Cadence高速电路板设计与仿真(第5版)——原理图与PCB设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周润景著 著

图书标签:

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• 信号完整性
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店铺： 妙语书言图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121250491

商品编码：29361830416

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)——原理图与PCB设计

定价：88.0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：9787121250491

字数：736000

页码：

版次：5

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，从设计实践的角度出发，以具体电路的PCB设计流程为顺序，深入浅出地详尽讲解元器件建库、原理图设计、布局、布线、规则设置、报告检查、底片文件输出、后处理等PCB设计的全过程。本书的内容主要包括原理图输入及元器件数据集成管理环境的使用、中心库的开发、PCB设计工具的使用，以及后期电路设计处理需要掌握的各项技能等。

目录

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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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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


前 言
随着工程技术的电子化、集成化和系统化的迅速发展，电路设计已经进入一个全新的时代，尤其是高速电路设计已成为电子工程技术发展的主流，而Cadence以其强大的功能和高级的绘图效果，逐渐成为PCB设计行业中的主导软件。Cadence完善的集成设计系统和强大的功能符合高速电路设计速度快、容量大、精度高等要求，使它成为PCB设计方面的代表。本书以Cadence公司新发布的 Allegro SPB 16.6作为开发平台，以实际案例贯穿整个PCB设计开发的全过程，设计思路清晰，更加具有应用性。
新版Cadence软件在使用制程方面的全新优化和增强，可以使读者在原有基础上进一步提高设计的稳定性，缩短开发周期，完善系统的综合性能。
Allegro SPB 16.6中的新技术包括：
Allegro SPB 16.6的Pspice支持多核（超过4核），因而在仿真速度方面高可提升4倍。加强了与用户互动的功能，可通过云存储将设计放到云端。此外，在Team Design、小型化等方面都有很好的改进。
Allegro SPB 16.6产品线的新功能有助于嵌入式双面及垂直部件的小型化改良，改进时序敏感型物理实现与验证，加快时序闭合，并改进ECAD和机械化CAD（MCAD）协同设计——这些对加快多功能电子产品的开发至关重要。
Allegro SPB 16.6通过自动交互延迟调整（AiDT）加快时序敏感型物理实现。自动交互延迟调整可缩短时间，满足高级标准界面的时序约束，如DDR3等，缩短的程度可达30%～50%。AiDT可帮助用户逐个界面地迅速调整关键高速信号的时间，或将其应用于字节通道级，将PCB上的线路调整时间从数日缩短到几个小时。
本书共18章，其中，王洪艳编写了章～第4章，并对书中的例子做了全面的验证；第5章～8章由周润景编写。全书由周润景负责统稿。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、周敬、宋志清。
本书的出版得到了北京迪浩永辉科技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，在此一并表示衷心的感谢！
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。
为便于读者阅读、学习，特提供本书实例下载资源，请访问yydz.phei.. 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内容的详尽介绍，加上时间与水平有限，因此书中难免有不妥之处，还望广大读者批评指正。

编著者

《精通高速PCB设计与仿真：原理图绘制、PCB布局布线与信号完整性分析》 概述 在当今电子产品快速迭代的时代，高性能、高集成度的电路板设计已成为核心竞争力。从智能手机、高性能服务器到尖端的通信设备，无一不依赖于精密的PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）设计。本书旨在为读者提供一个全面、深入的学习平台，涵盖从原理图设计到PCB物理实现，再到关键的信号完整性与电源完整性仿真分析的全过程。我们将剥离喧嚣的市场术语，直击高速PCB设计的核心原理与实践技巧，帮助读者构建扎实的理论基础，掌握行之有效的工具使用方法，最终能够自信地应对复杂的高速设计挑战。 本书不仅适用于有志于从事PCB设计、信号完整性工程师、硬件工程师等专业人士，也为电子工程专业的学生提供了一条清晰的学习路径，帮助他们将理论知识转化为实际技能。我们力求内容翔实，案例丰富，语言清晰易懂，避免了晦涩难懂的专业术语堆砌，而是通过循序渐进的方式，让读者在理解原理的同时，掌握实际操作的要领。 核心内容详解 第一部分：高速PCB设计基础与原理 高速信号的定义与挑战： 深入探讨“高速”的界定，分析信号上升沿时间、时钟频率、数据率等关键参数对PCB设计提出的挑战。 阐述寄生效应（电感、电容、电阻）在高频下的显著影响，如反射、串扰、衰减、过冲、下冲等。 介绍阻抗匹配的重要性，讲解传输线理论，理解微带线、带状线等传输线模型及其特性阻抗的计算。 分析信号完整性（Signal Integrity, SI）和电源完整性（Power Integrity, PI）在高速PCB设计中的核心地位。 PCB材料与工艺选择： 详细介绍不同PCB基材（如FR-4、高频板材如Rogers系列）的电性能、热性能、机械性能及成本考量，帮助读者根据设计需求选择合适的材料。 讲解多层板的结构、叠层设计原则，以及不同层（信号层、电源层、地层、内层）的功能和布局要求。 分析PCB制造工艺对高速信号性能的影响，如钻孔、开槽、焊盘、过孔等的设计规范。 介绍表面处理工艺（如HASL, ENIG, Immersion Silver等）对信号质量、可靠性的影响。 信号完整性（SI）原理： 反射与阻抗匹配： 详细阐述信号在传输线末端或阻抗不连续处的反射现象，讲解匹配网络的设计，如端接电阻（串联、并联、戴维宁）的设计原理与选型。 串扰（Crosstalk）： 分析相邻信号线之间由于互容、互感产生的串扰，介绍防护措施，如间距控制、地线隔离、差分对设计。 损耗（Loss）： 讲解介质损耗和导体损耗在高频下的影响，分析信号衰减的机理，以及如何通过选择低损耗材料和优化走线来降低损耗。 时序问题（Timing Issues）： 分析时钟抖动（Jitter）和传播延迟（Propagation Delay）对系统时序的影响，介绍时钟信号的布线策略。 差分信号设计： 深入讲解差分信号的原理，分析其抗干扰能力和提高信号速率的优势，包括差分对的匹配、等长约束、阻抗控制等。 电源完整性（PI）原理： 电源分配网络（PDN）设计： 讲解PDN的设计理念，包括低阻抗、低噪声的要求。 去耦电容（Decoupling Capacitors）： 详细介绍去耦电容的作用、选型（容量、ESR、ESL）、放置策略，以及如何构建有效的去耦网络，以抑制电源噪声。 电源和地平面（Power and Ground Planes）： 分析电源和地平面在提供低阻抗路径、抑制噪声方面的作用，讲解平面分割（Plane Splitting）的注意事项。 瞬态响应（Transient Response）： 分析芯片工作时瞬态电流的变化对电源电压的影响，以及如何通过PDN设计来保证电源的稳定性。 第二部分：原理图设计与规范 原理图设计流程与工具介绍： 介绍主流EDA（Electronic Design Automation）软件（如Altium Designer, Cadence Allegro/OrCAD等）的原理图设计模块。 讲解从系统框图到详细原理图的设计流程。 强调文档规范的重要性，包括命名约定、注释、层次化设计等。 元器件库的构建与管理： 讲解如何创建、导入和管理原理图符号库和PCB封装库。 强调符号与封装的一致性，以及封装尺寸、引脚分配等关键信息的重要性。 介绍参数化设计和变量的应用，提高库的复用性。 原理图绘制技巧与注意事项： 网络命名与总线（Buses）： 讲解清晰的网络命名规则，以及如何有效地使用总线来简化原理图。 电源与地符号： 强调电源和地符号的规范使用，以及如何正确处理多电源域和多地线的设计。 端口与层次化设计（Ports and Hierarchical Design）： 讲解如何利用端口实现模块化设计，提高原理图的可读性和可维护性。 ERC（Electrical Rules Check）检查： 详细介绍ERC的功能，以及如何利用ERC来发现和解决原理图中的电气连接错误。 差异化设计： 针对高速接口，讲解如何标记差分对、信号类型等，为后续PCB布线提供有效信息。 接口电路设计： 数字接口： HDMI, USB, PCIe, DDR等常见高速数字接口的原理图设计考虑。 模拟接口： 射频（RF）接口、传感器接口等的信号调理与保护。 电源接口： DC-DC转换器、LDO等电源模块的原理图设计。 第三部分：PCB布局与布线 PCB布局（Placement）策略： 全局布局原则： 信号流向、功能分区、发热器件散热、接口布局等。 关键器件布局： CPU/FPGA、高速接口芯片、时钟源、电源模块等的布局原则。 敏感信号布局： 时钟、差分信号、模拟信号的布局注意事项，避免串扰和噪声干扰。 去耦电容布局： 强调去耦电容应尽可能靠近其所服务的芯片的电源引脚。 电源与地平面规划： 讲解如何合理规划电源和地平面，保证低阻抗路径。 布局工具的使用： 介绍EDA软件中的布局工具，如手动摆放、自动布局优化等。 PCB布线（Routing）原则： 布线优先级： 明确不同类型信号的布线优先级。 拓扑结构（Topology）： 讲解星型、菊花链、T型等常见拓扑结构，以及不同拓扑结构对信号完整性的影响。 走线规则： 阻抗控制走线： 介绍微带线、带状线阻抗计算公式，以及如何通过调整走线宽度、介质层厚度、介电常数来达到目标阻抗。 差分对走线： 详细介绍差分对的紧耦合、等长、同侧布线等要求。 回流路径（Return Path）： 强调确保信号的回流路径畅通，通常通过地平面提供。 过孔（Vias）： 讲解过孔的寄生电感和电容，以及如何优化过孔设计（如盲孔、埋孔、背钻）来降低其影响。 走线长度约束： 讲解如何对关键信号（如时钟、差分信号）进行等长约束。 蛇形线（Stitching/Serpentine Traces）： 分析蛇形线在等长调整中的应用，以及如何优化其设计以减少阻抗不连续性。 避免锐角弯曲： 解释锐角弯曲可能引起的阻抗不连续和信号反射。 布线工具的使用与优化： 交互式布线（Interactive Routing）： 讲解常用的布线命令和技巧。 拓扑布线（Topology Routing）： 介绍支持拓扑布线的工具，以自动化优化差分对和总线等。 规则驱动布线（Rule-Driven Routing）： 强调设置和遵守设计规则（DRC）。 布线后检查与优化： 讲解如何进行手动优化，如调整间距、改变过孔位置等。 布线规则检查（DRC）： 详细介绍DRC的各项规则设置，如最小间距、最小线宽、过孔规则等。 讲解如何高效地利用DRC工具发现和解决布线错误。 第四部分：信号完整性与电源完整性仿真分析 仿真流程与工具介绍： 介绍主流SI/PI仿真工具（如Cadence Sigrity, Ansys SIwave等）的使用。 讲解从PCB设计文件到仿真模型（如IBIS模型）的生成过程。 分析仿真报告的解读方法。 信号完整性（SI）仿真： 传输线分析： 仿真传输线阻抗、插入损耗、反射系数等。 串扰分析： 仿真相邻信号线之间的串扰耦合。 眼图（Eye Diagram）分析： 讲解眼图的含义，以及如何通过眼图评估信号质量（裕度、抖动、过冲/下冲）。 时域（Time Domain）与频域（Frequency Domain）分析： 介绍两种分析方法的特点与应用。 匹配网络优化仿真： 通过仿真验证不同端接方式的效果。 IBIS（I/O Buffer Information Specification）模型： 讲解IBIS模型的作用，以及如何使用IBIS模型进行更准确的仿真。 电源完整性（PI）仿真： PDN阻抗仿真： 仿真PDN在不同频率下的阻抗曲线，评估其低阻抗性能。 电压噪声分析： 仿真芯片工作时的瞬态电压跌落（VDROP）和电源噪声。 去耦电容网络效能分析： 仿真不同去耦电容配置对PDN性能的影响。 AC/DC压降分析。 SI/PI协同仿真： 分析信号完整性与电源完整性之间的相互影响。 介绍如何通过协同仿真获得更全面的设计评估。 第五部分：进阶主题与实践案例 高速背板（Backplane）设计： 背板的特点、挑战与设计考虑。 差分对布线、连接器设计、阻抗匹配在背板设计中的应用。 射频（RF）PCB设计入门： RF信号的特性与PCB设计差异。 微带线、带状线在RF设计中的应用。 RF器件的布局与屏蔽。 EMI/EMC（电磁干扰/电磁兼容）考虑： 高频PCB设计与EMI/EMC的密切关系。 降低EMI的布线与布局技巧（如地线设计、屏蔽、滤波）。 EMC测试基础。 实际项目案例分析： 选取不同类型的高速PCB设计项目（如高性能服务器主板、高速通信模块、嵌入式系统开发板）进行案例分析。 从需求分析、原理图设计、PCB布局布线到仿真验证，展示完整的工程实践过程。 重点剖析设计中遇到的挑战、解决方案以及经验教训。 总结 本书力求理论与实践相结合，通过深入浅出的讲解，辅以丰富的图示和实际操作技巧，帮助读者构建一个完整的知识体系。我们相信，通过对本书内容的系统学习和实践，读者将能够显著提升在高速PCB设计领域的专业技能，为开发高性能、高可靠性的电子产品奠定坚实的基础。掌握这些原理和方法，将使您在激烈的市场竞争中脱颖而出，成为一名优秀的电子工程师。

评分☆☆☆☆☆

对于我这种需要经常与制造部门和测试部门沟通的技术人员来说，这本书的实用性体现得淋漓尽致。它不仅仅是纸上谈兵，书中对于DFM（可制造性设计）和DFT（可测试性设计）的结合讨论，简直是点睛之笔。例如，在讨论差分对布线时，作者不仅给出了理想的长度匹配要求，还明确指出了在实际制造公差下，哪些参数是最需要我们重点关注和控制的。我曾经因为对某类特殊阻抗结构过度自信而导致样品测试不通过，但回过头翻阅这本书的相应章节，作者早已用非常直白的语言警告了这类“理论完美，实践打折”的陷阱。它提供了一套在理论最优解和量产可行性之间找到最佳折衷点的实用方法论，这对于任何想把设计从实验室推向市场的工程师来说，都是至关重要的实战经验。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，在我看来，已经超越了一本单纯的“技术手册”范畴，更像是一份资深专家的经验沉淀。我发现自己越来越少地去查阅那些零散的网络资料来解决具体问题，因为这本书的内容覆盖面极广，而且经过了作者的系统化整合和深度提炼。它为我们提供了一个统一的术语体系和分析框架，当团队内部出现关于设计参数的争论时，我们往往可以诉诸于书中某个章节的论断来达成共识。更令人敬佩的是，它在介绍完基础原理后，并没有停止脚步，而是探讨了未来可能的发展方向，比如在先进封装和异构集成背景下的信号完整性挑战。这本书提供的知识体系是具有长期生命力的，它教会的不是一个固定的技能，而是一种能够适应未来技术变革的底层认知能力。

评分☆☆☆☆☆

我特别欣赏作者在处理不同设计场景时所展现出的那种近乎“百科全书式”的广度与精细度的平衡。这本书并没有局限于某一特定EDA工具的操作指南——坦白说，工具的界面和功能更新太快了，任何过于侧重软件操作的指南都会很快过时。这本书的价值恰恰在于它构建了一个坚实的理论基石。我记得有几章专门分析了封装设计对IC性能的影响，这部分内容在很多声称关注“高速”的书籍中往往会被一带而过，但在这里却被系统地展开论述。它不仅谈论了层叠结构的选择，还细致入微地讨论了过孔的寄生电感如何成为高频信号的“绊脚石”，以及如何通过合理的去耦电容布局来压制电源噪声的瞬态响应。这种对细节的执着，让我感觉作者不仅仅是教我们如何画板子，更像是在传授一种“高速思维模式”，教会读者在设计之初就预见到潜在的物理限制。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就给人一种专业而严谨的感觉，厚实的装帧和清晰的排版，让人一看就知道这不是一本泛泛而谈的入门读物。从我开始翻阅这本书的第一个章节起，我就被它深入浅出的讲解方式所吸引。作者似乎深谙高速电路设计的复杂性，并没有试图用过于简化的语言去掩盖背后的物理原理。相反，他选择了一种结构化、循序渐进的叙事方式，将复杂的信号完整性、电源完整性问题拆解成一系列可理解的小模块。尤其是在讲解阻抗匹配和串扰抑制时，书中引用的那些经典公式和实际案例的结合，让我这个在实际工作中经常遇到这些瓶颈的工程师感到豁然开朗。它不像有些教材那样只是罗列规则，而是真正去探讨为什么这些规则存在，背后的电磁场理论是怎样的。对于一个渴望从“知道怎么做”提升到“理解为什么这么做”的设计者来说，这种深度是极为宝贵的财富，阅读过程充满了知识点被串联起来的满足感。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，最初拿起这本书时，我有点担心它会过于学术化，读起来会枯燥乏味，毕竟高速电路的设计细节往往是出了名的晦涩难懂。然而，作者在组织材料时展现出的叙事节奏感非常出色。每一章的开头都会用一个现实中的挑战来引入主题，比如“为什么你的万兆链路依然丢包”，然后层层深入，用清晰的图示和数学模型来解释现象背后的物理机制，最后再回到实际的布局策略。这种“提出问题—分析本质—给出方案”的结构，使得阅读过程的参与感很强，不会让人产生“我只是在被动接收信息”的感觉。特别是那些关于时序分析的部分，作者居然能够把复杂的眼图（Eye Diagram）参数解释得像在描述一幅流动的画面，非常直观，极大地降低了初学者对复杂波形分析的恐惧感。