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基于ANSYS的信號和電源完整性設計與分析(第2版)

( 簡體 字)
作者:周潤景,蔡富佳類別:1. -> 工程繪圖與工程計算 -> ANSYS
譯者:
出版社:電子工業出版社基于ANSYS的信號和電源完整性設計與分析(第2版) 3dWoo書號: 53636
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NT定價: 340
折扣價: 320

出版日:10/1/2020
頁數:304
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印刷:黑白印刷語系: ( 簡體 版 )
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ISBN:9787121397356
作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 
(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:

目前,PCB設計系統中最典型的電性能分析主要包括信號完整性(Signal Integrity,SI)分析、電源完整性(Power Integrity,PI)分析和電磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,EMC)分析三大方向。近年來,對SI和PI的研究取得了突飛猛進的發展;相對而言,對EMC的研究比較成熟。目前,在芯片封裝或PCB 的設計和調試的各個階段,人們對SI和PI的設計流程和分析驗證都格外重視。
SI指的是信號在傳輸過程中保持其時域和頻域特性的能力;傳統的SI分析包括信號的插入損耗分析和回波損耗分析,以及信號傳輸的眼圖、抖動、串擾、浴盆曲線和誤碼率等。PI指的是封裝芯片電源引腳處的供電電壓的量值精度和穩定性,其衡量指標是芯片供電電壓的波動范圍及噪聲等;傳統的PI分析包括電源本身的頻域諧振分析、時域噪聲分析和去耦電容的放置方法等。
受限于技術水平和軟件支持等因素,既往的許多針對SI和PI的研究都是“孤立”進行的,即研究SI時假設其電源是理想的,研究PI時也不考慮信號翻轉對其產生的影響。如果系統頻率比較低,這樣的假設尚可接受,但當系統頻率較高時,忽略SI與PI之間的影響會帶來諸多問題。
ANSYS 2019仿真軟件在PCB的SI、PI與EMC協同設計優化,以及機箱屏蔽效能和孔縫電磁泄漏仿真方面,一直處于業界領先水平,其仿真結果可以直接與GJB151A等測試標準進行對比,從而在虛擬樣機階段評估設計方案的EMC裕量。ANSYS的EMC仿真方案,在技術層面上包括硬件設計全流程中的系統設計、電路設計和元器件選型,從研究EMC的關鍵環節入手,通過系統、全面的仿真,解決EMC和干擾問題,同時還兼顧散熱和結構振動等多物理域的可靠性設計;在流程層面,強調系統EMC指標的合理分配,系統與元器件的協同設計,EMC設計流程的固化和設計仿真經驗的積累等;在實施部署層面,能夠兼顧分散式個人設計模式和團隊設計模式,提供集中的基于高性能計算的仿真資源分配能力和基于分布式云存儲的仿真知識管理模式。ANSYS 2019的電磁場仿真軟件內含一系列混合算法,包括頻域有限元、時域有限元、高階有限元、矩量法有限元、物理光學法、有限元/積分邊界法、場到場數據鏈接,可以靈活處理微米級到數十千米范圍目標的電磁計算。
本書具有如下特點。
? -理論與軟件操作相結合。將SI和PI理論研究與ANSYS 2019軟件的SI、PI與EMC協同分析相結合,對高速電路設計中存在的SI、PI和EMC問題進行了分析和研究,并提出了相應的解決方法。
? -與設計實例相結合。本書結合Altera公司的STRATIX GX開發板、DDR板卡與STRATIX GX開發板的互連系統、PCI-E板卡等設計實例,對其中的SI和PI問題進行了分析與研究,使讀者不僅掌握了理論知識與軟件操作的方法,還將其應用到實際設計中。
? -系統性與獨立性。本書基本涵蓋了高速電路板設計中SI、PI、EMC及電熱分析的基本問題,讀者既可以全面、系統地學習,也可以有針對性地閱讀部分內容。
本書共9章,其中第8章由蔡富佳編寫,其余由周潤景編寫,全書由周潤景統稿。參加本書編寫的還有張紅敏和周敬。
為便于讀者閱讀、學習,特提供本書范例的下載資源,請訪問華信教育資源網下載該資源;為了與軟件實際操作的結果保持一致,未對書中由軟件生成的截屏圖進行標準化處理。
本書得到了國家自然科學基金的支持(高速數字系統的信號與電源完整性聯合分析及優化設計,項目批準號:61161001,2012.1—2015.12)。本書的出版得到了Cadence公司Principal應用工程師胡勁松先生和電子工業出版社張劍先生的大力支持,還有很多讀者提出了寶貴的意見,在此一并表示感謝!
由于ANSYS仿真工具的功能非常強大,不可能通過一本書將其全部內容詳盡介紹,加上時間與水平有限,書中難免存在錯誤和疏漏之處,敬請讀者批評指正。
編著者
內容簡介:

本書主要介紹信號完整性(Signal Integrity,SI)、電源完整性(Power Integrity,PI)和電磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,EMC)等的基礎知識和設計要點,并結合實例詳細介紹了利用ANSYS 2019仿真平臺完成相關仿真與分析的方法,使讀者不僅能深入了解高速電路設計的理念,還能掌握ANSYS 2019仿真操作流程和分析技巧,并運用類似的設計方法去解決相關的問題。 本書適合從事芯片封裝、PCB設計及數字電路硬件研發的工程技術人員閱讀使用,也可作為高等學校相關專業的教學用書。
目錄:

第1章 信號完整性
1.1 信號完整性的要求及問題的產生
1.1.1 信號完整性的要求
1.1.2 信號完整性問題產生的原因
1.2 信號完整性問題的分類
1.2.1 反射
1.2.2 串擾
1.2.3 軌道塌陷
1.2.4 電磁干擾
1.3 傳輸線基礎理論
1.3.1 傳輸線
1.3.2 特性阻抗的計算
1.3.3 傳輸線的分類
1.3.4 傳輸線效應
1.3.5 避免傳輸線效應的方法
1.4 端接電阻匹配方式
1.4.1 并聯終端匹配
1.4.2 串聯終端匹配
1.4.3 戴維南終端匹配
1.4.4 AC終端匹配
1.4.5 肖特基二極管終端匹配
1.4.6 多負載的端接
1.5 仿真模型
1.5.1 IBIS模型
1.5.2 驗證IBIS模型
1.6 S參數
1.6.1 集總電路和分布電路
1.6.2 S參數的作用和含義
1.6.3 S參數在電路仿真中的應用
1.6.4 S參數的優/缺點
1.7 電磁場求解器
1.7.1 2D電磁場求解器
1.7.2 2.5D電磁場求解器
1.7.3 3D電磁場求解器
第2章 HDMI的仿真與測試
2.1 HDMI簡介
2.2 HDMI信號完整性前仿真分析
2.3 HDMI信號完整性后仿真分析
2.3.1 切割TMDS差分線
2.3.2 頻域分析
2.3.3 時域分析
2.3.4 差分對匹配
2.3.5 實測對比
2.4 本章小結
第3章 PCIE仿真與測試
3.1 PCIE簡介
3.2 SIwave提取傳輸線S參數
3.2.1 運行SIwave
3.2.2 確認檢查
3.2.3 分割差分線區域
3.2.4 自動生成端口
3.2.5 全局設置及仿真
3.2.6 計算S參數
3.2.7 導出S參數
3.3 差分對建模仿真分析
3.3.1 創建項目
3.3.2 設置求解類型
3.3.3 設置模型單位
3.3.4 創建差分線模型
3.4 在Designer中聯合仿真
3.5 PCIE的仿真與實測對比
3.5.1 測試環境與儀器介紹
3.5.2 仿真與實測對比
第4章 SFP+高速通道的仿真與測試
4.1 SFP+簡介
4.2 SFP+通道仿真
4.2.1 轉換Brd文件到ANF文件
4.2.2 切割開發板
4.2.3 使用SIwave創建端口
4.2.4 模型檢查
4.2.5 仿真參數設置
4.2.6 查看仿真結果
4.2.7 查看差分參數
4.2.8 導出S4P參數模型
4.3 系統級頻域S參數仿真
4.3.1 添加S參數模型
4.3.2 添加頻率掃描
4.3.3 查看仿真結果
4.4 TDR仿真
4.4.1 添加參數模型
4.4.2 建立瞬態分析
4.4.3 創建結果報告
4.5 時域眼圖仿真
4.5.1 輸入AMI模型
4.5.2 設置AMI模型
4.5.3 仿真設置
4.5.4 查看眼圖
4.5.5 添加眼罩
4.6 SFP+通道實際測試
4.7 本章小結
第5章 并行通道DDR仿真與分析
5.1 DDR相關特點的簡介
5.2 使用SIwave提取DDR的S參數
5.2.1 添加端口
5.2.2 生成端口
5.2.3 提取S參數
5.2.4 導出TouchstoneR File (.snp)
5.3 基于Designer的SI仿真
5.3.1 新建工程
5.3.2 選擇元器件
5.3.3 運行分析
5.4 DDR的SI+PI仿真
5.4.1 眼圖分析
5.4.2 SSN分析
5.4.3 選取更多頻率點的分析
5.5 IR壓降仿真
5.5.1 SIwave IR 壓降檢查
5.5.2 IR 壓降仿真
5.6 2.5D模型與3D模型在信號完整性中的對比分析
5.6.1 提取S參數
5.6.2 導出TouchstoneR文件
5.6.3 在Desiner中創建工程
5.6.4 添加SIwave模型
5.6.5 添加IBIS模型
5.6.6 時域仿真
5.6.7 差分對導入HFSS中
5.6.8 2.5D及3D時域仿真與實測結果對比
5.7 本章總結
第6章 電源完整性
6.1 電源完整性概述
6.2 電源噪聲形成機理及危害
6.3 VRM
6.4 電容去耦原理
6.4.1 從儲能角度
6.4.2 從阻抗角度
6.5 PDN 阻抗分析
6.5.1 PDN簡介
6.5.2 PCB PDN仿真
6.6 PCB 諧振仿真
6.6.1 諧振簡介
6.6.2 PCB諧振仿真
6.6.3 去耦電容值的估算
6.6.4 放置去耦電容的方法
6.6.5 優化PCB諧振特性
6.7 傳導干擾和電壓噪聲測量
6.8 直流壓降分析
6.9 串行通道的SSN分析
6.9.1 仿真前準備工作
6.9.2 創建信號差分網絡和電源網絡
6.9.3 創建SSN的仿真電路
6.10 DDR3 的同步開關噪聲分析
6.10.1 Stratix IV GX FPGA開發板簡介
6.10.2 SIwave提取傳輸線S參數
6.10.3 在Designer中進行DDR的SSN分析
6.11 本章小結
第7章 輻射分析
7.1 電磁兼容概述
7.2 電磁兼容標準
7.3 電磁干擾方式
7.3.1 差模輻射
7.3.2 共模輻射
7.4 輻射仿真與分析
7.5 本章小結
第8章 信號完整性問題的場路協同仿真
8.1 SMA仿真
8.1.1 Stratix V GX信號完整性開發板簡介
8.1.2 從Cadence導入SIwave
8.1.3 在SIwave中進行SMA 通道仿真
8.2 SMA建模
8.2.1 PCB的切割
8.2.2 建立基座和同軸線纜
8.2.3 添加波端口
8.2.4 仿真設置
8.2.5 查看仿真結果
8.3 Designer對整個高速串行通道進行系統級仿真
8.3.1 導入參數模型
8.3.2 設置仿真參數和查看仿真結果
8.3.3 TDR仿真
8.3.4 時域眼圖分析
8.4 本章小結
第9章 PCB級電熱耦合對信號完整性的影響分析
9.1 電熱耦合與信號完整性基礎理論
9.1.1 PCB級電熱耦合分析方法
9.1.2 介質材料的介溫特性
9.1.3 基于相對介電常數的信號完整性理論
9.2 相對介電常數對PCB穩定工作時溫度分布的影響
9.2.1 研究對象的設計
9.2.2 電熱耦合仿真分析
9.2.3 結果分析
9.3 溫度變化對PCB相對介電常數的影響分析
9.3.1 實測樣品制作
9.3.2 基于分離式介電諧振器測量技術的相對介電常數測試
9.3.3 研究結果與分析
9.4 溫度變化對通道信號完整性的影響分析
9.4.1 電磁模型的建立
9.4.2 基于相對介電常數的信號完整性分析
9.4.3 研究結果與分析
9.5 本章小結
序: