内容简介

目前市面上信号与电源完整性仿真书籍的内容普遍偏于理论知识或分散的仿真样例，给读者的感觉往往是“只见树木不见森林”。针对这种情况，本书基于一个已成功开发的高速数据加速卡产品，从产品的高度介绍所有的接口及关键信号在开发过程中信号、电源完整性仿真的详细过程，对涉及的信号与电源完整性仿真方面的理论将会以图文结合的方式展现，方便读者理解。为了使读者能系统地了解信号与电源完整性仿真知识，书中还加入了PCB制造、电容S参数测试夹具设计等方面的内容，并免费赠送作者开发的高效软件工具。 本书编写人员都具有10年以上的PCB设计、高速仿真经验，他们根据多年的工程经验把产品开发与仿真紧密结合在一起，使本书具有更强的实用性。本书适合PCB设计工程师、硬件工程师、在校学生、其他想从事信号与电源完整性仿真的电子人员阅读，是提高自身价值及竞争力的不可多得的参考材料。

作者简介

毛忠宇，EDA365论坛特邀版主。毕业于电子科技大学微电子科学与工程系。从事过时钟及音乐类消费型IC的开发与测试，曾在华为技术及海思半导体从事高速互连及IC封装研发，期间见证及参与了华为高速互连设计、仿真的大发展过程。著有《IC封装基础与工程设计实例》及《华为研发14载-那些一起奋斗过的互连岁月》等书。

目录

第1章 产品简介
1．1 产品实物图
1．2 产品背景
1．3 产品性能与应用场景
1．4 产品主要参数
1．5 主要器件参数
1．6 产品功能框图
1．7 电源模块
1．8 时钟部分
1．9 DDR3模块
1．10 散热设计
1．11 产品结构图
1．12 产品其他参数
第2章 PCB材料
2．1 PCB的主要部件及分类
2．1．1 PCB的主要部件
2．1．2 PCB分类
2．2 基材介绍
2．3 高速板材选择
第3章 PCB设计与制造
3．1 PCB设计要求
3．2 制板工艺要求
3．3 常用PCB光绘格式
3．4 拼板设计
3．5 基准点设计
3．6 PCB加工流程简介
第4章 信号完整性仿真基础
4．1 信号完整性问题
4．2 信号完整性问题产生原因
4．3 传输线
4．3．1 常见的微带线与带状线
4．3．2 传输线的基本特性
4．3．3 共模与差模
4．4 反射
4．5 串扰
4．6 仿真的必要性
4．7 仿真模型
4．7．1 IBIS模型
4．7．2 HSPICE模型
4．7．3 IBIS-AMI模型
4．7．4 S参数
4．8 常用信号、电源完整性仿真软件介绍
第5章 过孔仿真与设计
5．1 过孔介绍
5．2 过孔对高速信号的影响要素及分析
5．3 过孔优化：3D_Via_Wizard过孔建模工具的使用
5．3．1 使用3D_Via_Wizard创建差分过孔模型
5．3．2 差分过孔仿真
5．4 产品单板高速差分信号过孔优化仿真
5．5 背钻工艺简介
第6章 Sigrity仿真文件导入与通用设置
6．1 PCB导入
6．1．1 ODB++文件输出
6．1．2 PCB文件格式转换
6．1．3 SPD文件导入
6．2 SPD文件设置
6．3 仿真分析与结果输出
6．3．1 仿真扫描频率设置
6．3．2 结果输出与保存
第7章 QSFP+信号仿真
7．1 QSFP+简介
7．2 QSFP+规范
7．3 仿真网络设置
7．4 QSFP+光模块链路在ADS中的仿真
7．5 仿真结果分析
7．5．1 添加信号判断标准
7．5．2 TX0与RX0差分信号回环仿真分析
7．6 PCB优化设计比较与建议
7．6．1 焊盘隔层参考分析比较
7．6．2 高速差分不背钻过孔分析比较
7．6．3 QSFP+布线通用要求
第8章 SATA信号仿真
8．1 SATA信号简介
8．2 SATA信号规范
8．3 仿真网络设置
8．4 SATA信号链路在SystemSI中的仿真
8．4．1 建立SystemSI仿真工程
8．4．2 创建仿真链路
8．4．3 添加仿真模型
8．4．4 设置链接属性
8．4．5 设置仿真参数
8．4．6 仿真分析
8．5 结果分析与建议
第9章 DDRx仿真
9．1 DDRx简介
9．2 项目介绍
9．3 DDR3前仿真
9．4 DDR3后仿真
9．4．1 仿真模型编辑
9．4．2 PCB的导入过程
9．4．3 仿真软件通用设置
9．4．4 DDR3写操作
9．4．5 DDR3读操作
9．4．6 仿真结果分析
9．5 DDR3同步开关噪声仿真
9．6 时序计算与仿真
9．7 DDR4信号介绍
第10章 PCIe信号仿真
10．1 PCIe简介
10．2 PCIe规范
10．3 仿真参数设置
10．3．1 调用仿真文件
10．3．2 定义PCIe差分信号
10．3．3 设置PCIe网络端口
10．3．4 仿真分析
10．3．5 S参数结果与输出
10．4 PCIe链路在ADS中的仿真
10．4．1 建立ADS仿真工程
10．4．2 ADS中导入S参数文件
10．4．3 ADS频域仿真
10．4．4 ADS时域仿真
10．4．5 通道的回环仿真
10．5 PCIe通用设计要求
第11章 电源完整性仿真
11．1　电源完整性
11．2　电源完整性仿真介绍
11．3　产品单板电源设计
11．4　产品单板AC仿真分析实例
11．4．1　PCB的AC仿真设置与分析
11．4．2　仿真结果分析
11．5　产品单板DC仿真分析实例
11．5．1　PCB的DC仿真设置与分析
11．5．2　DC仿真结果分析
11．6　PCB电源完整性设计关键点
第12章 电容概要
12．1 电容主要功能
12．2 电容分类
12．3 电容多维度比较
12．4 电容参数
12．5 电容等效模型
12．6 FANOUT
12．7 产品电容的摆放与FANOUT
12．8 SIP封装电容
12．9 电容在设计中的选择与注意事项
第13章 电容建模与测试
13．1 电容S参数模型测试夹具设计
13．2 电容S参数RLC拟合
13．3 电容S参数模型测试方式
13．4 电容S参数模型
13．5 电容RLC拟合提取过程
13．6 电容库调用时的连接方式设定
13．7 常用电容等效R、L、C值及谐振表
第14章 PI仿真平台电容模型高效处理
14．1 背景
14．2 处理ODB++文件小软件工具使用
14．3 Sigrity调入处理过的ODB++文件
14．4 BOM处理技巧
14．5 License免费授权

前言/序言

序 言 1

认识“小广东”阿毛——毛忠宇这位同门小师弟有20多年了，他记忆力超强，几十年前的芝麻旧事都能翻出来；说话风趣（就是普通话还不够标准），爱好广泛，从流行的红木家私到各种茗茶饮品，样样都能点评几句；而且爱钻研，在日常工作中总会编点应用小程序来“偷偷懒”，业务能力挺强，因软硬件皆有涉及，从板级设计到封装芯片协同设计都有深厚的积累，并常常提出些独到的想法和见解。

记得去年冬天阿毛与我谈过出版SI方面书籍的想法，提到市面上关于高速设计方面的书很多，但是缺乏基于具体实际产品开发应用方面的书籍，如能借助目前团队众多的实际产品实例，从产品开发角度来介绍高速设计理念，则既不需要涉及太多太深的理论，又能让开发工程师方便应用这些知识快速解决手中的实际问题，将是对业界SI知识的一个很好的补充。当时我深有同感，想不到大半年时间已经成册。纵观手稿，前面几个章节介绍了关于PCB设计制作的一些重要内容，这是他们的强项，不懂PCB的制造及设计SI又如何能落地！后面的章节针对高速数据加速卡实际产品案例展开，详细介绍了如何有效解决目前工程师面临的绝大部分各种接口的高速总线信号完整性问题，当然也少不了高速设计中最麻烦的孔处理；最后介绍了如何有效解决热门的电源完整性问题，并且推荐了阿毛自我感觉良好的几个小程序。笔者曾有幸参观过他们公司设备齐全的高速实验室，对书中如何有效利用测试方法处理电容模型寄予厚望。

希望本书能带给大家一个不同角度的视野，使得产品开发时使用SI仿真方法更接地气；也希望他们能根据书中内容再通过网络平台安排一些线下的培训课程，设计相应的测试对比实验，效果会更佳。

陈兰兵

2017年秋于上海

序 言 2

本书作者在写第一本《IC封装基础与工程设计实例》的时候，就找我作序，当时被我拒绝了。原因很简单，市面上牛人牛作品太多，多得让人无从分辨，真要写好书，就要耐得住寂寞，没有“板凳一坐十年冷”的精神是不行的，不能走“畅销”路线。

随着互联网的普及，我们真正进入了一个信息爆炸的时代。按理说学习这事应该很容易才对，因为信息资源随手可得，但人们慢慢发现，学习并非易事，很多所谓的“学习”往往让人“听了兴奋，过了无痕”。这时，对工程师们来说，找到靠谱的向导和货真价实的参考书尤为重要。作者在完成第一部作品之后，所在的团队陆陆续续出版了10多部作品，都是基于一线的工程实践案例编写的，其对电子工程技术的专注与无私分享精神让人钦佩。

我认为，一部优秀的工程技术作品首先要有扑面而来的干货。如果通篇皆是理论而没有工程实践，就不能算是合格的作品，理论和实践必须“知行合一”。在浏览本书目录之后，疑虑即被打消，FPGA、DDR4、PCIe、USB、QSFP+等都是主流高速应用，甚至对PCB板材、高速过孔、电容模型、电源等都有介绍，作者用一个功能完整的高速大数据加速卡项目作为主线贯穿了全书内容，以实际量产的工程作品作为案例而不是DEMO应用，这很难得。工程师们最需要的就是能手把手照着做、有参考意义的书，本书毫无疑问是满足了这个需求的。其次，作者的“售后服务”也很有特色，在EDA365网站开辟的答疑版块和公众号让人很容易联系到作者本人进行答疑交流，而不是卖完书就撒手不管，体现了对读者负责的态度。

好书是用来读的，而不是用来收藏的。每逢世界读书日，朋友圈里都会有很多关于阅读问题的探讨，我们的人均阅读量比起欧美等发达国家来说要少很多，我们真的不爱学习吗？问题在哪里？我想，除了我们缺乏良好的阅读习惯之外，书本身的吸引力也是影响因素之一。我们很多人不是不愿意学习和读书，而是缺乏好书，缺乏货真价实能理论联系实际的优秀作品。为何优秀的作品不容易见到？其实不仅书籍作品如此，生活中很多东西都是这样的，甚至连马桶盖都要去日本买，真的是因为国人崇洋媚外吗？我想，根源还是在于我们缺乏足够优秀的产品。要想有优秀的产品，就必须具备工匠精神。什么是工匠精神？我想就是能经得住各种短期利益诱惑，能专心致志，板凳一坐十年冷，把一件产品做到极致的那种精神。电子科技产品要靠实实在在的技术研发和大量的工程实践积累才有可能做到极致，而在这些技术研发工作中，高速互连技术又是基础支撑，基础支撑平台扎实了，上层建筑才更加稳固。

在很多500强大公司里，往往信号完整性仿真工作就有几十号人的团队，其他如电磁兼容性、PCB Layout、可制造性工艺、高速板材与连接器选型验证、测试等分工通常一应俱全，有了完善的底层基础技术支撑，上层建筑才能水到渠成。可惜的是，限于资金、规模等很多原因，很多中小型企业往往并不具备这样专业分工的资源，随着信号速率越来越快，底层的基础技术研究常常成为很多中小企业的困扰。例如在单片机时代，PCB上一条导线随便绕板两圈布线，只要能连通，系统就能跑起来。但在DDR、PCIe等高速信号大量应用的场景下，两根线差1cm可能就无法正常工作，硬件研发工程师们不得不严肃地对待信号完整性、电源完整性等问题。市面上关于信号完整性仿真类的书已经有不少，但大多偏向软件使用或理论教学，真正以成功量产的真实产品为案例的不多，本书的出版无疑为电子工程师们多提供了一种选择。

这些年我们国家的科技实力取得了长足的进步，FAST天眼、量子通信、大飞机、航母等让人目不暇接，在这些大型工程的背后，是无数前仆后继的工程师们的汗水与智慧，相信总有一天我们的电子科技水平会赶上甚至超过西方发达国家。在有些领域，比如手机产品，华为、小米、oppo/vivo等已经走出国门并取得了不错的成绩，只要工匠精神不息，相信其他领域也会一一突破，总有一天国人不再去日本买马桶盖。

蒋学东

2017年10月于深圳

前 言

1995年刚走出校门，当时所接触电子产品的信号速率不是太高，PCB设计大多只需按Design Rule或凭自己的经验处理即可，信号完整性问题不是很突出，甚至还没有信号完整性的概念。随着时间的推移，各类高速芯片相继出现，从产品设计到产品交付的时间越来越短，这种仅凭经验设计及调试硬件的方式已不能满足产品开发的需求，针对新出现的问题，国内一些公司开始在产品开发过程中引入信号及电源完整性仿真手段。

当时国内在信号与电源完整性方面的研究还处于空白阶段，加上互联网交流也刚开始，很难找到信号与电源完整性方面的实用参考材料。作者在国内接触的第一本SI方面的书籍为Howard Johnson英文版的High-Speed Digital Design，这本原著由陈兰兵在一次去国外出差时买回，当时在公司内被集体研究并广为传播，可以说这本书对国内PCB设计时使用信号与电源完整性方法的发展起到了革命性的作用。现在信号与电源完整性的研究在国内已非常普及，出现了许多关于信号与电源完整性应用方面的参考书籍。关于国内信号与电源完整性的发展历程可以参考笔者的《华为研发14载：那些一起奋斗过的互连岁月》一书，其中相关章节内容基本上是国内信号与电源完整性仿真发展的一个缩影。

虽然现在市面上有着种类繁多的关于信号与电源完整性仿真的书籍，但在通过EDA365平台与广大网友交流时总会听到这样的声音：

（1）缺少信号与电源完整性仿真在实际产品中的全过程实例；

（2）市面上信号与电源完整性仿真这类书籍总体上原理偏多，即使有例子也不够系统；

（3）内容重复较多，原创内容较少等。

针对这种状况，为了方便初学者更快地掌握信号与电源完整性仿真的方法及工具使用，并在此基础上快速上手进行项目仿真，本书的编写以一个成功开发的高速数据加速卡产品为信号与电源完整性仿真对象，全书自始至终介绍了此高速产品在开发过程中各类信号接口的仿真过程，对于涉及的信号与电源完整性仿真方面的理论则以较为简单的图文结合的方式展开，以方便读者更好地理解。除此之外，为增加读者的系统性知识，还加入了PCB制造及电容S参数模型夹具设计方面的内容，并在最后免费提供两个作者自己开发的用于提高PI仿真效率的软件工具。因而本书除了内容系统、完整外，更偏于实用性，即使是一个完全没有信号与电源完整性仿真概念的电子工程师，也可以在极短的时间内掌握常见信号的信号与电源完整性仿真流程及方法，并对项目进行初步仿真设计。

本书内容共分为14章，系统地介绍了一个实际产品开发过程中所用的全部接口信号的SI与P

非常好，JD永远是非常棒，下次还买，必须支持！

没有想象中的好，先学习一下再说吧

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这本书写的，相对在国内算不错的书，就是所有仿真能使用一个软件就最好了。

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不错，公司学习，一次买了6本，送货及时！赞?！

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