信号、电源完整性仿真设计与高速产品应用实例 电子与通信 书籍

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店铺: 青草书店专营店
出版社: 电子工业出版社
ISBN:9787121331220
商品编码:29869914371

具体描述

  商品基本信息,请以下列介绍为准
商品名称:信号、电源完整性仿真设计与高速产品应用实例 电子与通信 书籍
作者:毛忠宇[等]编著
定价:88.0
出版社:电子工业出版社
出版日期:2018-01-01
ISBN:9787121331220
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版次:
装帧:
开本:16开

  内容简介
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。


深入解析高速电子系统设计中的关键挑战与实用解决方案 在当今瞬息万变的电子技术领域,随着集成电路性能的飞速提升和数据传输速率的指数级增长,信号完整性(Signal Integrity, SI)和电源完整性(Power Integrity, PI)已成为决定高速电子产品性能、稳定性和可靠性的核心要素。从消费电子到高性能计算,从通信设备到航空航天系统,任何一个环节的完整性问题都可能导致信号失真、数据错误,甚至系统崩溃,给产品研发带来巨大的挑战和不可预知的风险。 本书旨在为广大电子工程师、嵌入式系统开发者、硬件设计人员以及相关领域的研究者提供一套全面、深入且极具实践指导意义的解决方案。我们抛开了过于理论化、晦涩难懂的讲解方式,而是聚焦于实际产品设计中所遇到的典型问题,并结合前沿的仿真技术和丰富的应用实例,系统地剖析信号与电源完整性的产生机制、影响因素,并提供一套完整的分析、设计和优化流程。 信号完整性(SI):保障数据传输的纯净与准确 在高速数字信号传输过程中,信号沿传输线传播时,会受到多种因素的干扰,导致信号波形发生畸变,如反射、串扰、损耗、振铃(Ringing)、过冲(Overshoot)、欠冲(Undershoot)等。这些畸变一旦超过系统容许的阈值,将直接影响信号的边沿速率,导致时序错误,进而引发数据误读或系统不稳定。 本书将深入探讨信号完整性的各个方面: 传输线理论与模型: 从基本的传输线方程出发,详细讲解阻抗匹配、信号反射、多路反射、阻抗不匹配的危害以及如何通过合理的走线设计和端接技术来最小化反射。我们将解析集总参数模型和分布参数模型在不同场景下的适用性。 信号衰减与损耗: 详细分析导线损耗(集肤效应、介质损耗)和连接器损耗对信号质量的影响,并提供优化走线工艺、选择低损耗材料、合理布局连接器的策略。 串扰(Crosstalk): 深入剖析相邻信号线之间的耦合机制,包括前向串扰(Far-End Crosstalk, FEXT)和后向串扰(Near-End Crosstalk, NEXT)。我们将详细讲解如何通过间距控制、差分对设计、屏蔽等技术来有效抑制串扰。 信号完整性仿真工具的应用: 手把手指导读者如何使用业界主流的SI仿真软件(如Ansys SIwave, Cadence Sigrity, Keysight ADS等)进行模型建立、参数设置、仿真运行和结果分析。我们将演示如何设置激励源、负载、器件模型,如何解读S参数、眼图(Eye Diagram)、时域波形,以及如何利用仿真结果指导PCB布局布线。 高速连接器与电缆的影响: 分析不同类型连接器和电缆的电气特性,以及它们在高速信号传输中的潜在瓶颈,并提供选择和设计原则。 差分信号设计: 详细阐述差分信号的原理、优势以及在实际设计中的关键点,包括差模信号、共模信号、走线对称性、端接方式等,以最大化其抗干扰能力和数据传输速率。 时序分析与抖动(Jitter): 结合信号完整性分析,讲解时序裕量(Timing Margin)的概念,以及各种抖动来源(如占空比失真、周期抖动、随机抖动)对系统时序的影响,并提供相应的优化方法。 PCB材料与工艺选择: 深入分析不同PCB基材(如FR-4, 高频板材)的介电常数(Dk)和介电损耗(Df)对信号完整性的影响,并给出选择指南。 电源完整性(PI):保障芯片稳定工作的能量供应 芯片的正常工作高度依赖于稳定、干净的电源供应。电源完整性问题通常表现为电源轨上的电压跌落(Voltage Drop)、噪声(Noise)、纹波(Ripple)和瞬态响应(Transient Response)不佳。这些问题会导致芯片内部逻辑状态错误、功能异常,甚至永久性损坏。 本书将全面覆盖电源完整性的关键议题: DC电压下降(DC Voltage Drop)分析: 讲解IR Drop的成因,包括走线电阻、过孔电阻、焊盘电阻以及封装的寄生电阻。我们将详细介绍如何利用PI仿真工具精确计算IR Drop,并提供降低IR Drop的走线设计(如加宽电源线、采用多层电源平面)和去耦设计策略。 AC噪声与纹波: 深入分析电源转换器(DC-DC Converter, LDO)产生的噪声,以及高频开关电源对敏感电路的干扰。我们将重点讲解去耦电容(Decoupling Capacitors)的作用、选型原则(容量、ESR、ESL)、布局和数量的优化方法,以形成有效的去耦网络(Decoupling Network, DPN)。 电源网络的阻抗分析: 详细讲解电源网络的阻抗(Power Distribution Network, PDN)特性,包括其在不同频率下的表现。我们将演示如何通过仿真工具获得PDN的阻抗曲线,并分析低阻抗的关键频率范围,以及如何设计低阻抗的PDN。 瞬态响应与电源噪声耦合: 分析芯片开关行为产生的瞬态电流需求,以及电源网络如何响应这种瞬态变化。我们将讲解电源噪声如何通过封装、PCB等路径耦合到信号线,影响信号完整性。 电源完整性仿真工具的应用: 指导读者如何使用PI仿真软件(如Ansys SIwave, Cadence Sigrity, Keysight ADS等)进行DC压降分析、AC阻抗分析、瞬态响应仿真。我们将演示如何建立电源网络模型,导入芯片的瞬态电流模型(如VRM模型),分析去耦电容的有效性,并进行优化。 封装与BGA的影响: 分析BGA封装的焊球、内引线以及PCB过孔对电源网络阻抗的影响,并给出优化方案。 VRM(Voltage Regulator Module)设计与优化: 讲解VRM的设计原理、拓扑结构以及在实际应用中的优化技巧,包括环路稳定性、瞬态响应、效率等。 仿真设计与实例应用:理论指导实践 本书最大的特色在于将理论知识与实际工程应用紧密结合。我们不仅仅停留在抽象的概念讲解,而是通过大量真实世界的案例,展示如何在产品设计流程中集成SI/PI仿真分析。 典型高速接口设计案例: PCIe Gen5/Gen6接口设计: 分析高带宽、高频率下PCIe接口面临的SI/PI挑战,如阻抗控制、损耗补偿、眼图分析、VRM设计等。 DDR5/DDR6内存接口设计: 讲解DDR接口复杂的信号拓扑、多层走线、时序要求以及如何进行SI/PI协同仿真。 USB4/Thunderbolt接口设计: 分析其高数据速率下的 SI/PI 设计考量,包括差分阻抗、屏蔽、连接器选择等。 以太网PHY(10GbE, 40GbE, 100GbE)接口设计: 讲解高速以太网信号的SI/PI设计难点和优化方法。 服务器主板与高性能计算平台设计: CPU与内存、芯片组之间的SI/PI设计。 复杂的电源分配网络设计,多相供电的优化。 高密度互连(HDI)PCB的SI/PI考量。 通信设备(基站、交换机)设计: 高速SerDes通道的SI/PI设计。 电源完整性对射频(RF)性能的影响。 嵌入式系统与IoT设备设计: 在资源受限的条件下进行有效的SI/PI设计。 低功耗设计下的电源完整性考量。 本书提供的每一个实例都将遵循一个清晰的流程:需求分析 -> 仿真建模 -> 参数设置 -> 仿真运行 -> 结果解读 -> 问题诊断 -> 优化设计 -> 验证。 通过对这些案例的深入剖析,读者将能够掌握一套完整的SI/PI问题解决框架,并在自己的设计项目中触类旁通。 面向读者: 本书适合所有参与高速电子产品设计的工程师,包括但不限于: PCB Layout工程师: 学习如何进行合理的PCB布局布线,规避SI/PI风险。 硬件设计工程师: 掌握从原理图设计到PCB设计全流程中的SI/PI考量。 嵌入式系统工程师: 理解高速信号与电源对嵌入式系统性能的影响,并能进行初步的SI/PI评估。 仿真工程师: 深入学习SI/PI仿真工具的使用技巧和模型建立方法。 产品经理与项目管理者: 了解SI/PI在项目中的重要性,合理规划设计周期与资源。 在校学生与研究人员: 学习高速电子设计的前沿技术,为未来的职业生涯打下坚实基础。 本书的价值: 系统性: 全面覆盖信号与电源完整性的理论、仿真和应用。 实践性: 大量真实案例,直接指导实际工程设计。 前沿性: 涵盖最新一代高速接口和技术。 工具导向: 详细讲解主流SI/PI仿真软件的使用。 问题解决导向: 专注于解决实际设计中遇到的痛点。 通过阅读本书,读者将能够构建起对信号与电源完整性的深刻理解,掌握利用仿真工具进行分析和优化的强大能力,从而显著提高产品设计的成功率,缩短研发周期,降低返工成本,最终交付高性能、高可靠性的高速电子产品。我们相信,这本书将成为您在高速电子设计领域的得力助手和宝贵参考。

用户评价

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这本书在语言表达上也是相当有功力的。作者并非枯燥地堆砌公式和术语,而是用一种非常清晰、流畅的语言来解释复杂的概念。即使是一些非常晦涩的电磁场理论,在作者的笔下也变得易于理解。我尤其欣赏它在讲解过程中穿插的一些生动的比喻和类比,例如用“水管”来类比传输线,用“涟漪”来类比信号反射,这些都大大降低了理解的门槛。 此外,书中还引用了大量的图表、示意图和实物照片,这些视觉化的元素极大地增强了书的可读性和信息量。例如,在讲解串扰时,书中会提供不同布线方式下的耦合示意图,以及眼图分析的图示,让读者能够直观地感受到不同设计选择带来的影响。在讲解电源退耦时,书中会展示不同容值、不同封装的电容在PCB上的布局,以及相应的仿真结果。这些图文并茂的内容,让原本枯燥的技术知识变得生动有趣,也更容易被读者吸收和记忆。

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这本书的作者显然是一位在高速电路设计领域拥有深厚实践经验的专家。从书中透露出的对各种设计细节的关注程度,以及对实际工程问题的深刻洞察,都足以证明这一点。他并没有回避一些“坑”,反而将这些“坑”详细地呈现在读者面前,并给出规避的方法。 比如,书中在讲解过孔设计时,不仅仅告诉你过孔的寄生电感和电容会影响信号,还会深入分析不同类型过孔(如盲埋孔、堆叠孔)的设计考量,以及如何通过优化过孔结构来减小其对信号完整性的影响。在讨论连接器时,它还会提及不同类型连接器的SI/PI特性差异,以及如何在系统设计中进行取舍。这些都是在一般的教材中难以找到的、极具价值的实战经验。

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这本书最让我惊喜的是其“仿真设计”的实践导向。理论知识固然重要,但脱离实际的理论是空洞的。这本书非常好地结合了仿真工具的使用,将抽象的理论转化为可操作的设计流程。书中详细介绍了如何利用主流的SI/PI仿真软件,如Ansys SIwave、Cadence Allegro Sigrity、Altium Designer等,进行电路的建模、参数提取、仿真设置以及结果分析。它不仅仅是简单地罗列几个工具的界面,而是深入讲解了在不同的设计阶段,应该使用哪些仿真工具,关注哪些仿真指标,以及如何解读仿真报告。 例如,在信号完整性方面,书中会教你如何建立准确的PCB模型,包括叠层信息、铜箔厚度、介质材料参数等,然后设置好信号线、过孔、连接器等关键元件的电气模型。接着,会引导你进行眼图仿真、时域反射(TDR)仿真、串扰仿真等,并告诉你如何通过这些仿真结果来评估信号质量,例如眼高、眼宽、抖动、误码率等。更重要的是,它还会告诉你,当仿真结果不理想时,应该从哪些方面去优化设计,比如调整走线长度、宽度、间隙,优化过孔设计,或者改变端接电阻等。这种从理论到仿真的无缝衔接,大大缩短了从设计到验证的学习曲线,让我能够更高效地解决实际设计中的问题。

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这本书的另一大亮点在于其丰富的“高速产品应用实例”。理论和仿真固然重要,但真正能够检验设计能力的,是将这些理论和仿真应用到实际产品中去。这本书恰恰在这一点上做得非常出色。它没有仅仅提供一些孤立的、脱离实际的例子,而是选取了当下热门和具有代表性的高速产品,如DDR内存接口、PCIe接口、USB接口、HDMI接口、高速ADC/DAC接口等,对这些接口的SI/PI设计难点和解决方案进行了深入分析。 我特别喜欢书中对DDR内存接口设计的详细阐述。DDR信号的特点是速率高、通道多、时序要求极其苛刻,任何微小的信号完整性问题都可能导致数据错误。书中从DDR信号的拓扑结构、差分对布线、时钟和数据信号的同步性、终端匹配、电源退耦等方面,进行了全方位的讲解,并结合了实际的PCB布局布线图和仿真结果,生动地展示了如何通过精细的设计来满足DDR信号的严格要求。类似地,对于PCIe和USB等接口,书中也深入剖析了它们的电气规范、关键信号的SI/PI挑战,以及对应的设计策略。这些实例为我提供了宝贵的参考,让我能够将学到的知识应用到我自己的项目中,并且能够预见和规避潜在的设计风险。

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这本《信号、电源完整性仿真设计与高速产品应用实例 电子与通信 书籍》着实是一本令人拍案叫绝的佳作!我拿到它的时候,简直就像发现了宝藏一样,迫不及待地翻阅起来。首先,书名就直击痛点,直指现代电子设计中最核心、也最具挑战性的两大领域——信号完整性(SI)和电源完整性(PI)。这两者在高速数字电路设计中简直是“生死攸关”的两个环节,任何一个环节处理不好,都可能导致整个系统性能急剧下降,甚至直接宣告失败。这本书从一开始就抓住了这一点,而且在内容编排上,没有像很多市面上浮光掠影的书籍那样,仅仅停留在理论的表面,而是深入浅出地剖析了SI和PI问题的根源、表现形式以及各种解决方案。 我尤其欣赏它在理论阐述上的严谨性和深度。书中对电磁场理论、传输线理论、反射、串扰、损耗、去耦等概念的解释,既有扎实的数学推导,又有清晰的物理图像,让我能够真正理解“为什么”会出现这些问题,而不仅仅是“怎么做”。比如,关于反射,它不仅仅讲了阻抗不匹配会产生反射,还详细分析了反射波的传播路径、幅度和相位,以及它们如何影响信号的眼图和时序。对于串扰,它则从耦合电容和耦合电感的角度进行了深入剖析,并列举了多种串扰抑制技术,如差分对布线、地线退耦、屏蔽等。这些详细的分析,让我对高速信号传播的微观世界有了更深刻的认识,为我后续的仿真设计打下了坚实的基础。

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读完这本书,我最大的感受是它极大地提升了我解决高速电路设计问题的信心和能力。在过去,面对一些复杂的SI/PI问题,我常常感到束手无策,不知道从何下手。而这本书就像一位经验丰富的导师,一步一步地引导我走出迷茫。它不仅传授了知识,更重要的是传授了一种解决问题的思维方式和方法论。 书中强调了“从宏观到微观,再从微观到宏观”的设计思路。首先,要对整个系统的SI/PI需求有一个宏观的认识,了解不同接口之间的耦合关系,以及电源网络对信号的影响。然后,再深入到具体的布线、过孔、连接器等微观层面进行优化。最后,要通过仿真和测量来验证设计的有效性,并根据反馈进行迭代优化。这种系统性的设计方法,让我能够避免头痛医头、脚痛医脚的低效做法,而是能够从全局出发,找到最优的解决方案。

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总而言之,《信号、电源完整性仿真设计与高速产品应用实例 电子与通信 书籍》是一本集理论深度、仿真实践、应用实例和调试经验于一体的杰出作品。它不仅能够帮助我理解高速电路设计的核心原理,更能够指导我如何在实际项目中有效地应用这些知识。这本书填补了我在这方面的知识空白,也为我未来的职业发展打下了坚实的基础。我将会反复阅读这本书,并且将其作为我的案头必备工具书,相信它会在我未来的设计生涯中发挥不可估量的作用。

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这本书的另一大特色是它对“电源完整性”的重视程度。在很多早期的高速设计书籍中,往往更侧重于信号完整性,而对电源完整性则有所忽视。然而,随着信号速率的不断提升,电源的稳定性对信号质量的影响越来越大。这本书非常及时地意识到了这一点,并给予了电源完整性足够的篇幅。 书中详细讲解了电源网络的寄生参数(ESR、ESL)、电源噪声的产生机制、电源去耦策略(包括电容的选择、布局、排序等),以及如何进行电源完整性仿真。它会告诉你,即使你的信号线布线再完美,如果电源噪声过大,也无法保证信号的质量。通过书中对各种电源问题的深入分析和解决方案,我深刻认识到,SI和PI是相辅相成的,必须协同设计,才能达到最佳的系统性能。

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这本书的“可读性”也非常高,我强烈推荐给所有从事电子设计,特别是高速数字设计工作的工程师。即使你不是专门从事SI/PI领域的研究者,这本书也能为你提供非常系统和实用的知识。 书中循序渐进的讲解方式,让我能够从基础概念入手,逐步深入到复杂的工程问题。而且,作者并没有过度追求理论的严谨性而牺牲了实用性,而是将理论、仿真和实践紧密地结合起来。对我而言,这不仅仅是一本技术书籍,更像是一本“武功秘籍”,它教会了我如何运用各种“招式”来解决高速设计中的各种“难题”,让我能够更加自信地迎接未来的设计挑战。

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这本书还有一个让我非常欣赏的地方,就是它对“调试”的重视。设计固然重要,但实际产品中总会有意想不到的问题出现。这本书不仅仅是教你如何设计,还为读者提供了一些常用的调试工具和方法。 例如,书中会介绍如何使用示波器来测量信号质量,包括如何设置合适的探头、如何捕捉异常信号、如何进行眼图分析和抖动分析。它还会分享一些在实际调试中常见的“坑”,以及如何避免这些坑。对于电源噪声的测量,书中也给出了一些实用的技巧。这些调试经验,对于帮助读者解决实际产品中的问题,具有非常直接的指导意义。

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