基于CadenceAllegro的FPGA高速板卡设计(电子工程师成长之路) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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罗新林林超文周佳辉... 编

图书标签:

• FPGA
• 高速电路设计
• Cadence Allegro
• PCB设计
• 电子工程
• 信号完整性
• 电源完整性
• 板卡设计
• 电子工程师
• 实战经验

店铺： 舜博图书专营店

出版社： 电子工业

ISBN：9787121341120

商品编码：29525007406

出版时间：2018-05-01

基本信息

• 商品名称：基于CadenceAllegro的FPGA高速板卡设计(电子工程师成长之路)
• 作者：编者:罗新林//林超文//周佳辉
• 定价：79
• 出版社：电子工业
• ISBN号：9787121341120

其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2018-05-01
• 印刷时间：2018-05-01
• 版次：1
• 印次：1
• 开本：
• 页数：356

《FPGA高速板卡设计实战指南：从原理到实践》 一、 概述 在当今电子技术飞速发展的时代，FPGA（Field-Programmable Gate Array）以其高度的灵活性、并行处理能力和快速迭代的优势，在通信、计算、影像处理、工业控制等众多领域扮演着越来越重要的角色。而将FPGA集成到实际的硬件板卡中，并使其能够稳定、高效地运行于高速信号环境中，是每一位硬件工程师面临的关键挑战。本书旨在为广大电子工程师，特别是FPGA设计者和硬件工程师，提供一本全面、深入、实用的高速板卡设计指南。 本书不同于市面上许多偏重理论或仅介绍单一工具的FPGA设计书籍，它将理论知识与实际工程项目紧密结合，以一名经验丰富的硬件工程师的视角，系统性地梳理了从FPGA选型、高速信号完整性、电源完整性、PCB布局布线，到最终的硬件调试与优化等一系列核心环节。我们力求剥离复杂抽象的概念，将复杂的工程问题分解为可执行的步骤和可理解的原理，让读者能够真正掌握高速板卡设计的精髓，并能独立解决实际工程中的难题。 本书的核心价值在于“实战”二字。我们深知，理论的堆砌无法取代实践的经验。因此，在本书的撰写过程中，我们始终以实际项目需求为导向，将业界公认的优秀设计理念和工程实践融入其中。读者将跟随作者的笔触，一步步地走进真实的工程设计流程，学习如何在有限的资源下，设计出性能卓越、稳定可靠的高速FPGA板卡。 二、 内容亮点与结构安排 本书内容结构严谨，循序渐进，由浅入深，确保读者能够构建扎实的理论基础，并快速迁移到实际操作中。 第一篇：FPGA与高速信号基础 FPGA核心概念与架构解析： 深入剖析FPGA的内部逻辑结构（CLB/LAB, LUT, Flip-flop, DSP Slice, BRAM等）及其工作原理。 对比分析不同FPGA厂商（如Xilinx/AMD, Intel/Altera）的主要产品线特点，以及如何根据项目需求进行FPGA器件的选择，包括逻辑资源、时钟管理、高速I/O接口、功耗、成本等关键考量因素。 讲解FPGA在高速系统中的定位，以及其与ASIC、CPU等其他处理器的协同设计思路。 高速信号基础理论： 详细讲解信号完整性（SI）的核心概念：阻抗匹配、反射、串扰、损耗、时域反射（TDR）、眼图分析等。 深入理解信号在PCB走线中的传播模型，以及各种传输线理论（集总参数模型、分布参数模型）的应用。 讲解不同高速接口标准（如DDRx, PCIe, USB, Ethernet MAC/PHY, SerDes）的基本原理和关键技术挑战。 介绍时序分析（Timing Analysis）的重要性，包括建立时间和保持时间（Setup/Hold Time）、时钟域交叉（CDC）问题及其解决方法。 第二篇：高速板卡设计流程与方法 需求分析与系统架构设计： 如何从客户需求或产品规格出发，进行功能分解，定义系统架构，并初步规划FPGA的内部逻辑功能。 关键信号链的识别与分析，确定信号的速率、类型、重要性，为后续的PCB设计提供依据。 功耗预算的初步估算与管理策略。 FPGA引脚规划与封装选择： 高速I/O引脚的最佳实践：电源、地、差分信号、单端信号的分布原则。 如何有效利用FPGA的BANK特性，以及不同BANK之间信号的隔离要求。 理解FPGA封装（BGA, QFN等）对信号完整性和散热的影响，以及如何选择合适的封装。 差分对的配对与走线原则。 PCB设计基础与高速约束： PCB叠层设计：选择合适的介质材料（如FR4, Rogers等），优化介质厚度、铜厚，构建理想的传输线结构。 电源完整性（PI）基础：理解电源分配网络（PDN）的构成，包括去耦电容的选择与布局、VRM（Voltage Regulator Module）的设计原则，以及如何抑制电源噪声。 PCB布局（Placement）策略：元器件的合理分区，高速信号路径的最小化，关键器件（FPGA, 存储器, 时钟芯片等）的优先布局。 PCB布线（Routing）技巧：差分对的等长处理，蛇形线的使用与优化，信号层与电源层/地层的配合，关键信号与噪声源的隔离。 PCB设计软件中的高速设计规则（Constraints）设置：阻抗控制、长度匹配、时钟歪斜（Clock Skew）限制、串扰限制等。 高速时钟与复位设计： 时钟源的选择与分配：晶振、PLL、DCM/MMCM（FPGA内部）、外部时钟芯片等。 时钟网络的规划：如何最小化时钟抖动（Jitter）和相位噪声（Phase Noise），以及时钟缓冲器的使用。 复位信号的设计与同步：全局复位、局部复位，以及跨时钟域复位（CDR）问题。 第三篇：实际工程案例与高级主题 实际高速板卡设计流程演练（案例驱动）： 选择一个具体的、典型的FPGA高速板卡设计项目（例如，一个高性能数据采集卡，或一个嵌入式图像处理模块），从需求出发，逐步演示PCB的布局、布线、信号完整性分析、电源完整性分析的全过程。 深入讲解在Allegro（或其他主流EDA工具）中如何实现这些步骤，包括原理图绘制、PCB封装库的创建、Allegro PCB Editor中的规则设置、交互式布线、自动布线、 DRC/ERC检查等。 重点展示如何针对该项目中的关键高速接口（如DDR4内存接口、PCIe Gen3/4接口、千兆/万兆以太网接口）进行具体的PCB设计处理。 高速信号完整性（SI）分析与仿真： 利用SI仿真工具（如HyperLynx, Sigrity等）进行阻抗扫描、串扰分析、损耗分析、眼图仿真。 如何根据仿真结果调整PCB叠层、走线拓扑、器件参数等。 S参数与P参数在SI分析中的应用。 电源完整性（PI）分析与仿真： 使用PI仿真工具进行PDN阻抗分析、直流压降（IR Drop）分析、瞬态响应分析。 优化去耦电容的选型、数量、布局，以及VRM的参数配置。 EMC/EMI设计考量： 高速信号产生的电磁辐射（EMI）与敏感性（EMC）的原理。 PCB设计中降低EMI/EMC的常用方法：层叠优化、滤波、接地设计、屏蔽等。 差分信号在抑制EMI中的作用。 FPGA开发工具链与板卡集成： FPGA综合（Synthesis）、布局布线（Place & Route）、时序静态分析（STA）的流程与要点。 Quartus/Vivado等工具中的时序报告解读与优化。 Bitstream生成与下载。 硬件调试与性能优化： 高阻抗探头、示波器（带宽、采样率选择）、逻辑分析仪等调试工具的使用。 信号眼图的实际测量与分析。 测量电源纹波与噪声。 基于测量结果的硬件性能调优策略。 ESD（静电放电）防护的设计与测试。 三、 目标读者 FPGA工程师： 希望深入理解FPGA在高速硬件系统中的实现细节，掌握与硬件工程师协同工作的方法。 硬件工程师（PCB设计工程师）： 希望学习如何设计和验证高性能、高密度、高速度的PCB板卡，特别是在FPGA应用领域。 嵌入式系统工程师： 需要了解硬件设计对嵌入式系统性能的影响，以及如何优化硬件平台。 通信、医疗、工业控制、航空航天等领域的技术人员： 凡是在其工作中涉及高速数据传输、实时处理、高性能计算的工程师。 电子工程专业的在校学生及研究生： 希望在毕业前掌握扎实的FPGA高速板卡设计理论和实践技能，为未来的职业生涯打下坚实基础。 四、 前景展望 随着5G通信、人工智能、自动驾驶、物联网等技术的蓬勃发展，对数据处理能力和实时性的要求不断提高，FPGA在其中的应用场景和地位将愈发重要。高速板卡设计作为实现这些先进技术的核心环节，其复杂性和重要性也日益凸显。本书旨在 equipping 读者掌握当前最前沿的高速板卡设计理念和实战技能，帮助他们站在行业技术浪潮的前端，成为优秀的电子工程师。 本书的出版，期望能成为电子工程师成长道路上的得力助手，帮助您在复杂而充满挑战的高速板卡设计领域，少走弯路，快速成长，创造出更多高性能、高可靠性的电子产品。

评分☆☆☆☆☆

从一位多年经验的工程师的角度来看，这本书最难得的地方在于，它不仅仅是提供了工具的操作指南，更重要的是传递了“设计思维”。作者在讲解每个知识点时，都会强调其背后的物理原理和设计逻辑，而不是简单地罗列软件功能。这使得我在学习Allegro操作的同时，也能够深入理解为什么这样做是正确的。 例如，在讨论封装库的建立时，作者花了很大的篇幅讲解了如何准确地提取器件的电气特性和物理尺寸，以及如何避免因封装库错误而导致的后期设计问题。他还分享了一个关于某高速接口器件因封装引脚定义错误而导致整个板卡无法正常工作的惨痛经历，以此来强调建立高质量封装库的重要性。这种“引以为戒”式的分享，让我对每一个设计细节都更加谨慎，也让我更加重视理论与实践的结合。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构设计非常有条理，从基础概念到高级应用，层层递进，让读者能够扎实地掌握FPGA高速板卡设计的全貌。作者在讲解完高速信号布线后，并没有停下脚步，而是进一步深入探讨了信号完整性（SI）和电源完整性（PI）的分析方法。他介绍了Cadence Allegro内置的一些SI/PI分析工具，并指导读者如何使用这些工具来预测和评估潜在的设计风险。 书中关于EMC/EMI设计的章节，也让我眼前一亮。作者没有将EMC/EMI描述成一个难以逾越的技术壁垒，而是通过一些简单易懂的案例，讲解了常见的EMC/EMI问题产生的原因，以及如何在PCB设计阶段采取有效的预防措施。例如，他提到了在PCB布局时，要尽量减少大电流回路的面积，以及如何合理放置地线和屏蔽层。他还分享了一些关于“辐射源”的识别方法，以及如何在Allegro中进行相应的优化。这些实用的技巧，对于我这样即将进入实际项目的设计师来说，简直是“雪中送炭”。

评分☆☆☆☆☆

让我印象最深刻的是关于高速信号布线的章节。作者并没有回避高速设计带来的挑战，而是直面了阻抗匹配、串扰、反射等关键技术点。他用非常形象的比喻，比如将传输线类比为水管，将信号视为水流，生动地解释了阻抗不匹配是如何导致能量反射，从而影响信号质量的。在Allegro中，他展示了如何利用“律-阻抗控制”功能，根据PCB板材的介电常数和线宽线距，精确计算出所需的走线参数，并详细演示了在Allegro中如何进行这些设置。 尤其让我受益匪浅的是关于差分信号布线的部分。作者详细讲解了差分信号的原理，以及在Allegro中如何创建和管理差分对，包括如何保证差分对的等长、等距，以及如何处理差分对的过孔。他举例说明了在一个高速ADC接口设计中，如果差分对布线不当，可能会出现信号眼开合度不足，导致ADC采样错误。通过书中提供的具体Allegro操作截图和详细步骤，我仿佛置身于一个真实的项目环境中，亲手去完成这些操作。这大大增强了我的学习信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书的开篇就深深吸引了我。作者并没有上来就大谈特谈各种复杂的设计理论，而是从一个非常实际的痛点切入——PCB设计新手常常面临的“无从下手”的困境。他用一种非常接地气的方式，将Cadence Allegro这个强大的工具描绘成了一个可以依靠的伙伴，而不是一个令人望而生畏的庞然大物。我尤其喜欢其中关于“原理图绘制规范”和“PCB布局基础”的章节。它们不是枯燥的条条框框，而是通过大量的实际案例，循序渐进地教会读者如何搭建一个清晰、易于维护的原理图，以及如何在PCB上进行合理的元件摆放。 例如，在讲到电源和地线规划时，作者并没有泛泛而谈“要做好电源隔离”，而是详细解释了不同电源类型（如LDO、DC-DC）的特性，以及在Allegro中如何利用差分对、星型接地等技术来有效解决信号完整性问题。他还分享了一个他在实际项目中遇到的关于电源耦合导致误触发的真实案例，并给出了详尽的解决步骤。这种“犯错-分析-解决”的学习模式，比单纯的理论讲解更能触及问题的本质，也让我更容易记住那些关键的设计原则。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我对Cadence Allegro这个工具之前有过一些初步的了解，但一直觉得它功能繁杂，上手困难。这本书的出现，彻底改变了我的看法。作者以一种非常友好的方式，将Allegro从一个冷冰冰的软件，变成了一个充满智慧的设计助手。他善于将抽象的理论概念，转化为具体的操作步骤，并且在讲解过程中，始终贯穿着“以人为本”的设计理念。 我尤其喜欢书中关于“调试与验证”的章节。作者详细介绍了在Allegro中如何进行设计规则检查（DRC）和设计约束检查（LVS），并指导读者如何根据检查结果进行修正。他还分享了一些常用的PCB测试手段，以及如何利用Allegro的功能来辅助这些测试。这些内容，对于确保最终产品质量至关重要，也让我对板卡设计这个过程有了更全面的认识。这本书让我意识到，PCB设计不仅仅是画图，更是一个严谨的工程过程。