本書主要介紹信號完整性和電源完整性的基礎理論和設計方法,結閤實例詳細介紹瞭如何在Cadence Allegro Sigrity仿真平颱完成相關仿真並分析結果。同時,在常見的數字信號高速電路設計方麵,本書詳細介紹瞭高速並行總綫DDR3和高速串行總綫PCIE、SFP+傳輸的特點,以及運用Cadence Allegro Sigrity仿真平颱的分析流程和方法。本書特點是理論和實例相結閤,並且基於Cadence Allegro Sigrity的ASI 16.64以及Sigrity 2015仿真平颱,使讀者可以在軟件的實際操作過程中理解各方麵的高速電路設計理念,同時熟悉仿真工具和分析流程,發現相關的問題並運用類似的設計、仿真方法去解決。
周潤景教授,中國電子學會高級會員,IEEE/EMBS會員,國傢自然科學基金項目"高速數字係統的信號與電源完整性聯閤設計與優化”等多項***、省部級科研項目負責人,主要從事模式識彆與智能係統、控製工程的研究與教學工作,具有豐富的教學與科研經驗。
第1章 信號完整性
1.1 信號完整性的要求以及問題的産生
1.1.1 信號完整性的要求
1.1.2 信號完整性問題産生的原因
1.2 信號完整性問題的分類
1.2.1 反射
1.2.2 串擾
1.2.3 軌道塌陷
1.2.4 電磁乾擾
1.3 傳輸綫基礎理論
1.3.1 傳輸綫
1.3.2 特性阻抗的計算
1.3.3 傳輸綫的分類
1.3.4 傳輸綫效應
1.3.5 避免傳輸綫效應的方法
1.4 端接電阻匹配方式
1.4.1 並聯終端匹配
1.4.2 串聯終端匹配
1.4.3 戴維南終端匹配
1.4.4 AC終端匹配
1.4.5 肖特基二極管終端匹配
1.4.6 多負載的端接
1.5 仿真模型
1.5.1 IBIS模型
1.5.2 驗證IBIS模型
1.6 S參數
1.6.1 集總電路和分布電路
1.6.2 S參數的作用、由來和含義
1.6.3 S參數在電路仿真中的應用
1.6.4 S參數的優缺點
1.7 電磁場求解方法
1.7.1 2D求解器
1.7.2 2.5D求解器
1.7.3 3D求解器
1.8 信號完整性仿真分析
1.8.1 反射理論及其仿真分析
1.8.2 串擾理論及其仿真分析
1.8.3 時序分析
1.9 本章小結
第2章 電源完整性
2.1 電源完整性的重要性
2.2 技術趨勢
2.3 電源分布係統(PDS)
2.3.1 PDS設計的關鍵
2.3.2 目標阻抗
2.3.3 電壓調節模塊(VRM)
2.3.4 去耦電容器
2.3.5 電源平麵
2.4 電源係統的噪聲來源
2.4.1 開關噪聲
2.4.2 共模噪聲
2.4.3 電源噪聲
2.5 Cadence PI設計方法與步驟
2.6 單節點仿真
2.6.1 設計目標
2.6.2 創建新PCB文件
2.6.3 啓動電源完整性設置嚮導
2.6.4 導入PCB參數
2.6.5 設置仿真參數
2.6.6 擺放電壓調節模塊
2.6.7 選擇電容器滿足目標阻抗
2.7 多節點仿真
2.7.1 學習目標
2.7.2 打開PCB文件
2.7.3 初始多節點分析
2.7.4 去耦電容器布局
2.7.5 多節點仿真和分析
2.8 直流分析 (DC Analyze)
2.9 交流分析(AC Analysis)
2.10 諧振分析
2.10.1 串聯諧振
2.10.2 並聯諧振
2.11 PDS阻抗分析
2.12 本章小結
第3章 高速時鍾係統設計
3.1 共同時鍾係統
3.1.1 共同時鍾數據建立時序分析
3.1.2 共同時鍾數據保持時序分析
3.2 源同步時鍾係統
3.2.1 源同步時鍾數據建立時序分析
3.2.2 源同步時鍾數據保持時序分析
3.3 DDR3時序分析
3.3.1 DDR3時序指標
3.3.2 Cadence分析
3.3.3 Speed 2000分析
3.3.4 兩種仿真流程的分析比較
3.3.5 實際測試
3.4 本章小結
第4章 DDR3並行總綫仿真
4.1 高速DDRX總綫概述
4.1.1 DDR發展
4.1.2 Bank和Rank
4.1.3 接口電平
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 開發闆簡介
4.3 闆載 DDR3的特點
4.4 Cadence仿真
4.4.1 仿真前的準備工作
4.4.2 數據總綫的仿真分析
4.4.3 數據選通信號的仿真分析
4.4.4 地址總綫的仿真分析
4.4.5 小結
4.5 布綫後仿真
4.5.1 DDR3參數提取
4.5.2 DDR3信號完整性仿真
4.5.3 DDR3電源完整性仿真
4.5.4 小結
4.6 DDR3 SSN分析
4.6.1 使能DDR Simulation
4.6.2 設置 Mesh
4.6.3 設置 Bus Groups
4.6.4 設置 Controller Model
4.6.5 設置 Memory Model
4.6.6 設置 Write仿真選項
4.6.7 設置 Read仿真選項
4.6.8 生成報告
4.6.9 小結
4.7 DDR3並行總綫的布綫規範總結
4.8 本章小結
第5章 PCIE串行總綫仿真
5.1 常見高速串行總綫標準一覽
5.2 串行總綫結構的基本要素
5.3 PCIE仿真
5.3.1 闆載PCIE簡介
5.3.2 PCIE參數提取
5.3.3 PCIE信號完整性仿真
5.3.4 PCIE電源完整性仿真
5.4 PCIE的仿真、實測對比
5.5 本章總結
第6章 SFP+串行總綫仿真
6.1 SFP+簡介
6.2 差分通道建模
6.2.1 提取SFP+無源通道
6.2.2 生成3D仿真端口
6.2.3 差分對的3DFEM仿真
6.3 通道仿真
6.4 SFP+規範仿真
6.5 仿真與實測對比
6.6 電源完整性仿真
6.6.1 SFP+電源介紹
6.6.2 直流壓降分析
6.6.3 平麵諧振分析
6.7 本章小結
第7章 PCB的闆級電熱耦閤分析
7.1 電熱耦閤概述
7.1.1 電熱耦閤研究背景與意義
7.1.2 電熱耦閤研究現狀
7.2 熱路基礎理論
7.2.1 傳熱學基本原理
7.2.2 熱路的熱阻、熱容提取
7.2.3 熱路與電路的等效
7.2.4 邊界條件的熱路建模
7.3 電熱耦閤方法
7.3.1 電與熱的關係
7.3.2 電熱分布方程求解
7.4 電熱耦閤分析
7.4.1 電熱耦閤分析流程
7.4.2 實驗分析設計
7.4.3 實驗步驟
7.5 實驗結果分析
7.5.1 熱路對電路的影響
7.5.2 電路對熱路的影響
7.6 本章小結
參考文獻
序言
自從Intel公司聯閤創始人戈登·摩爾(Gorden Moore)於1965年提齣摩爾定律以來,在過去的五十年裏,計算機的CPU性能基本按照“晶體管數量每兩年就翻一番”的速度迅猛發展。可以說摩爾定律更清晰地定義瞭當代科技的發展速度,推動瞭整個科技行業的發展,幫助工程師持續優化電子産品,提高人們的生活品質。摩爾日前錶示:“我沒有看見其他任何領域能在如此長的時間裏保持指數式增長。對我來說,互聯網的發展令人驚嘆,這將帶來一個充滿機會的新世界。”
可穿戴設備、物聯網、車聯網、智能傢居、移動醫療、雲計算、大數據以及互聯網領域的持續創新,給人們的生活帶來瞭日新月異的變化,智能手錶、無人機、無人駕駛汽車等已經不斷問世。
計算機領域的高性能CPU工藝製程仍在不斷進步,截至上一季度末,Intel公司有半數的芯片齣貨量都采用瞭新的14nm工藝,取代瞭之前的22nm工藝。
智能手機和平闆電腦領域的ARM處理器正以體積小、低功耗、低成本、高性能贏得瞭超過99%的用戶,ARM最新發布的64位處理器采用瞭16nm的工藝製程。
並行總綫方麵,最新一代DDR4內存産品從2014年年底開始陸續問世,DDR4在采用瞭3DS堆疊封裝技術後,單條內存的最大容量可以達到128GB,為DDR3的8倍;電壓方麵,電壓從DDR3的1.5V降低至DDR4的1.2V,移動版的LPDDR4電壓隻有1.1V;頻率方麵,DDR4工作頻率提升到2400~3200MHz。
串行總綫方麵,目前的PCIe 3.0傳輸速率已達到瞭8Gbps,下一代速率為16Gbps的PCIe 4.0標準將於2016年正式發布,而更快速率的25Gbps以太網標準也在製定中。
越來越高的工作頻率和傳輸速率、越來越低的芯片功耗和供電電壓,對EDA行業的設計和仿真技術都提齣瞭更大的挑戰。更精準更高效的全三維仿真、芯片-PCB協同仿真以及串並行通道的協議仿真技術已成為近年來EDA仿真發展的新趨勢。
Cadence公司最新的Sigrity 2015産品針對電子行業發展的最新趨勢和需求,結閤多項專利技術提供瞭IC芯片、封裝和PCB闆級的各種SI/PI/EMI仿真工具。
本書深入淺齣、圖文並茂、理論聯係實際,采用Cadence的各種常見仿真工具對闆級的SI/PI問題進行瞭詳細的仿真分析和探討,是一本非常實用的高速電路設計和仿真參考書。
上海鏗騰電子科技有限公司資深應用工程師鬍勁鬆2015年5月
前言
目前PCB係統中最典型的電性能分析主要包括信號完整性(Signal Integrity,SI)、電源完整性(Power Integrity,PI)和電磁兼容三大方嚮。電磁兼容的研究已經有很多年瞭,而SI和PI的研究在近幾年取得瞭突飛猛進的發展,因為越來越多的人逐漸意識到高速設計對PCB和係統設計帶來的挑戰。今天,在芯片封裝或PCB設計和調試的各個階段,不管是在國外還是國內,在半導體、芯片封裝、計算機、通信、消費電子、航空航天和國防等各個領域,人們對SI和PI的設計流程和分析驗證都顯得格外重視。
SI是錶示信號質量在傳輸後仍然保持正確的一種特性,主要是將信號從芯片內忠實地、以最短的時間發送到接收端。傳統SI分析包括分析信號的插入損耗、迴波損耗,信號傳輸的眼圖、抖動、串擾、浴盆麯綫和誤碼率等。PI是錶示電源質量在傳輸後仍然保持正確的一種特性,主要是為芯片內的有源器件提供一個乾淨的參考電壓。傳統的PI分析包括分析電源本身的頻域諧振、時域噪聲和去耦電容的放置等。一直以來,由於技術水平和軟件支持等方麵的原因,許多關於SI/PI方麵的研究都是孤立的,即研究SI時會假設其電源是理想的,研究PI時也不考慮信號翻轉的影響。如果係統頻率比較低,這樣的假設可能問題不大,但當頻率逐漸提高後,忽略兩者之間的影響就會帶來諸多方麵的問題。
Cadence公司緻力於全球電子設計技術創新,並在當今集成電路設計和電子産品設計中發揮瞭核心作用。采用Cadence軟件來設計和驗證消費電子産品、網絡和通信設備,以及計算機係統中的尖端半導體器件、PCB等,已越來越成為業界的潮流。Cadence公司的電子設計自動化(Electronic Design Automation,EDA)産品涵蓋瞭電子設計的整個流程,包括係統級設計,功能驗證,IC綜閤及布局布綫,模擬、混閤信號及射頻IC設計,全定製集成電路設計,IC物理驗證,PCB設計和硬件建模仿真等。Cadence公司還提供詳細的技術支持,幫助客戶優化其設計流程;同時提供設計外包服務,協助客戶進入新的市場領域。如今,全球知名半導體與電子係統公司均將Cadence軟件作為其設計的標準工具軟件。
基於以上的認識,我們對本書各章節做瞭相應的安排。本書具有如下特點。
理論與軟件操作相結閤:將信號完整性及電源完整性理論分析研究與Cadence軟件的信號完整性工具及電源完整性工具(Cadence Allegro Sigrity)相結閤,對高速電路設計中存在的信號完整性問題和電源完整性問題進行瞭分析和研究,並提齣瞭相應的解決方法。
與設計實例相結閤:本書結閤瞭Altera公司的STRATIX GX開發闆、DDR闆卡與STRATIX GX開發闆的互聯係統、PCI-E闆卡等設計實例,對其中的信號完整性和電源完整性問題進行瞭分析與研究,使讀者在掌握理論與軟件操作的同時,最終將其應用到實際設計中。
具有係統性與獨立性:本書基本上涵蓋瞭高速電路闆設計中信號完整性與電源完整性分析的基本問題,既可以把本書作為教材來係統地學習,同時也可以將其當作工具書有針對性地閱讀其中的某一章或某幾章,從而適閤不同層次、不同水平的讀者閱讀。
本書主要分為信號完整性分析與電源完整性分析兩大部分,每部分又可分為基礎理論與軟件操作。本書共7章,其中第4章中DDR3的仿真內容由王洪艷進行驗證並編寫,其餘章節由周潤景編寫,全書由周潤景統稿。參加本書編寫的還有薑攀、托亞、賈雯、蔣詩俊、何茹、張晨、李誌、劉艷珍、劉白靈、韓亦俍、樊宇、張大山、張紅敏。
本書的齣版得到瞭上海鏗騰電子科技有限公司資深應用工程師鬍勁鬆先生和電子工業齣版社張劍先生的大力支持,也有很多讀者提齣瞭寶貴的意見,在此一並錶示感謝!
本書得到國傢自然科學基金的支持(高速數字係統的信號與電源完整性聯閤分析及優化設計,項目批準號:61161001,2012.1—2015.12),在此錶示感謝!
本書對高速電路設計人員以及高等學校相關專業的師生有很好的使用價值與參考意義,對提高我國高速電路的設計水平將發揮積極的作用。由於Cadence 公司Sigrity的仿真工具功能非常強大,不可能通過一本書給齣全部內容的詳盡介紹,加上時間與水平有限,不妥之處還望指正。
編著者
這本書最讓我印象深刻的一點是,它並沒有僅僅停留在對EDA工具操作的“how-to”層麵上,而是深入挖掘瞭工具背後所蘊含的物理原理和設計理念。例如,在介紹信號完整性(SI)分析時,作者並不是簡單地教讀者如何設置仿真參數,而是詳細地講解瞭傳播延遲、反射、振鈴、串擾等現象産生的根源,以及它們是如何受到PCB布局、布綫、元器件特性等多種因素的影響。這種從本質齣發的講解方式,讓我能夠更深刻地理解為什麼會齣現這些問題,以及如何從設計源頭上去規避它們,而不是僅僅依賴仿真工具來“救火”。更重要的是,書中強調的“設計在仿真之前”的理念,給我帶來瞭很大的啓發。它鼓勵我們不僅僅是工具的使用者,更應該是設計的思考者,在動筆布綫之前,就要對潛在的信號和電源完整性問題有所預判,並采取相應的預防措施。這種理念的傳遞,讓我覺得這本書不僅僅是關於技術的,更是關於工程思維的培養,這對於我個人職業發展來說,其價值遠超瞭單純的技術教程。
評分在閱讀過程中,我驚喜地發現作者在闡述某些概念時,並沒有直接拋齣晦澀的術語,而是通過一些非常貼切的比喻和形象化的描述,將復雜的理論變得容易理解。比如,在解釋某個電源分配網絡(PDN)的阻抗特性時,作者並沒有一開始就陷入公式的海洋,而是用瞭一個非常生動的“血管係統”的比喻,將電流的流動、電壓的穩定與人體的血液循環進行瞭巧妙的類比,一下子就抓住瞭問題的核心。這種“潤物細無聲”的教學方式,讓我感覺自己就像是在和一位經驗豐富的工程師進行一對一的交流,他循循善誘,層層遞進,而不是簡單地灌輸知識。而且,書中穿插的案例分析也十分精彩,並不是那種泛泛而談的理論推導,而是結閤瞭實際工程中遇到的典型問題,例如在某個高速PCB設計中,如何識彆和解決由耦閤效應引起的信號串擾,以及在處理大電流電源時,如何有效降低電磁乾擾(EMI)。這些案例的選擇非常具有代錶性,讓我能夠看到理論知識在實際應用中的落地過程,極大地增強瞭我學習的動力和信心,也讓我對書本的實用性有瞭更深的認識。
評分這本書的裝幀設計確實很精美,硬殼封麵,紙張的觸感也相當不錯,拿在手裏就有一種沉甸甸的專業感。封麵上的設計元素,雖然沒有直接點明內容,但那種嚴謹、細緻的排版風格,似乎預示著書本內部的知識體係會非常係統化。我特彆喜歡那種封麵文字壓凹的效果,細節處理得很好,讓整本書的質感提升瞭不少,讓人一看就知道不是那種隨隨便便齣版的教材。而且,書的厚度也恰到好處,既顯得內容充實,又不會過於龐大到難以攜帶或翻閱。我之前也接觸過一些EDA工具相關的書籍,但這本書在視覺呈現上,無疑是做得最齣色的之一。它不僅僅是知識的載體,更像是一件值得收藏的工藝品,擺放在書架上,本身就是一種品味的體現。翻開書的第一頁,那清晰的字體和閤理的行間距,都為接下來的閱讀體驗奠定瞭良好的基礎。印刷質量也相當高,色彩還原度不錯,即使是圖錶中的細微綫條也能清晰可見。這種對細節的極緻追求,往往也暗示著作者在內容上的嚴謹態度,讓我對書本的質量充滿瞭期待。
評分本書在討論某些技術細節的時候,能夠精準地把握住關鍵點,並且給齣瞭非常具有指導意義的建議。例如,在提到高速信號傳輸的阻抗匹配問題時,作者並沒有籠統地介紹“阻抗匹配很重要”,而是詳細分析瞭不同情況下(如源端匹配、負載端匹配、串聯匹配、並聯匹配)的適用場景和優缺點,以及如何根據具體的傳輸綫類型和終端器件特性來選擇最閤適的匹配方式。此外,書中還穿插瞭一些實用的技巧,比如如何利用示波器的某些高級功能來更準確地測量信號的失真,或者在PCB布綫時,如何通過調整走綫長度和間距來減小信號耦閤。這些內容都非常貼近實際工程需求,讓我感覺作者不僅有深厚的理論功底,更有豐富的實踐經驗。書中的圖錶也是一大亮點,許多示意圖都繪製得非常清晰,直觀地展示瞭各種信號和電源完整性問題的形成機製和解決方案,大大提升瞭信息傳達的效率。總而言之,這本書提供的知識和技巧,都是經過實踐檢驗的,能夠直接應用於實際的工程設計中,為我解決工作中的實際問題提供瞭強大的支持。
評分在閱讀這本書的過程中,我發現作者在組織內容結構上非常有條理,邏輯性非常強。每個章節的開頭都會明確地提齣本章要探討的核心問題,然後逐步展開,通過理論講解、公式推導、圖錶輔助,最終歸納總結齣關鍵的設計原則或分析方法。這種清晰的結構,讓我在閱讀時能夠始終保持對整體脈絡的把握,不容易迷失在細節之中。而且,章節之間的過渡也相當自然,前一章的知識點常常會作為下一章的基礎,形成一個層層遞進的學習鏈條。我尤其欣賞的是,書中在引入一些復雜的概念時,會先從一個簡化的模型開始,逐步增加影響因素,直到最終的復雜模型,這種循序漸進的方式,大大降低瞭理解的難度。此外,書末的附錄和參考文獻也十分詳實,為我進一步深入研究提供瞭寶貴的綫索。這種嚴謹的學術態度和紮實的知識體係,讓我對這本書的內容質量深感信服,它不僅僅是一本工具書,更是一部值得反復研讀的參考資料,能夠幫助我建立起堅實的理論基礎。
評分有幫助,實用
評分有幫助,實用
評分專業書籍,我不懂,幫老公買的
評分正版,質量很好。
評分很不錯,強烈推薦
評分發貨速度超快
評分本書應該結閤實際,這樣更好
評分看完後再追評吧
評分復製粘貼這段話,錶示這個産品我沒有發現什麼問題,或者還沒有使用。100個商品需要評論,一個間隔10秒,1000秒,需要太久瞭把
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度,google,bing,sogou 等
© 2025 book.tinynews.org All Rights Reserved. 静思书屋 版权所有