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ADS信號完整性仿真與實戰 ( 簡體 字) |
| 作者：蔣修國 | 類別：1. -> 電子工程 -> 電子電氣 |
| 譯者： |
| 出版社：清華大學出版社 |  3dWoo書號： 51341
詢問書籍請說出此書號！【缺書】
【不接受訂購】 |
| 出版日：5/1/2019 |
| 頁數：365 |
| 光碟數：0 |
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站長推薦：   |
| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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【不接受訂購】 | | ISBN：9787302528579 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
| (簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證) |
| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：推薦序一
國外業界同行將包括信號完整性（SI）、電源完整性（PI）、電磁完整性（EMI）在內
的廣義信號完整性也統稱作電氣完整性（Electrical Integrity, EI），實質是突出了電子系統
電氣功能-性能屬性上優劣的本質內涵。我國電子信息產業界在自主研發高端電子系統時，
不可回避地要面對高速度高密度諸多方面的仿真分析難題和提升設計指標的技術挑戰。國
內的業界同人從21 世紀初逐步涉足廣義信號完整性分析技術領域，到如今已經是快速跟進、
與國際電氣完整性技術前沿全面對接。
是德（Keysight）公司的EDA 軟件，是國內外業界耳熟能詳的知名品牌。其和是德自
身的測試儀器同步雄起，從惠普（HP）、安捷倫（Aglient），到如今的是德，一直都是位
居電子科技界EDA 軟件工具和測試儀器口碑的領頭雁。令人稱道的是，其ADS（Advanced
Design System）先進設計系統軟件，已經在高速PCB、封裝等SI/PI 仿真分析與設計等領域
獲得了業界的廣泛認同和采納。
這部以電子設計師為受眾的《ADS 信號完整性仿真與實戰》新書，將SI/PI 的概念鋪墊、
原理介紹以及仿真分析技術有機地融為一體。書中以ADS 軟件為依托、以PCB 為主要對象，
選擇差分串行總線USB（數據率為4.5GB/s）、HDMI、PCIe 以及單端并行總線DDR4（傳
輸速率為3.2GT/s）等傳輸平臺；納入IBIS、AMI 及SPICE 等模型參數。重點針對包括反
射、串擾、電源紋波在內的各種電氣不完整的實際案例；清晰闡釋如何分析各種傳輸線及
S-參數的實質性變動；完整介紹信號完整性以及電源完整性的仿真流程和方法。在讀者進行
信號完整性仿真的流程中，可以隨書起舞，逐步進入SI 分析技術實際案例的實戰狀態！
Eric 的新書《信號完整性與電源完整性分析》（第三版）中文版即將出版，這是一部
SI 原理性教材。但書中有50 多幅插圖采用了是德軟件，其中有一半用的又是其ADS 軟件。
修國的這部《ADS 信號完整性仿真與實戰》，與三年前張濤編著的《ADS 高速電路信號完
整性應用實例》一起，都是以ADS 為平臺的SI 實用型教材。在信號完整性分析仿真與設計
調試技術領域，這三部書以ADS 為紐帶，相映生輝、相得益彰！
修國的這本書是在我國研發電子信息新產品中為解決所面臨的信號完整性問題而奉獻
的心血之作。在此，我謹代表國內SI 業界同人向作者致以由衷的謝忱！
西安電子科技大學 教育部超高速電路設計與EMC 重點實驗室 李玉山
2019.02
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推薦序二
很多硬件工程師可能都面臨過這樣一個問題—為什么我的原理圖設計完全正確，PCB
連線也沒問題，但是電路調試時，系統就是不能正常工作？這種情況的出現很可能就是遇
到了信號完整性和電源完整性問題。
在21 世紀初，電路的信號還只有幾十兆赫茲，集成電路規模還不大，所以我們的主要
精力在設計和優化電路上，工程師只要電路設計正確了，PCB 沒有連接錯誤，即使版圖實
現有一些差異，對電路正常工作沒有太大影響。但是如今硬件高度集成化，硬件系統越來
越簡單，但芯片信號的最高速率已經達到幾十吉赫茲，PCB 連線幾個毫米長度的差異，或
電源和地平面的形狀不同，都會對信號質量產生巨大的影響，甚至造成電路無法正常工作。
這就是很多硬件工程師在學校里面很少接觸，但是工作中又不得不面對的信號電源完整性
問題，可以這么說，在硬件系統高度集成化的今天，不懂信號完整性的硬件工程師是不合
格的。
信號完整性至今在大多數高校課程中仍然沒有設置，而是依靠工程師在實際工作中自
己摸索學習。但信號完整性設計跨越電路、電磁場、信號與系統多個領域的內容，工程實
現上又和PCB 設計的很多細節相關，依靠經驗去分析是很困難的。幸好現在有ADS 這樣的
仿真軟件，可以協助工程師深入和細致的分析和定位這類問題。
ADS 作為業界領先的電子系統仿真軟件，功能是極為強大和全面的，過去出版的書籍，
大多數集中于介紹它在射頻微波領域的應用（因為這是它最初的功能），或者側重于介紹
軟件操作。而本書則是一本系統介紹ADS 在信號完整性設計領域應用的書籍。作者結合自
己在PCB 和EDA 行業多年的實踐經驗，對信號完整性的基本概念、仿真工具的實際操作
與建模、PCB 的物理實現必須關注的設計細節，結合DDR、HDMI、USB 等常見的應用場
景，進行了系統而全面的介紹，真正做到了深入淺出。讀者不需要高深的理論功底，就能
快速上手解決實際問題，同時在這個過程中逐步認識和理解信號完整性的各種設計理念，
真正做到了不但授之以魚，更授之以漁。
相信這本書能夠幫助廣大的硬件工程師設計出更加穩定可靠的電子系統！
華為技術有限公司 高速高頻互連實驗室 楊丹
2019.02
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前 言
在寫作本書之前，由張濤等編寫的《ADS 高速電路信號完整性應用實例》一書已經得
到了很多讀者的認可。但書中由于沒有包含信號完整性和電源完整性的基礎理論以及一些
基本的使用方法，又加之新版本的ADS 軟件有一些關于信號完整性和電源完整性新的功能
推出，所以都促成了本書的成稿，這正好可以與之互補。
本書是一本面向需要使用ADS 進行信號完整性和電源完整性仿真工程師和學生的書。
本書結合筆者多年的硬件設計和信號完整性仿真及測試的實際工作經驗進行編寫。全書內
容一共分為了13 章，主要是以ADS 軟件為依托，結合信號完整性和電源完整性的基礎理
論以及實際的案例，完整地介紹了使用ADS 進行信號完整性以及電源完整性仿真的流程和
方法，最終都以實際的案例呈現給讀者，包括了信號完整性和電源完整性的基本概念、ADS
軟件基本架構以及簡單使用、PCB 材料及層疊設計、IBIS 模型、SPICE 模型以及S 參數的
應用、阻抗端接匹配仿真、串擾仿真，以及使用專門的工具進行阻抗、過孔、DDR4、高速
串行通道、PCB 信號以及電源完整性仿真分析等。本書內容翔實，實用性強。
第1 章主要介紹了信號完整性和電源完整性的基本概念，只有了解了相關的基本概念
之后，才會理解后面介紹到的內容。第2 章介紹了ADS 的基本概念和框架以及簡要介紹了
ADS 各個相關模塊的使用。第3 章介紹了PCB 材料、層疊設計以及PCB 材料對信號完整
性的影響，主要介紹了CILD 的基本應用以及如何進行傳輸線阻抗的計算。第4 章介紹了主
要介紹傳輸線、PCB 主要的傳輸線類型、ADS 中各種傳輸線模型庫以及模型庫中的元件；
介紹了與傳輸線相關的理想傳輸線、有損傳輸線與信號完整性的關系；著重介紹了阻抗、
阻抗匹配與反射和端接等內容。第5 章主要介紹了過孔結構、仿真以及過孔設計的注意事
項，詳細介紹了Via designer 的使用，包括過孔仿真、多個變量的掃描、仿真結果的輸出、
仿真模型在ADS 和EMPro 中的應用等。第6 章主要介紹了串擾的基本概念以及影響串擾大
小的一些因素。通過對這些因素的研究和分析，不僅獲得了一些結論，還通過對這些參數
的仿真，介紹了如何在ADS 中新建工程、新建原理圖、使用數據顯示窗口，以及ADS 的
高級應用，如參數掃描仿真等。第7 章主要介紹S 參數的基本概念以及使用ADS 仿真傳輸
線的S 參數，使用ADS 級聯多段S 參數、對S 參數的處理以及在ADS 中編輯無源鏈路的
規范，通過對比規范可以判斷無源鏈路是否滿足設計的要求。最后，詳細介紹了如何把S
參數轉換為時域阻抗。第8 章主要從基本的模型概念著手，介紹了IBIS 和SPICE 模型的應
用，同時介紹了在ADS 中如何產生寬帶SPICE 模型和W-element 模型以及在ADS 中的應
用。第9 章以一個實際的總線為例介紹了ADS 前仿真，主要介紹了眼圖以及眼圖模板的概
念、如何設計ADS 的眼圖模板以及調用、并針對HDMI 的設計和仿真做了詳細的介紹。以
HDMI 為例介紹了如何閱讀總線規范，并從規范中獲得仿真和測試需要的電氣參數并圍繞規
范要求著重介紹了如何仿真HDMI 相應的參數。最后，介紹了HDMI 在設計時的注意事項。
第10 章主要介紹DDR 總線的基本概念以及DDR4 的電氣規范，包括如何在ADS 中的仿真
ODT、地址、控制、命令、時鐘以及數據和數據選通信號，ADS DDR bus 仿真器針對DDR4
眼圖模板的仿真和在ADS 中如何進行SSN 仿真，最后介紹了DDR4 在設計中的注意事項。
第11 章主要介紹通道仿真、IBIS-AMI 模型、USB 總線及電氣參數，詳細介紹了通道仿真
中的逐比特模式和統計模式，并以USB 總線為例子詳細介紹了兩種類型的仿真，最后介紹
了在沒有IBIS-AMI 模型時的通道仿真方法和帶串擾通道的仿真流程。第12 章主要介紹PCB
仿真的基本流程以及信號完整性的后仿真，詳細介紹如何導入PCB 文件、編輯PCB 文件、
SIPro 使用，包括如何提取傳輸線模型、獲取仿真的結果和模型、仿真后對數據的處理以及
對導出模型的使用。第13 章主要介紹了電源完整性基礎知識以及相關的仿真，從原理方案
設計到電源系統的仿真，具體包含了電源完整性的基本概念、PDN 的組成部分、目標阻抗
的計算、電源完整性直流仿真、電熱聯合仿真和電源完整性交流仿真以及自動優化。
特此說明，本書所有的工程案例仿真都是基于ADS 2017 版本進行仿真和編寫的，讀者
如果使用的版本不同可能會有部分功能不同。另外書中使用的電路圖考慮到美國軟件的要
求，所以不宜改為國標，且考慮到軟件界面的使用習慣，書中英文內容采用正體格式。
從本書的構思到完成，花了1 年多的時間。在寫作本書的過程獲得了很多人的幫助，
包括我的領導、同事、老師、朋友和家人，感謝他們提供的寫作素材、仿真模型、材料以
及其他的幫助。特別感謝陳崇濤和張濤兩位領導的幫助，在本書的寫作過程他們給了很多
建議和幫助，在完稿之后幫忙審稿也花費了很多時間和精力；感謝西安電子科技大學的李
玉山教授、華為技術專家楊丹先生、華為技術專家莫道春先生、《硬件十萬個為什么》的創
始人朱曉明先生、是德科技數字測試市場經理杜吉偉先生給本書作序、寫推薦語，在學習
和工作中他們都有給我很多的幫助；特別感謝本書的編輯柴東老師以及其他不知道名字的
老師，在本書的出版過程中鼎力相助，使本書能這么快的送到讀者的面前。
最后，要特別感謝我的家人，尤其是對有兩個小天使的父親，利用業余時間寫書，簡
直就是一種奢侈，但有了他們的理解、照料和奉獻，使我安心地完成本書的寫作。
要感謝的人很多，無法在此一一列舉，在此一并對大家道一聲：感謝！
由于時間和篇幅的原因并沒有把所有使用ADS 進行信號完整性和電源完整性相關的內
容都編寫在本書中。另外，本書中難免會存在錯誤或者理解不到位的點，如有發現，請讀
者朋友們指正。相關問題可發送郵件至sipiemc@foxmail.com，或者添加本人的微信號
sipiemc。也可以在“信號完整性”公眾號下方留言，公眾號的微信號是：SI_PI_EMC。
為便于讀者閱讀和學習，特提供部分模型和工程文件，所有的模型和工程文件不能用
于商業目的。獲取方式添加作者微信號，我會定期處理。
蔣修國
2019 年2 月16 日于深圳 |
內容簡介：本書主要是以ADS 軟件為依托，結合信號完整性和電源完整性的基礎理論以及實際的案例，完整地
介紹了使用ADS 進行信號完整性以及電源完整性仿真的流程和方法，最終都以實際的案例呈現給讀者，
包括信號完整性和電源完整性的基本概念、ADS 軟件基本架構以及簡單使用、PCB 材料及層疊設計、IBIS
模型、SPICE 模型以及S 參數的應用、阻抗端接匹配仿真、串擾仿真，以及使用專門的工具進行阻抗、過
孔、DDR4、高速串行通道、PCB 信號以及電源完整性的仿真分析等。內容翔實，實用性強。
本書深入淺出結合實際案例的應用講解，非常適合信號完整性以及ADS 仿真入門教程，也可以作為
資深仿真工程師的工具書，還可以作為大學電子、電路、通信、電磁場等專業的教學專業實驗教材。 |
目錄：第1章信號完整性基本概念1
1.1什么是信號完整性？.2
1.1.1上升時間和下降時間.2
1.1.2占空比.3
1.1.3建立時間.3
1.1.4保持時間.4
1.1.5抖動.4
1.1.6傳輸線.5
1.1.7特性阻抗.6
1.1.8反射.6
1.1.9串擾.7
1.1.10單調性.8
1.1.11過沖/下沖8
1.1.12眼圖.9
1.1.13碼間干擾.9
1.1.14誤碼率.10
1.1.15損耗.10
1.1.16趨膚效應.11
1.1.17擴頻時鐘（SSC）.11
1.2電源完整性基本概念.12
1.3SI/PI/EMC的相互關系13
本章小結.13
第2章ADS基本概念及使用14
2.1是德科技EEsof軟件簡介.15
2.2ADS軟件介紹16
2.2.1ADS概述16
2.2.2ADS軟件架構.16
2.3ADS相關的文件介紹19
2.4ADS相關窗口和菜單介紹19
2.4.1啟動ADS19
2.4.2ADS主界面20
2.5ADS基礎使用21
2.5.1新建或者打開原有工程.22
2.5.2新建原理圖.26
2.5.3新建Layout.33
2.5.4新建數據顯示窗口.36
本章小結.41
第3章PCB材料和層疊設計.42
3.1PCB材料介紹43
3.1.1銅箔.43
3.1.2介質（半固化片和芯板）.46
3.1.3介電常數和介質損耗角.46
3.1.4PCB材料的分類.48
3.1.5高速板材的特點48
3.2層疊設計.49
3.2.1層疊設計的基本原則.49
3.2.2層疊設計的典型案例.50
3.2.3層疊結構中包含的參數信息.54
3.3如何設置ADS中的層疊.54
3.3.1新建層疊.55
3.3.2編輯材料信息57
3.3.3編輯層疊結構60
3.3.4添加過孔結構類型.62
3.4CILD阻抗計算63
3.4.1CILD（阻抗計算）介紹.63
3.4.2微帶線阻抗計算64
3.4.3參數的掃描.69
3.4.4統計分析.71
3.4.5帶狀線阻抗計算73
3.4.6共面波導線阻抗計算.73
3.4.7自定義傳輸線結構.74
本章小結.76
第4章傳輸線及端接.77
4.1傳輸線78
4.2ADS中的各類傳輸線79
4.2.1理想傳輸線模型80
4.2.2微帶線和帶狀線模型.80
4.2.3多層結構的傳輸線模型.84
4.3損耗與信號完整性.86
4.4阻抗與反射.89
4.4.1傳輸鏈路與阻抗不連續點.89
4.4.2反彈圖.90
4.4.3傳輸線阻抗分析92
4.4.4短樁線的反射93
4.5端接95
4.5.1點對點的傳輸線仿真.95
4.5.2源端端接仿真96
4.5.3并聯端接仿真98
4.5.4戴維寧端接仿真99
4.5.5RC端接仿真.99
本章小結.101
第5章過孔及過孔仿真102
5.1過孔的分類.103
5.2Via的結構103
5.3ViaDesigner.105
5.3.1開啟ViaDesigner106
5.3.2編輯層疊結構107
5.3.3編輯過孔結構110
5.3.4ViaDesigner變量設置118
5.3.5過孔的仿真以及仿真狀態.119
5.3.6查看仿真結果121
5.3.7導出仿真結果和模型.125
5.4過孔的參數掃描仿真.127
5.5ViaDesigner模型在與ADS和EMPro中的應用.131
5.5.1ViaDesigner模型在ADS中的應用.131
5.5.2ViaDesigner模型在EMPro中的應用.133
5.6高速電路中過孔的設計注意事項.134
本章小結.135
第6章串擾案例.136
6.1串擾137
6.2串擾的分類.137
6.2.1近端串擾和遠端串擾.137
6.2.2串擾的仿真.138
6.3ADS參數掃描139
6.4串擾的耦合長度與串擾的關系.140
6.5傳輸線之間的耦合距離與串擾的關系.157
6.5.1傳輸線之間耦合間距與串擾的仿真.157
6.5.2為什么PCB設計要保證3W.159
6.6激勵源的上升時間與串擾的關系.160
6.7串擾與帶狀線的關系.161
6.7.1微帶線與帶狀線串擾的對比.161
6.7.2高速信號線是布在內層好還是外層.164
6.8傳輸線到參考層的距離與串擾的關系.164
6.9定量分析串擾.167
6.10串擾與S參數以及總線要求.168
6.11如何減少電路設計中的串擾.170
本章小結.170
第7章S參數及其仿真應用.171
7.1S參數介紹.172
7.1.1S參數模型簡介172
7.1.2S參數的命名方式以及混合模式173
7.1.3S參數的基本特性.174
7.2檢查/查看S參數.175
7.3S參數仿真.178
7.3.1提取傳輸線的S參數178
7.3.2S參數數據處理以及定義規范模板181
7.4S參數與TDR184
7.4.1編輯TDR公式184
7.4.2Frontpanel的SPTDR工具186
本章小結.187
第8章IBIS與SPICE模型188
8.1IBIS模型簡介189
8.2IBIS模型的基本語法和結構190
8.2.1IBIS的基本語法.190
8.2.2IBIS結構.190
8.2.3IBIS文件實例.191
8.3ADS中IBIS模型的使用199
8.3.1IBIS模型的應用.199
8.3.2ADS中使用EBD模型206
8.3.3ADS中使用Package模型208
8.4SPICE模型.209
8.4.1ADS中SPICE模型的使用.210
8.4.2寬帶SPICE（BBS）模型生成器.212
8.4.3W-element模型生成215
本章小結.218
第9章HDMI仿真.219
9.1HDMI.220
9.2HDMI電氣規范解讀.221
9.2.1HDMI線纜規范222
9.2.2HDMI源設備規范.223
9.2.3HDMI接收設備規范.224
9.3眼圖和眼圖模板.225
9.3.1眼圖和眼圖模板介紹.225
9.3.2選擇眼圖探針在ADS中設置眼圖模板.228
9.3.3在ADS中設置眼圖模板.230
9.4HDMI仿真.231
9.4.1HDMI源設備仿真.231
9.4.2HDMI布線長度仿真.234
9.4.3HDMI差分對內長度偏差仿真.235
9.4.4HDMI差分對間長度偏差仿真.237
9.5HDMI設計規則.238
本章小結.238
第10章DDR4仿真.239
10.1DDRx總線介紹.240
10.1.1DDR介紹240
10.1.2DDR4電氣規范.241
10.2DDR4系統框圖.244
10.3DDR4設計拓撲結構.244
10.4片上端接（ODT）246
10.5DDR4總線仿真.247
10.5.1地址、控制、命令以及時鐘信號仿真.247
10.5.2數據和數據選通信號仿真.249
10.5.3DDRbus仿真254
10.5.4同步開關噪聲（SSN）仿真256
10.6DDR4一致性仿真分析.259
10.7DDR4的電源分配網絡仿真.260
10.8DDR4設計注意事項.260
本章小結.261
第11章高速串行總線仿真262
11.1高速串行接口.263
11.2USB263
11.2.1USB的發展歷史.263
11.2.2USB3.0的物理結構及電氣特性.264
11.3IBIS-AMI模型介紹.267
11.4通道仿真.268
11.5逐比特模式（Bitbybit）271
11.6統計模式（Statistics）275
11.7使用理想的發送/接收模型（Tx_Diff/Rx_Diff）277
本章小結.280
第12章PCB板級仿真SIPro281
12.1PCB信號完整性仿真的流程282
12.2PCB文件導入283
12.3剪切PCB文件.284
12.4層疊和材料設置.287
12.5SIPro使用流程.289
12.5.1啟動SIPro.289
12.5.2設置仿真分析類型.291
12.5.3選擇信號網絡292
12.5.4設置仿真模型296
12.5.5設置仿真端口298
12.5.6設置仿真頻率和Options設置300
12.5.7運行仿真.303
12.5.8查看和導出仿真結果.303
本章小結.310
第13章PCB板級仿真PIPro311
13.1電源完整性基礎.312
13.1.1什么是電源完整性.312
13.1.2電源分配網絡312
13.1.3目標阻抗.313
13.2ADS電源完整性仿真流程.313
13.3電源完整性直流分析（PIDC）.315
13.3.1建立直流仿真分析.315
13.3.2選擇電源網絡并確定參數.316
13.3.3分離元件參數設置.317
13.3.4VRM設置.319
13.3.5Sink設置.320
13.3.6設置Options323
13.3.7運行仿真及查看仿真結果.324
13.4電源完整性電熱仿真（PIET）.332
13.4.1建立電熱仿真分析.332
13.4.2熱模型設置.333
13.4.3設置Options338
13.4.4運行仿真以及查看仿真結果.339
13.5電源完整性交流分析（PIAC）.341
13.5.1VRM、Sink設置.342
13.5.2電容模型設置343
13.5.3仿真頻率和Options設置352
13.5.4運行仿真并查看仿真結果.353
13.5.5產生原理圖和子電路.359
13.5.6優化仿真結果361
13.6如何設計一個好的電源系統.365
本章小結.365 |
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