：电子工业出版社

出版时间：2015-04-01

ISBN：9787121257247

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内容简介

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。

本书适合对高速PCB设计有一定基础的中、高级读者阅读，也可作为高等学校相关专业及培训机构的教学用书。

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　　　　　电子工业出版社总编办公室

邮　　编：100036

前言

随着现代科学技术的飞速发展，器件的集成度大规模提高，同时各类数字器件的信号沿越来越陡，已经可以达到纳秒（ns）级，甚至更小。如此高速的信号切换对于系统设计者而言，需要考虑在低频电路设计中所不需要考虑的信号完整性（Signal Integrity）问题，如延时、串扰、反射及传输线之间的耦合情况等。同时，许多系统的工作频率也很高，达到数百兆赫兹（MHz）甚至吉赫兹（GHz），以适应人们对于大量数据的处理需求，如图像数据处理、音频处理等。这就要求在电路设计中要仔细研究所有可能导致信号完整性的因素和条件，并且在完成PCB设计前将这些问题加以完善解决，这样可以及时发现问题，并加以修正，提高系统的工作性能，缩短系统的研发周期，减少系统的投入，提高产品的竞争力。从广义上讲，信号完整性问题主要包括延时、反射、串扰、同步开关噪声（SSN）和电磁兼容性（EMC）等。

电源完整性（Power Integrity）是指系统供电电源在经过一定的传输网络后，在指定器件端口处相对于该器件工作电源要求的符合程度，它是目前高速嵌入式系统设计的主要问题之一。特别是最近10年来，随着芯片内集成的晶体管门数增加，器件所消耗的功率和电流增大，以及器件的供电电压降低，使得电源完整性成为高速电路设计的瓶颈之一。同时，随着系统的时钟频率越来越高、边沿切换时间越来越短，同步开关噪声或地弹噪声通过电源分布网络进行传播，导致信号完整性、电源完整性及电磁兼容性问题越来越严重。

Cadence公司致力于全球电子设计技术创新，并在当今集成电路设计和电子产品设计中发挥了核心作用。采用Cadence软件来设计和验证消费电子产品、网络和通信设备，以及计算机系统中的尖端半导体器件、PCB等，已越来越成为业界的潮流。Cadence公司的电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）产品涵盖了电子设计的整个流程，包括系统级设计，功能验证，IC综合及布局布线，模拟、混合信号及射频IC设计，全定制集成电路设计，IC物理验证，PCB设计和硬件建模仿真等。同时，Cadence公司还提供详细的技术支持，帮助客户优化其设计流程；提供设计外包服务，协助客户进入新的市场领域。如今，全球知名半导体与电子系统公司均将Cadence软件作为其设计的标准工具软件。

基于以上的认识，我们对本书各章节做了相应的安排。本书具有如下4个特点。

1）时效性　本书结合了当今世界上高速电路板设计的最新研究成果，对最新版本Cadence高速电路板设计与仿真软件（Cadence Allegro SPB 16.6）的最新功能进行了研究。

2）理论与软件操作相结合　将信号完整性及电源完整性理论分析研究与Cadence软件的PCB SI中信号完整性工具（Allegro PCB SI）及电源完整性工具（Allegro PCB PI）相结合，对高速电路设计中存在的信号完整性问题和电源完整性问题进行了分析和研究，并提出了相应的解决方法。

3）与设计实例相结合　本书结合了Altera公司的STRATIX GX开发板、DDR板卡与STRATIX GX开发板的互联系统、PCI板卡等设计实例，对其中的信号完整性和电源完整性问题进行了分析与研究，使读者在掌握理论与软件操作的同时，最终将其应用到实际设计中。

4）系统性与独立性　本书基本上涵盖了高速电路板设计中信号完整性与电源完整性分析的基本问题，读者既可以把本书作为教材来系统性地学习，同时也可以将其当作工具书有针对性地阅读其中的某一章或某几章，从而适合不同层次、不同水平的读者进行阅读。

本书第5版和第4版的最大区别是，第4版所基于的软件平台是Cadence 16.3版本，而第5版所使用的软件平台是Cadence 16.6版本，在功能和性能上较旧版有较大的改变，书中新增了两章内容：第11章通道分析和第12章PDN分析，通过实例的讲解，方便用户对两者有更深入的了解；第5版更注重于高速电路板的设计与分析，增加了其相应内容的基础理论与软件操作，同时第5版对第4版中的大部分PCB设计实例做了更改。

本书主要分为信号完整性分析与电源完整性分析两大部分，每一部分又可分为基础理论与软件操作。本书共12章，其中第1章由王洪艳编写，其余由周润景编写，全书由周润景统稿。参加本书编写的还有姜攀、托亚、贾雯、张龙龙、刘晓霞、姜晓黎、何茹、蒋诗俊、张晨、张红敏、张丽敏、宋志清、周敬。

本书的出版得到了Cadence公司中国代理商——北京迪浩永辉技术有限公司执行董事黄胜利先生、技术经理王鹏先生和电子工业出版社张剑先生的大力支持，也有很多读者提出了宝贵的意见，在此一并表示感谢！

同时，本书的出版得到了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分析及优化设计”（项目批准号：61161001）的资助。

为了便于读者阅读、学习，特提供本书所讲实例下载资源，请访问http://yydz.phei.com.cn网站，到“资源下载”栏目下载。

由于Cadence公司的PCB工具性能非常强大，不可能通过一本书完成全部内容的详尽介绍，加上时间与水平有限，不妥之处还望指正。

编著者

序言

Allegro PCB产品是Cadence公司在PCB设计领域的旗舰产品，因其功能强大、易学易用，得到了广大电子工程师的厚爱。

Allegro PCB产品涵盖了完整的PCB设计流程，包括电路图输入，PCB编辑及布线，PCB板级系统电源完整性及信号完整性分析，PCB设计制造分析，以及PCB制造输出等。

电子工程领域的PCB设计有难、有易，Cadence公司为了适应不同的市场需求，分别提供如下几个集成的、从前端到后端的Allegro PCB设计解决方案，帮助用户应对不同设计的要求。

　Allegro Orcad系列：满足主流用户PCB设计要求。

　Allegro L系列：适用于对成本敏感的小规模到中等规模的团队，同时具有随着工艺复杂度增加而伸缩的灵活性。

　Allegro XL/GXL：满足先进的高速、约束驱动的PCB设计，依托Allegro具有鲜明特点的约束管理器管理解决方案，能够跨设计流程同步管理电气约束，如同一个无缝的过程。

面对日益复杂的高速PCB设计要求，Cadence公司的上述产品包提供的都是一个统一且集成的设计环境，能够让电子工程师从设计周期开始到布线持续解决高速电路设计问题，以提高电子工程师的设计效率。

由于Allegro PCB软件功能强大，本书的作者周润景教授总结了多年的Allegro平台工具教学和使用心得，在结合《Cadence高速电路板设计与仿真》前4版经验的基础上，特意将Allegro PCB拆分成两本书来写，即《Cadence高速电路板设计与仿真（第5版）——原理图与PCB设计》和《Cadence高速电路板设计与仿真（第5版）——信号与电源完整性分析》，以满足不同层级读者的需要。这两本书分别以PCB物理设计及PCB分析为出发点，围绕Allegro PCB这个集成的设计环境，按照PCB最新的设计流程，通俗易懂地讲解利用Allegro PCB软件实现高速电路设计的方法和技巧。

作为Cadence Allegro/Orcad在中国的合作伙伴，我向各位读者推荐此书作为学习Allegro/Orcad的桌面参考书。

北京迪浩永辉技术有限公司技术经理　王鹏

第1章　高速PCB设计知识

1.1　学习目标

通过本章的学习，读者应该初步了解高速PCB的基本概念，以及高速PCB设计中应遵循的基本法则，为以后学习、使用Cadence信号完整性及电源完整性工具打下理论基础。

1.2　课程内容

现代的电子设计和芯片制造技术正在飞速发展，电子产品的复杂度、时钟和总线频率等都呈快速上升趋势，但系统的电压却不断在降低，所有的这一切加上产品投放市场的时间要求，给设计师带来了前所未有的巨大压力。要想保证产品的一次性成功，就必须能预见设计中可能出现的各种问题，并及时给出合理的解决方案。对于高速数字电路来说，最令人头大的莫过于如何确保瞬时跳变的数字信号通过较长的一段传输线还能完整地被接收，并保证良好的电磁兼容性，这就是目前颇受关注的信号完整性（SI）问题。本章就是围绕信号完整性的问题，让大家对高速电路有个基本的认识，并介绍一些相关的基本概念。本章的主要学习内容有：

☺　高速PCB设计的基本概念。

☺　高速PCB设计前的准备工作。

☺　高速PCB布线应该遵循的基本准则。

☺　高速PCB布线后的信号完整性分析及其改进方法。

1.3　高速PCB设计的基本概念
1．电子系统设计所面临的挑战
在电子系统中，需要各种长度的布线。在这些布线上，信号从线的始端（如信号源）传输到终端（如负载）需要一定的时间。已经证实，电信号在分布良好的导线中的传输速度为3×108m/s。假设布线的长度为5m，信号从始端到终端就需要17ns，也就是说，信号存在17ns的延时。这种延时在低速系统中可以被忽略，但在高速系统中，这个数量级的延时是不能被忽略的。高速门电路（如74TTL系列数字集成电路）的平均延时只有几纳秒，ECL数字集成电路的延时可达1～2ns，CPLD/FPGA的延时则更小。可见，在这些高速电路系统中，PCB的线上延时是不能被忽略的。高速PCB设计还需考虑其他的问题，例如，当信号在导线上高速传输时，如果始端阻抗与终端阻抗不匹配，将会出现电磁波的反射现象，它会使信号失真，产生有害的干扰脉冲，从而影响整个系统运行。因此，在设计高速PCB时，信号延时的问题必须认真考虑，电路分析需要引入EMI/EMC分析，在这种情况下，经典的集成电路理论已不再适用，在电路仿真设计程序中应使用分布电路模型。
目前，一些PCB设计人员总是根据“感觉”来进行PCB的设计，而不是使用适当的方法和规则。而高速的模拟和/或数字电路的设计，几乎不可能凭感觉设计出可靠的电路，因为仅凭“感受”进行设计可能导致的结果是：
☺　不可预期的系统行为。
☺　模拟系统传输路径上产生不可接受的噪声。
☺　系统的稳定性和可靠性会因为温度的变化产生很大的差别。
☺　在同一PCB上连接的元器件上产生虚假的位错误。
☺　大量的电源和地噪声。
☺　过冲、下冲及短时信号

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