基於CadenceAllegro的FPGA高速闆卡設計(電子工程師成長之路) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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羅新林林超文周佳輝... 編

圖書標籤:

• FPGA
• 高速電路設計
• Cadence Allegro
• PCB設計
• 電子工程
• 信號完整性
• 電源完整性
• 闆卡設計
• 電子工程師
• 實戰經驗

店鋪： 舜博圖書專營店

齣版社： 電子工業

ISBN：9787121341120

商品編碼：29525007406

齣版時間：2018-05-01

基本信息

• 商品名稱：基於CadenceAllegro的FPGA高速闆卡設計(電子工程師成長之路)
• 作者：編者:羅新林//林超文//周佳輝
• 定價：79
• 齣版社：電子工業
• ISBN號：9787121341120

其他參考信息（以實物為準）

• 齣版時間：2018-05-01
• 印刷時間：2018-05-01
• 版次：1
• 印次：1
• 開本：
• 頁數：356

《FPGA高速闆卡設計實戰指南：從原理到實踐》 一、 概述 在當今電子技術飛速發展的時代，FPGA（Field-Programmable Gate Array）以其高度的靈活性、並行處理能力和快速迭代的優勢，在通信、計算、影像處理、工業控製等眾多領域扮演著越來越重要的角色。而將FPGA集成到實際的硬件闆卡中，並使其能夠穩定、高效地運行於高速信號環境中，是每一位硬件工程師麵臨的關鍵挑戰。本書旨在為廣大電子工程師，特彆是FPGA設計者和硬件工程師，提供一本全麵、深入、實用的高速闆卡設計指南。 本書不同於市麵上許多偏重理論或僅介紹單一工具的FPGA設計書籍，它將理論知識與實際工程項目緊密結閤，以一名經驗豐富的硬件工程師的視角，係統性地梳理瞭從FPGA選型、高速信號完整性、電源完整性、PCB布局布綫，到最終的硬件調試與優化等一係列核心環節。我們力求剝離復雜抽象的概念，將復雜的工程問題分解為可執行的步驟和可理解的原理，讓讀者能夠真正掌握高速闆卡設計的精髓，並能獨立解決實際工程中的難題。 本書的核心價值在於“實戰”二字。我們深知，理論的堆砌無法取代實踐的經驗。因此，在本書的撰寫過程中，我們始終以實際項目需求為導嚮，將業界公認的優秀設計理念和工程實踐融入其中。讀者將跟隨作者的筆觸，一步步地走進真實的工程設計流程，學習如何在有限的資源下，設計齣性能卓越、穩定可靠的高速FPGA闆卡。 二、 內容亮點與結構安排 本書內容結構嚴謹，循序漸進，由淺入深，確保讀者能夠構建紮實的理論基礎，並快速遷移到實際操作中。 第一篇：FPGA與高速信號基礎 FPGA核心概念與架構解析： 深入剖析FPGA的內部邏輯結構（CLB/LAB, LUT, Flip-flop, DSP Slice, BRAM等）及其工作原理。 對比分析不同FPGA廠商（如Xilinx/AMD, Intel/Altera）的主要産品綫特點，以及如何根據項目需求進行FPGA器件的選擇，包括邏輯資源、時鍾管理、高速I/O接口、功耗、成本等關鍵考量因素。 講解FPGA在高速係統中的定位，以及其與ASIC、CPU等其他處理器的協同設計思路。 高速信號基礎理論： 詳細講解信號完整性（SI）的核心概念：阻抗匹配、反射、串擾、損耗、時域反射（TDR）、眼圖分析等。 深入理解信號在PCB走綫中的傳播模型，以及各種傳輸綫理論（集總參數模型、分布參數模型）的應用。 講解不同高速接口標準（如DDRx, PCIe, USB, Ethernet MAC/PHY, SerDes）的基本原理和關鍵技術挑戰。 介紹時序分析（Timing Analysis）的重要性，包括建立時間和保持時間（Setup/Hold Time）、時鍾域交叉（CDC）問題及其解決方法。 第二篇：高速闆卡設計流程與方法 需求分析與係統架構設計： 如何從客戶需求或産品規格齣發，進行功能分解，定義係統架構，並初步規劃FPGA的內部邏輯功能。 關鍵信號鏈的識彆與分析，確定信號的速率、類型、重要性，為後續的PCB設計提供依據。 功耗預算的初步估算與管理策略。 FPGA引腳規劃與封裝選擇： 高速I/O引腳的最佳實踐：電源、地、差分信號、單端信號的分布原則。 如何有效利用FPGA的BANK特性，以及不同BANK之間信號的隔離要求。 理解FPGA封裝（BGA, QFN等）對信號完整性和散熱的影響，以及如何選擇閤適的封裝。 差分對的配對與走綫原則。 PCB設計基礎與高速約束： PCB疊層設計：選擇閤適的介質材料（如FR4, Rogers等），優化介質厚度、銅厚，構建理想的傳輸綫結構。 電源完整性（PI）基礎：理解電源分配網絡（PDN）的構成，包括去耦電容的選擇與布局、VRM（Voltage Regulator Module）的設計原則，以及如何抑製電源噪聲。 PCB布局（Placement）策略：元器件的閤理分區，高速信號路徑的最小化，關鍵器件（FPGA, 存儲器, 時鍾芯片等）的優先布局。 PCB布綫（Routing）技巧：差分對的等長處理，蛇形綫的使用與優化，信號層與電源層/地層的配閤，關鍵信號與噪聲源的隔離。 PCB設計軟件中的高速設計規則（Constraints）設置：阻抗控製、長度匹配、時鍾歪斜（Clock Skew）限製、串擾限製等。 高速時鍾與復位設計： 時鍾源的選擇與分配：晶振、PLL、DCM/MMCM（FPGA內部）、外部時鍾芯片等。 時鍾網絡的規劃：如何最小化時鍾抖動（Jitter）和相位噪聲（Phase Noise），以及時鍾緩衝器的使用。 復位信號的設計與同步：全局復位、局部復位，以及跨時鍾域復位（CDR）問題。 第三篇：實際工程案例與高級主題 實際高速闆卡設計流程演練（案例驅動）： 選擇一個具體的、典型的FPGA高速闆卡設計項目（例如，一個高性能數據采集卡，或一個嵌入式圖像處理模塊），從需求齣發，逐步演示PCB的布局、布綫、信號完整性分析、電源完整性分析的全過程。 深入講解在Allegro（或其他主流EDA工具）中如何實現這些步驟，包括原理圖繪製、PCB封裝庫的創建、Allegro PCB Editor中的規則設置、交互式布綫、自動布綫、 DRC/ERC檢查等。 重點展示如何針對該項目中的關鍵高速接口（如DDR4內存接口、PCIe Gen3/4接口、韆兆/萬兆以太網接口）進行具體的PCB設計處理。 高速信號完整性（SI）分析與仿真： 利用SI仿真工具（如HyperLynx, Sigrity等）進行阻抗掃描、串擾分析、損耗分析、眼圖仿真。 如何根據仿真結果調整PCB疊層、走綫拓撲、器件參數等。 S參數與P參數在SI分析中的應用。 電源完整性（PI）分析與仿真： 使用PI仿真工具進行PDN阻抗分析、直流壓降（IR Drop）分析、瞬態響應分析。 優化去耦電容的選型、數量、布局，以及VRM的參數配置。 EMC/EMI設計考量： 高速信號産生的電磁輻射（EMI）與敏感性（EMC）的原理。 PCB設計中降低EMI/EMC的常用方法：層疊優化、濾波、接地設計、屏蔽等。 差分信號在抑製EMI中的作用。 FPGA開發工具鏈與闆卡集成： FPGA綜閤（Synthesis）、布局布綫（Place & Route）、時序靜態分析（STA）的流程與要點。 Quartus/Vivado等工具中的時序報告解讀與優化。 Bitstream生成與下載。 硬件調試與性能優化： 高阻抗探頭、示波器（帶寬、采樣率選擇）、邏輯分析儀等調試工具的使用。 信號眼圖的實際測量與分析。 測量電源紋波與噪聲。 基於測量結果的硬件性能調優策略。 ESD（靜電放電）防護的設計與測試。 三、 目標讀者 FPGA工程師： 希望深入理解FPGA在高速硬件係統中的實現細節，掌握與硬件工程師協同工作的方法。 硬件工程師（PCB設計工程師）： 希望學習如何設計和驗證高性能、高密度、高速度的PCB闆卡，特彆是在FPGA應用領域。 嵌入式係統工程師： 需要瞭解硬件設計對嵌入式係統性能的影響，以及如何優化硬件平颱。 通信、醫療、工業控製、航空航天等領域的技術人員： 凡是在其工作中涉及高速數據傳輸、實時處理、高性能計算的工程師。 電子工程專業的在校學生及研究生： 希望在畢業前掌握紮實的FPGA高速闆卡設計理論和實踐技能，為未來的職業生涯打下堅實基礎。 四、 前景展望 隨著5G通信、人工智能、自動駕駛、物聯網等技術的蓬勃發展，對數據處理能力和實時性的要求不斷提高，FPGA在其中的應用場景和地位將愈發重要。高速闆卡設計作為實現這些先進技術的核心環節，其復雜性和重要性也日益凸顯。本書旨在 equipping 讀者掌握當前最前沿的高速闆卡設計理念和實戰技能，幫助他們站在行業技術浪潮的前端，成為優秀的電子工程師。 本書的齣版，期望能成為電子工程師成長道路上的得力助手，幫助您在復雜而充滿挑戰的高速闆卡設計領域，少走彎路，快速成長，創造齣更多高性能、高可靠性的電子産品。

評分☆☆☆☆☆

讓我印象最深刻的是關於高速信號布綫的章節。作者並沒有迴避高速設計帶來的挑戰，而是直麵瞭阻抗匹配、串擾、反射等關鍵技術點。他用非常形象的比喻，比如將傳輸綫類比為水管，將信號視為水流，生動地解釋瞭阻抗不匹配是如何導緻能量反射，從而影響信號質量的。在Allegro中，他展示瞭如何利用“律-阻抗控製”功能，根據PCB闆材的介電常數和綫寬綫距，精確計算齣所需的走綫參數，並詳細演示瞭在Allegro中如何進行這些設置。 尤其讓我受益匪淺的是關於差分信號布綫的部分。作者詳細講解瞭差分信號的原理，以及在Allegro中如何創建和管理差分對，包括如何保證差分對的等長、等距，以及如何處理差分對的過孔。他舉例說明瞭在一個高速ADC接口設計中，如果差分對布綫不當，可能會齣現信號眼開閤度不足，導緻ADC采樣錯誤。通過書中提供的具體Allegro操作截圖和詳細步驟，我仿佛置身於一個真實的項目環境中，親手去完成這些操作。這大大增強瞭我的學習信心。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我對Cadence Allegro這個工具之前有過一些初步的瞭解，但一直覺得它功能繁雜，上手睏難。這本書的齣現，徹底改變瞭我的看法。作者以一種非常友好的方式，將Allegro從一個冷冰冰的軟件，變成瞭一個充滿智慧的設計助手。他善於將抽象的理論概念，轉化為具體的操作步驟，並且在講解過程中，始終貫穿著“以人為本”的設計理念。 我尤其喜歡書中關於“調試與驗證”的章節。作者詳細介紹瞭在Allegro中如何進行設計規則檢查（DRC）和設計約束檢查（LVS），並指導讀者如何根據檢查結果進行修正。他還分享瞭一些常用的PCB測試手段，以及如何利用Allegro的功能來輔助這些測試。這些內容，對於確保最終産品質量至關重要，也讓我對闆卡設計這個過程有瞭更全麵的認識。這本書讓我意識到，PCB設計不僅僅是畫圖，更是一個嚴謹的工程過程。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構設計非常有條理，從基礎概念到高級應用，層層遞進，讓讀者能夠紮實地掌握FPGA高速闆卡設計的全貌。作者在講解完高速信號布綫後，並沒有停下腳步，而是進一步深入探討瞭信號完整性（SI）和電源完整性（PI）的分析方法。他介紹瞭Cadence Allegro內置的一些SI/PI分析工具，並指導讀者如何使用這些工具來預測和評估潛在的設計風險。 書中關於EMC/EMI設計的章節，也讓我眼前一亮。作者沒有將EMC/EMI描述成一個難以逾越的技術壁壘，而是通過一些簡單易懂的案例，講解瞭常見的EMC/EMI問題産生的原因，以及如何在PCB設計階段采取有效的預防措施。例如，他提到瞭在PCB布局時，要盡量減少大電流迴路的麵積，以及如何閤理放置地綫和屏蔽層。他還分享瞭一些關於“輻射源”的識彆方法，以及如何在Allegro中進行相應的優化。這些實用的技巧，對於我這樣即將進入實際項目的設計師來說，簡直是“雪中送炭”。

評分☆☆☆☆☆

從一位多年經驗的工程師的角度來看，這本書最難得的地方在於，它不僅僅是提供瞭工具的操作指南，更重要的是傳遞瞭“設計思維”。作者在講解每個知識點時，都會強調其背後的物理原理和設計邏輯，而不是簡單地羅列軟件功能。這使得我在學習Allegro操作的同時，也能夠深入理解為什麼這樣做是正確的。 例如，在討論封裝庫的建立時，作者花瞭很大的篇幅講解瞭如何準確地提取器件的電氣特性和物理尺寸，以及如何避免因封裝庫錯誤而導緻的後期設計問題。他還分享瞭一個關於某高速接口器件因封裝引腳定義錯誤而導緻整個闆卡無法正常工作的慘痛經曆，以此來強調建立高質量封裝庫的重要性。這種“引以為戒”式的分享，讓我對每一個設計細節都更加謹慎，也讓我更加重視理論與實踐的結閤。

評分☆☆☆☆☆

這本書的開篇就深深吸引瞭我。作者並沒有上來就大談特談各種復雜的設計理論，而是從一個非常實際的痛點切入——PCB設計新手常常麵臨的“無從下手”的睏境。他用一種非常接地氣的方式，將Cadence Allegro這個強大的工具描繪成瞭一個可以依靠的夥伴，而不是一個令人望而生畏的龐然大物。我尤其喜歡其中關於“原理圖繪製規範”和“PCB布局基礎”的章節。它們不是枯燥的條條框框，而是通過大量的實際案例，循序漸進地教會讀者如何搭建一個清晰、易於維護的原理圖，以及如何在PCB上進行閤理的元件擺放。 例如，在講到電源和地綫規劃時，作者並沒有泛泛而談“要做好電源隔離”，而是詳細解釋瞭不同電源類型（如LDO、DC-DC）的特性，以及在Allegro中如何利用差分對、星型接地等技術來有效解決信號完整性問題。他還分享瞭一個他在實際項目中遇到的關於電源耦閤導緻誤觸發的真實案例，並給齣瞭詳盡的解決步驟。這種“犯錯-分析-解決”的學習模式，比單純的理論講解更能觸及問題的本質，也讓我更容易記住那些關鍵的設計原則。