基於HyperLynx 9.0的信號和電源完整性仿真分析 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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周潤景，賈雯編著 著

圖書標籤:

• 信號完整性
• 電源完整性
• HyperLynx
• 仿真
• PCB設計
• 高速電路
• 電磁兼容性
• 電路分析
• 電子工程
• 設計驗證

店鋪： 文軒網旗艦店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121303371

商品編碼：11094386125

齣版時間：2017-01-01

靖舒（JINGSHU）

《精進PCB設計：時域與頻域的信號與電源完整性深度解析》 在現代電子産品飛速發展的浪潮中，PCB（Printed Circuit Board）設計的重要性日益凸顯。隨著集成電路集成度的不斷提高，信號傳輸速率的幾何級增長，以及電源需求的日益精細化，PCB設計麵臨著前所未有的挑戰。一個設計不良的PCB，即使采用瞭最先進的芯片，也可能導緻信號失真、電源噪聲過大，最終影響産品的性能、可靠性甚至導緻失敗。因此，掌握一套係統、嚴謹的信號與電源完整性（Signal Integrity, SI & Power Integrity, PI）分析方法，成為每一位PCB設計師、硬件工程師以及相關技術從業者必備的核心技能。 本書旨在為讀者構建一個全麵而深入的信號與電源完整性分析理論框架，並輔以豐富的實踐指導，幫助您在PCB設計流程中有效識彆、預測並解決潛在的SI/PI問題。我們不局限於任何特定軟件版本，而是側重於信號與電源完整性分析背後的物理原理、關鍵概念以及通用的分析方法論，使得本書的內容具有長遠的參考價值，能夠幫助讀者理解任何主流SI/PI仿真工具的工作機製，並能夠靈活運用。 第一部分：信號完整性（SI）精要 信號完整性是確保數字信號在PCB傳輸過程中，能夠以足夠的保真度從發送端到達接收端的關鍵。它涉及信號的上升/下降時間、傳輸延遲、抖動、串擾、反射等一係列復雜現象。 第一章：數字信號傳輸的物理基礎 1.1 傳輸綫的本質與特性：我們將從最基本的電磁場理論齣發，深入剖析PCB走綫在高速信號傳輸下的傳輸綫效應。理解阻抗、衰減、時延等參數如何由PCB材料、幾何結構（寬度、厚度、間距）以及周圍環境（參考平麵、鄰近走綫）決定。我們將區分集總參數模型和分布式參數模型的適用範圍，並強調在高速設計中，分布式參數模型是不可或缺的。 1.2 信號的理想與失真：本書將詳細闡述一個理想方波信號的構成，以及在傳輸過程中可能發生的各種失真。我們將重點講解反射（Reflection）的産生機製，包括阻抗失配（Impedance Mismatch）的根源，以及其對信號上升沿、下降沿和幅度造成的影響。讀者將理解術語如“迴溝”（Overshoot）、“下衝”（Undershoot）、“振鈴”（Ringing）的物理含義。 1.3 信號的上升/下降時間和帶寬：理解上升/下降時間（Rise/Fall Time）與信號頻譜帶寬之間的關係至關重要。我們將介紹奈奎斯特準則（Nyquist Criterion）和波特圖（Bode Plot）的概念，幫助讀者理解為什麼PCB走綫的帶寬限製會影響高頻分量的傳輸，從而導緻信號波形的變形。我們將討論如何根據信號的上升時間估算其有效帶寬，以及PCB走綫需要滿足的最小帶寬要求。 第二章：阻抗控製與匹配 2.1 關鍵阻抗參數的計算與影響：我們將深入研究PCB走綫最核心的參數——特徵阻抗（Characteristic Impedance）。讀者將學習到如何根據PCB疊層結構、導體寬度、介質厚度、介電常數等因素，使用經驗公式或更精確的場解方法（概念層麵）來計算微帶綫（Microstrip）和帶狀綫（Stripline）的阻抗。我們將分析各種參數變化對阻抗的影響，並強調阻抗匹配的必要性，以及不同阻抗值（如50歐姆、75歐姆、100歐姆差分對）在不同應用場景下的選擇。 2.2 終端匹配技術：理解阻抗失配是信號反射的主要原因後，我們將係統介紹各種終端匹配（Termination）技術。這包括端接匹配（如並聯、串聯、戴維南匹配）、源端匹配（Source Termination）等。我們將詳細分析各種匹配方式的電路原理，工作條件，以及它們如何有效抑製反射，優化信號質量。同時，我們也將討論主動終端（Active Termination）技術及其應用場景。 2.3 PCB疊層設計與阻抗控製：PCB的疊層（Stack-up）設計是實現精確阻抗控製的基礎。本書將詳細講解不同疊層結構（如標準微帶、隱藏微帶、共麵波導、帶狀綫等）的設計原則，如何選擇閤適的介質材料（如FR-4、聚四氟乙烯、低損耗材料），以及如何通過精確控製各層厚度、走綫寬度和參考平麵設計來達成目標阻抗。我們將探討低損耗材料在高速PCB設計中的優勢。 第三章：串擾與噪聲耦閤 3.1 串擾（Crosstalk）的形成機理：串擾是相鄰走綫之間由於電磁場耦閤而産生的有害信號乾擾。我們將深入剖析串擾産生的電容耦閤（Capacitive Coupling）和電感耦閤（Inductive Coupling）機製。理解“近端串擾”（Near-End Crosstalk, NEXT）和“遠端串擾”（Far-End Crosstalk, FEXT）的差異及其影響。 3.2 串擾的度量與影響：我們將介紹衡量串擾的指標，如串擾係數，以及串擾對接收端信號電平、建立/保持時間造成的乾擾。讀者將學習如何預估串擾的嚴重程度，並理解串擾的發生與走綫間距、走綫長度、信號速率、參考平麵等因素的密切關係。 3.3 串擾抑製策略：本書將係統性地介紹多種抑製串擾的有效方法，包括增加走綫間距、閤理布局差分對、利用參考平麵隔離、走綫長度控製（例如，對串擾源和受擾走綫進行長度匹配）以及使用屏蔽技術等。我們將討論何時何地采取何種策略最為有效。 第四章：時序與抖動（Jitter）分析 4.1 時序預算（Timing Budget）與建立/保持時間：在高速數字係統中，時序是成功的關鍵。我們將詳細解釋建立時間（Setup Time）和保持時間（Hold Time）的概念，以及它們如何定義一個數據窗口。讀者將學習如何進行時序預算，將信號傳播延遲、接收端輸入延遲、時鍾偏移等因素納入考量，以確保數據在正確的時鍾邊沿被采樣。 4.2 抖動（Jitter）的來源與分類：抖動是時鍾或數據信號中周期性或隨機性的時間偏差。我們將深入分析抖動的各種來源，包括電源噪聲、串擾、自身時鍾産生的相位噪聲、以及 ISI（Inter-Symbol Interference）等。我們將介紹周期性抖動（Periodic Jitter, PJ）、隨機抖動（Random Jitter, RJ）和總抖動（Total Jitter, TJ）的概念，並理解它們對係統時序裕度的影響。 4.3 抖動容限（Jitter Tolerance）與抖動分離：理解接收端能夠容忍的最大抖動量（Jitter Tolerance）至關重要。我們將介紹如何根據信號的比特率和數據編碼方式來確定抖動容限。同時，本書也將探討抖動分離（Jitter Decomposition）的概念，即如何將總抖動分解為不同的組成部分，以便更有效地診斷和解決問題。 第二部分：電源完整性（PI）精要 電源完整性是指為PCB上的集成電路提供穩定、乾淨的電源電壓的能力。一個良好的電源完整性設計能夠有效抑製電源噪聲，確保芯片在任何工作狀態下都能獲得可靠的供電。 第五章：電源分配網絡（PDN）的基本原理 5.1 PDN的組成與作用：我們將解析典型的PCB電源分配網絡（Power Distribution Network, PDN）的組成部分，包括電源連接器、電壓調節器（VRM）、去耦電容、PCB走綫、過孔以及芯片內部的封裝和管腳。理解PDN的目的是為所有器件提供低阻抗、低噪聲的電壓參考。 5.2 PDN的阻抗特性：與信號綫類似，PDN也存在阻抗。我們將重點講解PDN的寄生電感（Parasitic Inductance）和寄生電阻（Parasitic Resistance）是如何影響其低頻和高頻阻抗特性的。讀者將理解為什麼在高頻下，PDN的阻抗會迅速升高，從而導緻電源電壓不穩定。 5.3 VRM的性能與選擇：電壓調節器（Voltage Regulator Module, VRM）是PDN的起點，其性能直接影響整個PDN的質量。我們將介紹不同類型的VRM（綫性穩壓器、開關穩壓器），及其在負載瞬態響應（Load Transient Response）、紋波抑製（Ripple Rejection）和效率方麵的差異。 第六章：去耦電容（Decoupling Capacitors）的設計與優化 6.1 去耦電容的物理原理與作用：去耦電容是PDN中最關鍵的組件之一，其作用是在芯片功耗瞬態變化時，提供局部的能量儲備，並濾除高頻噪聲。我們將深入分析電容的ESR（等效串聯電阻）和ESL（等效串聯電感）如何影響其在不同頻率下的去耦效果。 6.2 阻抗匹配與電容選擇：我們將講解如何根據PDN的阻抗特性以及芯片的瞬態電流需求，選擇閤適容值、ESR和ESL的電容器。本書將介紹“阻抗匹配”在去耦電容選擇中的應用，旨在在目標頻率範圍內提供最低的PDN阻抗。 6.3 多種電容的協同作用：我們將深入探討在PCB設計中，如何組閤使用不同容值、不同ESR/ESL的電容器（如低容值高頻電容和高容值低頻電容）以實現寬頻率範圍內的有效去耦。讀者將學習到最佳的電容布局、間距以及連接策略。 第七章：電源噪聲分析與抑製 7.1 電源噪聲的來源：我們將係統性地分析電源噪聲的各種來源，包括VRM紋波、開關噪聲、PDN諧振、芯片內部開關活動引起的瞬態電流、以及外部電磁乾擾（EMI）等。 7.2 噪聲耦閤途徑：我們將探討電源噪聲如何在PDN中傳播，以及如何通過信號綫、參考平麵甚至電磁輻射的方式耦閤到敏感的數字信號中。 7.3 噪聲抑製策略：本書將提供一係列有效的電源噪聲抑製策略，包括但不限於：優化VRM設計、閤理使用去耦電容、優化PCB疊層設計（如使用實心參考平麵）、增加濾波元件、控製PCB上的地彈（Ground Bounce）和電源塌陷（Power Sag）等。 第八章：高級PI/SI分析主題 8.1 交互式PI/SI分析：在真實的PCB設計中，SI和PI問題往往是相互關聯、相互影響的。我們將探討如何進行交互式的SI/PI分析，即在一個分析流程中同時考慮信號和電源的耦閤效應。例如，電源噪聲如何影響信號的眼圖，以及信號的瞬態電流如何引起電源電壓的波動。 8.2 損耗（Losses）在高速傳輸中的影響：我們將深入分析PCB材料損耗（介電損耗、導體損耗）和信號反射損耗在高頻下的纍積效應，以及它們如何導緻信號幅度衰減、眼圖閉閤。 8.3 EMI/EMC與SI/PI的關聯：本書也將觸及電磁乾擾（EMI）和電磁兼容性（EMC）與SI/PI之間的密切關係。理解如何通過良好的SI/PI設計來降低EMI輻射，以及如何通過EMC設計來提高係統的抗乾擾能力。 本書的特色與價值： 理論與實踐的有機結閤：我們不僅深入講解SI/PI背後的物理原理，還通過概念性的案例分析，闡述如何在實際PCB設計流程中應用這些原理。 方法論的提煉：本書側重於SI/PI分析的方法論，而非特定軟件的操作指南，確保讀者掌握通用性的分析思路和技能，能夠適應未來技術的發展和不同仿真工具的使用。 全麵的覆蓋：從基礎的傳輸綫理論到復雜的電源分配網絡，本書係統地覆蓋瞭SI/PI分析的關鍵領域，為讀者提供一個完整的知識體係。 啓發式思維：本書鼓勵讀者理解“為什麼”，而不僅僅是“怎麼做”，從而培養讀者獨立分析和解決復雜SI/PI問題的能力。 通過閱讀本書，您將能夠： 深刻理解高速數字信號在PCB上傳輸的物理機理。 熟練掌握阻抗控製、終端匹配等SI設計關鍵技術。 有效地識彆、量化和抑製信號串擾。 準確分析抖動的來源，並采取有效措施改善信號時序。 深入理解電源分配網絡（PDN）的設計原則。 閤理選擇和布局去耦電容，優化電源噪聲抑製效果。 掌握分析和解決電源噪聲問題的係統方法。 建立起SI與PI相互關聯的整體設計觀。 無論您是剛剛踏入PCB設計領域的工程師，還是尋求在SI/PI分析方麵進一步提升的資深專傢，本書都將是您寶貴的參考資料。掌握本書所傳授的知識和方法，您將能夠自信地應對新一代電子産品設計中的SI/PI挑戰，設計齣更高性能、更可靠的電子産品。