推荐序高速电路设计与信号完整性真作为一门新兴学科,越来越受到系统设计公司的重视,记得200年,我刚刚加入 Cadence的时候,国内知名系统设计企业只有华为、中兴有专门的S部门从事相关的工作,而到2010年的今天,信号完整性、电磁兼容性间题日益成为每位电子设计工程师所必须面对的挑战,如何着手学习高速电路设计和仿真成为众多工程师面临的共同问题一名合格的信号完整性工程师,首先要了解系统架构,了解各种信号体制和设计规范,以及生产工艺,并且能够综合应用诸如信号与系统、微波电路等多学科的相关理论,将其与设计实践有机地结合起来,还要能够灵活驾驭各种EDA等铺助设计工具,完成系统设计。因此对于广大S工程师及想要了解和从事S1工作的PCB工程师来说,《高速电路设计与仿真分析: Cadence实例设计详解》一书正是这样的一本从理论到实践不可多得的教材和设计指导。长久以来,以高速电路设计与仿真分析为题的文章书籍不少,但大多停留在某种EDA软件的应用说明阶段,甚至是对EDA软件帮助文档的直接翻译,与实际应用的结合尤如隔軛搔痒,读者难解其中真味,更谈不上作者对实际问题的解决方案和心得体会。而《高速电路设计与仿真分析: Cadence实例设计详解》一书的作者可以说和我是多年的朋友。从最初作为我的客户,开始接触 Cadence设计工具,到今天这本书的间世,其间我们一起探讨和解决过各种实际问题。这本书可以说是作者多年来工作经验的总结。作者多年来一直从事系统设计和高速电路设计与仿真工作,在这一领域拥有丰富的一线实践经验。尤其近两年来,作者就职于IBM中国集成电路设计中心,负责芯片级的封装和Nise分析,因此作者有着从芯片到板级SI和P的设计分析,也就是 Die-Package-Board-System整体的设计理念和实践经验。这也正是本书有别于其他同类书籍的地方。在本书中,作者根据自己多年来从事高速电路设计与仿真工作的经验,从信号完整性基本理论入干,结合当今方兴未艾的DDRx和高速 Serdes系统设计实例,如泡丁解牛股地为读者剖析了高速电路设计与仿真的设计方法和手段。然而,作者并没有将这些内容进行简单枯燥的罗列,而是穿插在实例设计和软件的使用过程中。本书的编排逻辑清晰、结构紧凑,在展示设计实例的过程中,穿插了作者的实践经验总结和心得体会。因此读者在阅读此书时,应按照书中所编排的顺序,循序渐进地学习。在操作软件学习设计实例的过程中,应特别注意体会作者的使用经验和体会。如果读者能够领会这些经验和体会,并结合白己的设计工作,总结出适合自己的设计方法和心得,那么也就达到了作者写这本书的目的作为出版物,由于篇幅和时间的限制,同时,也由于电于技术的快速发展,新的工业规范和信号体制层出不穷,甚至同一个信号体制本身也在不断地更新换代,比如DDRx技术,因此作者不可能将所有SI问题和实际工作中的实例都介绍。因此,经过仔细的考呈,选择在实际工作中比较有代表性的DDRx分析设计技术和大家比较关注的高速 Serdes应用作为两个典范加以讲解和设计经验分享,希望读者通过对此书的阅读,通过对这两个典型技术的理解和掌握,扩展到其他的设计应用中。具有举一反三的能力,是电子工程师紧跟技术发展的不变法宝。常言道,工欲善其事,必先利其器,信号完整性仿真工作也是同样的道理。作者将 Cadence pcb si软件应用介绍与具体设计实例有机地结合在一起,使本书脱离了枯燥的操作界面介绍。读者可以通过随书附送的设计实例数据,对信号完整性仿真及 Cadence pCb s软件应用有更全面的了解。希望读者通过对本书的阅读,结合实际操作设计实例,对SI的设计理念和设计能力有个全新的认识和提高。也期待作者在本书的基础上能够更深入剖析海速信号理论并结合更多的实例,写出更多更好的书展现给读者。祝所有从事高速电路设计和SI的工程师,能够从看似“枯燥乏味”的PB连线、信号波形中寻找到工作的乐趣!胡建伟10年315日202-2008年 Cadence中国分公司北京办事处资深应用工程师2009年至今Mentor Graphics亚太区PCB产品拉术颐问前言顾名思义,本书讲述如何使用 Cadence l具进行高速电路系统设计,以及利用真分析对设计进行指导和验证。面对电子、信息技术的飞速发展和层出不穷的场需求,必须由硬件工程师利用最新的工具,使用前沿的科技产品,把这些奇的想法付诸实践,把一个概念或者设想以可以看见,可以触摸的物质形式展现社会,来影响人们的生活。也正是从这个意义上讲,使得这么多年来,我一直平淡和愉快的心情从事着硬件设计工作自到今天,在积攒了足够的经验和冲动后,促使我来完成这本书的写作。电设计,尤其是现代高速电路系统的设计,是一个随着电子技术而日新月异的工,具有很强的趣味性,也具有相当的挑战性。而目前,市场上还没有一个从实出发、结合高速电路设计理论的设计指导书,所以我希望借助本书使得现在的件工程师更好地掌握这项技术,也希望通过我自己的经验分享,使得高速电路统设计看起来没有那么神秘,从而吸引更多的电子技术人员加入到这个行业,过我们的双手让这个世界变得更加美好。目的和读者对象首先需要指出的是,本书是高速电路系统设计和仿真技术的实践总结和设计导,而并不是一本高速电路理论研究书籍。因此,也就决定了本书中所提到高信号理论是前人研究成果的总结和借用。本书并不对这些理论进行推导和研究,果读者对这些高速信号理论感兴趣,请参阅与此相关的专业理论书籍。之所以在本书中提及这些高速信号理论,是因为从全书结构上考虑,使读者在阅读本的过程中,能够由浅入深,由理论指导到实践应用地进行循序渐进的学习,并高速电路系统设计的一些技巧和方法有比较深刻的理解和掌握本书的目的是要使得电子系统设计工程师们能够更好地掌握高速电路系统设的方法和技巧,跟上行业发展要求。因此,本书针对的对象是那些希望挑战高电路系统设计的工程师,已经具备电子系统设计的基本知识和技能,而不是刚刚从事这个行业的技术人员。因为本书也不会从原理图符号的制作、FCB板元件的封装设计、板框设定、元件的布局和PCB板的布线雾开始讲起,这些是被默认为阅读此书之前应该掌握的基本内容有必要多提一点的是,思管我们能够在面上,或者网上找到例如“…高速电路设计指南………”、“……高速PCB设计与仿真……”等类似或相近题目的书籍,然而浏览其日录内容使可得知,虽题目相近,但内容相去甚远,有些只是对Cadence件的操作和帮助文件进行了翻译,有些虽然提及了高速电路设计所需的工具和流程,但也仅限于软件的使用介绍,缺乏设计实例的设计分析过程和实践经验的指导。请读者自行整别此类书籍与本书的差别。最后,本书虽然冠名为《高速电路系统设计与仿真分析: Cadence实例设计详解》,但它决不是对 Cadence件工具的帮助文件和用户手册的简单翻译。尽管在本书写作过程中,不可避免地通过 Cadence工具环境和 Cadence仿真分析工具的使用来介绍设计实例,但本书更注重地是如何让读者通过使用工具,自己动手,重复这个设计分析过程来掌握这些设计技术。另外,本书虽然以 Cadence工具环境为依托来介绍高速电路系统的设计思想和方法,但这些思想和方法并不仅限于 Cadence l具环,经过适当的修改和重新配置,读者可以在其他工具中实现同样的设计,只是基于作者多年在 Cadence工具环境下的经验,能够史加清晰畅地刚述本书内容。内容组织本书内容由简到难,由理论到实践,被划分为四大部分第一部分(第1章到第3章)首先冋顾了电子系统的设计发展过程,介绍了高电路系统设计所面临的问题和挑战,然后阐述了高速信号的基本理论知识此部分内容意在提醒读者在高速电路系统中遇到的新问题,以及解决这些问题所需的理论基础,在这部分的内容中,加入了作者对于高速信号的理解和经验的总结,使得读者能够在较短的时闻内,掌握高遽电路设计的精髓。第二部分《第4章、第5章)介绍 Cadence高速电路设计的工具和流程,也就是在 Cadence t具环境中设计高速电路系统;应该遵循怎样的工作流程,选择哪些工具来完成各个阶段的设计任务,从而实现高速电路没计。第三部分(第6章、第7章)此部分是本书的重点。第6章通过对一个DDR日一部万介的软程和贺用,一岁莎审领以百成整个设计,使读者能够在实际的操作过程中掌握软件的使用方法,建立高速旦路设计的概念和工作方法,让高速电路设计变得轻松。在第7章中,对正在快E发展并得到广泛应用的高速串行差分信号的分析与设计技术进行了讲解。对于低于5ps的高速差分信号,作者介绍了 Cadence的解决方案和一个设十实例,而对于高于5bps的高速差分信号的没计,由于受到各种技术和非技术因的限制,不能以实例来展示5Gbps以上的设计方法和技术,但是基于对高速号完整性的理解,作者给出了具体应对高于5Gh6的高速差分信号的实践技巧,为读者在实际工作中的指导原则。第四部分(第8章》结束部分,内容是作者关于从事高速电路设计的心得和扌技术发展的展望下载及阅读支持本书为了能够从实用的角度阐述 Cadence的高速电路设计技术,提供了一个设实例供读者在阅读本书过程中进行同步参考。该实例以网终下载的方式提供给者,读者购买此书之后,可以登录合作网站hp/www.pchbbs.com/index.i,2国PCB技术论坛,通过首页寻找本书专属讨论区,并找到相应的链接,下载此5所使用的设计实例。读者在安装了 Cadence spB160以上版本的软件后,可以按照书中所讲的步骤,步完成没汁,从而在实际操作中解决问题,完成并掌据高速电路设计方法另外,本书在写作和推广的过程中,得到了中国PCB技术网www.pch中国PCB论坛网www.pcbbbs.com的大力支持。为方便读者的图读,读者答疑1信息反馈,中国PCB技术网和中国PCB论坛网为本书提供了两个二级域名peng.pcbtech.com和shaopeng.pcbbbs.com.分别作为图书推广宣传活动和读技术交流的空间读者可以通过免费注册的方式,成为中国PCB技术网和中国PCB论坛网的用高速电路系统设计的工程师和研究者,应该不断地跟踪业界最新技术发展,E行广泛的交流和学习。如今,刈络已经成为信息获取和交流的重要手段,作为子技术工程师,必须能够利用网络及时跟踪先进技术的发展动态,并在网络环中和来自不同领域的工程师进行积极的技术交流,这样才能使自己始终处于技术发展的前沿。在阅读本书的过程中,如果该者遇到任何问题,或者对本书内容有任何建议和意见,都可以通过这个讨论区和作者直接进行交流。希望读者在阅读本书之后,能够登录合作冈站,以获得最新的技术发展信息。除了上合作网站之外,在网上还有大量的相关技术信息及不同专业工程师交流的技术论坛,非常有利于大家相互学习和促进技术发展。下面将列出部分相关网络站点供读者参考。另外,在本书的参考文献中,列举了一些业界非常流行的参考书籍,这些书籍包含了信号完整性设计更深的理论内容和更广泛的知识,作为每个高速电路系统设计工程师,都应该仔细阅读体会这些作者的研究成果和经验总结。下面列出部分点供读者参考。http://www.ed-china.com《电子系统设计》网站htlp://www.pcbres.com/PCB资源网http://www.parkelectro.com/index.htm射频和微波技术目录高速系统设计简介……PCB设计技术回顾…………、……”“…“”2什么是“高速”系统设计……13如何应对高速系统设计…““…品“…1,3.1理论作为指导和基准,…1.3.2实践经辁积累13.3时间效率平衡…111714小结,,m……量高速系统设计理论基础……2.1微波电磁波简介………………922微波传输线+122.1微波等效电路物理量……………………………,……1022.2微波传输线等效电路…121223电磁波反射………1524微波传输介质…24.1徽带线 Microstrip Line17242微带线的损耗18…-…1119243带状线 Strip line-……………………………m………………202.4.4同轴线 Coaxial Line……---2124.5观线 Twist Line-m计+14+:………”,………12224.6差分传输线…m--m…………………………234.7差分阻抗2.5“阻抗”的園惑………阻抗的定义265.2为什么要考虑阻抗……-…………m………………27253传输线结构和传输线阻抗254瞬时阻抗和特狂阻抗……………………9255特征阻抗和信号完整性2926阻抗的量,…2.7“阻抗”的困惑之答案……………………………………28小结第3章信号完整性简介3.1什么是信号完整性………,…32倍号完整性问题分英……3533反射的产生和预防………………………………m…”3.3,1反射的产生…m………3758332射的清险和张防…1.21匹配,“自“…43.3.2.2拓扑结构设计3.4串扰的产生和预防…-…34.1串找的产生……154+54342串扰的预防与消除……,……573.5电源完整性分析……………,+………5935.1电原系统设计目标352电系统设计方法,…52353电容的理解………m354SSN分析和应用……………36电磁兼容性EMC和电磁干扰EM1-……………………………703.7影响信号完整性的其他因素3.8小结“下日以如和平72第4章 Cadence高速系统设计工具…734.1 Cadence高速系统设计流程………1……744.2约束管理器 Constrain manager…7843 Sig Xplorer信号完整性分析工具……4.3.1S参数( Scattering parameters)824.3.2过孔模型生成( via Modeling)…4.3.3通道分析CA( Channel analysis)28944前仿和后仿………………第5章 Cadence高速系统设计流程及工具使用5I高速电路设计流程的实施条件分析……92X