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内容简介
本书主要介绍信号完整性（Signal Integrity，SI）、电源完整性（Power Integrity，PI）和电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）等的基础知识和设计要点，并结合实例详细介绍了利用ANSYS 2019仿真平台完成相关仿真与分析的方法，使读者不仅能深入了解高速电路设计的理念，还能掌握ANSYS 2019仿真操作流程和分析技巧，并运用类似的设计方法去解决相关的问题。 本书适合从事芯片封装、PCB设计及数字电路硬件研发的工程技术人员阅读使用，也可作为高等学校相关专业的教学用书。
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”等多项国家级、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
第1章 信号完整性
1.1 信号完整性的要求及问题的产生
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 电磁场求解器
1.7.1 2D电磁场求解器
1.7.2 2.5D电磁场求解器
1.7.3 3D电磁场求解器
第2章 HDMI的仿真与测试
2.1 HDMI简介
2.2 HDMI信号完整性前仿真分析
2.3 HDMI信号完整性后仿真分析
2.3.1 切割TMDS差分线
2.3.2 频域分析
2.3.3 时域分析
2.3.4 差分对匹配
2.3.5 实测对比
2.4 本章小结
第3章 PCIE仿真与测试
3.1 PCIE简介
3.2 SIwave提取传输线S参数
3.2.1 运行SIwave
3.2.2 确认检查
3.2.3 分割差分线区域
3.2.4 自动生成端口
3.2.5 全局设置及仿真
3.2.6 计算S参数
3.2.7 导出S参数
3.3 差分对建模仿真分析
3.3.1 创建项目
3.3.2 设置求解类型
3.3.3 设置模型单位
3.3.4 创建差分线模型
3.4 在Designer中联合仿真
3.5 PCIE的仿真与实测对比
3.5.1 测试环境与仪器介绍
3.5.2 仿真与实测对比
第4章 SFP 高速通道的仿真与测试
4.1 SFP 简介
4.2 SFP 通道仿真
4.2.1 转换Brd文件到ANF文件
4.2.2 切割开发板
4.2.3 使用SIwave创建端口
4.2.4 模型检查
4.2.5 仿真参数设置
4.2.6 查看仿真结果
4.2.7 查看差分参数
4.2.8 导出S4P参数模型
4.3 系统级频域S参数仿真
4.3.1 添加S参数模型
4.3.2 添加频率扫描
4.3.3 查看仿真结果
4.4 TDR仿真
4.4.1 添加参数模型
4.4.2 建立瞬态分析
4.4.3 创建结果报告
4.5 时域眼图仿真
4.5.1 输入AMI模型
4.5.2 设置AMI模型
4.5.3 仿真设置
4.5.4 查看眼图
4.5.5 添加眼罩
4.6 SFP 通道实际测试
4.7 本章小结
第5章 并行通道DDR仿真与分析
5.1 DDR相关特点的简介
5.2 使用SIwave提取DDR的S参数
5.2.1 添加端口
5.2.2 生成端口
5.2.3 提取S参数
5.2.4 导出TouchstoneR File (.snp)
5.3 基于Designer的SI仿真
5.3.1 新建工程
5.3.2 选择元器件
5.3.3 运行分析
5.4 DDR的SI PI仿真
5.4.1 眼图分析
5.4.2 SSN分析
5.4.3 选取更多频率点的分析
5.5 IR压降仿真
5.5.1 SIwave IR 压降检查
5.5.2 IR 压降仿真
5.6 2.5D模型与3D模型在信号完整性中的对比分析
5.6.1 提取S参数
5.6.2 导出TouchstoneR文件
5.6.3 在Desiner中创建工程
5.6.4 添加SIwave模型
5.6.5 添加IBIS模型
5.6.6 时域仿真
5.6.7 差分对导入HFSS中
5.6.8 2.5D及3D时域仿真与实测结果对比
5.7 本章总结
第6章 电源完整性
6.1 电源完整性概述
6.2 电源噪声形成机理及危害
6.3 VRM
6.4 电容去耦原理
6.4.1 从储能角度
6.4.2 从阻抗角度
6.5 PDN 阻抗分析
6.5.1 PDN简介
6.5.2 PCB PDN仿真
6.6 PCB 谐振仿真
6.6.1 谐振简介
6.6.2 PCB谐振仿真
6.6.3 去耦电容值的估算
6.6.4 放置去耦电容的方法
6.6.5 优化PCB谐振特性
6.7 传导干扰和电压噪声测量
6.8 直流压降分析
6.9 串行通道的SSN分析
6.9.1 仿真前准备工作
6.9.2 创建信号差分网络和电源网络
6.9.3 创建SSN的仿真电路
6.10 DDR3 的同步开关噪声分析
6.10.1 Stratix IV GX FPGA开发板简介
6.10.2 SIwave提取传输线S参数
6.10.3 在Designer中进行DDR的SSN分析
6.11 本章小结
第7章 辐射分析
7.1 电磁兼容概述
7.2 电磁兼容标准
7.3 电磁干扰方式
7.3.1 差模辐射
7.3.2 共模辐射
7.4 辐射仿真与分析
7.5 本章小结
第8章 信号完整性问题的场路协同仿真
8.1 SMA仿真
8.1.1 Stratix V GX信号完整性开发板简介
8.1.2 从Cadence导入SIwave
8.1.3 在SIwave中进行SMA 通道仿真
8.2 SMA建模
8.2.1 PCB的切割
8.2.2 建立基座和同轴线缆
8.2.3 添加波端口
8.2.4 仿真设置
8.2.5 查看仿真结果
8.3 Designer对整个高速串行通道进行系统级仿真
8.3.1 导入参数模型
8.3.2 设置仿真参数和查看仿真结果
8.3.3 TDR仿真
8.3.4 时域眼图分析
8.4 本章小结
第9章 PCB级电热耦合对信号完整性的影响分析
9.1 电热耦合与信号完整性基础理论
9.1.1 PCB级电热耦合分析方法
9.1.2 介质材料的介温特性
9.1.3 基于相对介电常数的信号完整性理论
9.2 相对介电常数对PCB稳定工作时温度分布的影响
9.2.1 研究对象的设计
9.2.2 电热耦合仿真分析
9.2.3 结果分析
9.3 温度变化对PCB相对介电常数的影响分析
9.3.1 实测样品制作
9.3.2 基于分离式介电谐振器测量技术的相对介电常数测试
9.3.3 研究结果与分析
9.4 温度变化对通道信号完整性的影响分析
9.4.1 电磁模型的建立
9.4.2 基于相对介电常数的信号完整性分析
9.4.3 研究结果与分析
9.5 本章小结
前沿
前 ；言
； ； ； ； 目前，PCB设计系统中最典型的电性能分析主要包括信号完整性（Signal Integrity，SI）分析、电源完整性（Power Integrity，PI）分析和电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）分析三大方向。近年来，对SI和PI的研究取得了突飞猛进的发展；相对而言，对EMC的研究比较成熟。目前，在芯片封装或PCB 的设计和调试的各个阶段，人们对SI和PI的设计流程和分析验证都格外重视。
； ； ； ； SI指的是信号在传输过程中保持其时域和频域特性的能力；传统的SI分析包括信号的插入损耗分析和回波损耗分析，以及信号传输的眼图、抖动、串扰、浴盆曲线和误码率等。PI指的是封装芯片电源引脚处的供电电压的量值精度和稳定性，其衡量指标是芯片供电电压的波动范围及噪声等；传统的PI分析包括电源本身的频域谐振分析、时域噪声分析和去耦电容的放置方法等。
； ； ； ； 受限于技术水平和软件支持等因素，既往的许多针对SI和PI的研究都是“孤立”进行的，即研究SI时假设其电源是理想的，研究PI时也不考虑信号翻转对其产生的影响。如果系统频率比较低，这样的假设尚可接受，但当系统频率较高时，忽略SI与PI之间的影响会带来诸多问题。
； ； ； ； ANSYS 2019仿真软件在PCB的SI、PI与EMC协同设计优化，以及机箱屏蔽效能和孔缝电磁泄漏仿真方面，一直处于业界领先水平，其仿真结果可以直接与GJB151A等测试标准进行对比，从而在虚拟样机阶段评估设计方案的EMC裕量。ANSYS的EMC仿真方案，在技术层面上包括硬件设计全流程中的系统设计、电路设计和元器件选型，从研究EMC的关键环节入手，通过系统、全面的仿真，解决EMC和干扰问题，同时还兼顾散热和结构振动等多物理域的可靠性设计；在流程层面，强调系统EMC指标的合理分配，系统与元器件的协同设计，EMC设计流程的固化和设计仿真经验的积累等；在实施部署层面，能够兼顾分散式个人设计模式和团队设计模式，提供集中的基于高性能计算的仿真资源分配能力和基于分布式云存储的仿真知识管理模式。ANSYS 2019的电磁场仿真软件内含一系列混合算法，包括频域有限元、时域有限元、高阶有限元、矩量法有限元、物理光学法、有限元/积分边界法、场到场数据链接，可以灵活处理微米级到数十千米范围目标的电磁计算。
； ； ； ； 本书具有如下特点。
? -理论与软件操作相结合。将SI和PI理论研究与ANSYS 2019软件的SI、PI与EMC协同分析相结合，对高速电路设计中存在的SI、PI和EMC问题进行了分析和研究，并提出了相应的解决方法。
? -与设计实例相结合。本书结合Altera公司的STRATIX GX开发板、DDR板卡与STRATIX GX开发板的互连系统、PCI-E板卡等设计实例，对其中的SI和PI问题进行了分析与研究，使读者不仅掌握了理论知识与软件操作的方法，还将其应用到实际设计中。
? -系统性与独立性。本书基本涵盖了高速电路板设计中SI、PI、EMC及电热分析的基本问题，读者既可以全面、系统地学习，也可以有针对性地阅读部分内容。
； ； ； ； 本书共9章，其中第8章由蔡富佳编写，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张红敏和周敬。
； ； ； ； 为便于读者阅读、学习，特提供本书范例的下载资源，请访问华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）下载该资源；为了与软件实际操作的结果保持一致，未对书中由软件生成的截屏图进行标准化处理。
； ； ； ； 本书得到了国家自然科学基金的支持（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：61161001，2012.1—2015.12）。本书的出版得到了Cadence公司Principal应用工程师胡劲松先生和电子工业出版社张剑先生的大力支持，还有很多读者提出了宝贵的意见，在此一并表示感谢！
； ； ； ； 由于ANSYS仿真工具的功能非常强大，不可能通过一本书将其全部内容详尽介绍，加上时间与水平有限，书中难免存在错误和疏漏之处，敬请读者批评指正。
； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； 编著者
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