ADS信号完整性仿真与实战 第2版

《ADS信号完整性仿真与实战 第2版》主要是以ADS软件为依托，结合信号完整性和电源完整性的基础理论以及实际案例，完整地介绍了使用ADS进行信号完整性以及电源完整性仿真的流程和方法，最终以实际的案例呈现给读者，具体内容包括信号完整性基本概念、ADS基本概念及使用、PCB材料和层叠设计、传输线及端接、过孔及过孔仿真、串扰案例、S参数及其仿真应用、IBIS与SPICE模型、HDMI仿真、DDR4/DDR5仿真、高速串行总线仿真、PCB板级仿真SIPro、PCB板级仿真PIPro等。

《ADS信号完整性仿真与实战 第2版》内容翔实，深入浅出，结合实际案例的应用进行讲解，实用性强，非常适合作为信号完整性以及ADS仿真入门教程，也可以作为资深仿真工程师的工具书，还可以作为大学电子、电路、通信、电磁场等专业的教学实验教材。

蒋修国，拥有超过13年的信号完整性设计和仿真相关经验。目前就职于是德科技，任大中华区EDA解决方案部门经理，同时负责信号完整性、电源完整性和EMC相关产品的应用和支持。参与过大型服务器、交换机、高速背板和云存储产品、消费类电子产品等的研发和信号完整性工作。擅长高速数字电路的信号完整性和电源完整性仿真、设计和测试；研究领域涉及PCB材料参数提取、连接器/线缆/器件精确测量等等。2014年创办“信号完整性”公众号，每周分享SI、PI、RF和EMC相关的设计、仿真和测试内容。公众号关注人数超过5万人，文章阅读和转发量累计数百万次。2019年出版《ADS信号完整性仿真与实战》，销量过万。参与过多本硬件相关书籍的编写。

硬件工程师必知必会的 信号完整性分析 再版了！！

基于ADS 2023编写 大量全新内容

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《信号完整性与电源完整性》作者 埃里克·伯格丁

西安电子科技大学 李玉山

华为技术有限公司 杨丹

华为技术有限公司 莫道春

硬件十万个为什么 朱晓明

是德科技 杜吉伟

中兴微电子 吴枫

澳门大学 陈勇

全志科技 陈风

安卫普科技 别体军

豪威集团 杨杰林

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前 言

《ADS信号完整性仿真与实战》面世之后，我一直诚惶诚恐，总是担心书中的某些观点或步骤讲解得不够完善，然而该书在出版后的几年间多次重印，也得到了各位专家的指正，让我感受到这本书真的受到大家的欢迎和喜爱。在第?1?版图书问世之后，我就一直在准备升级相关的内容，主要有两个方面的原因：一方面，技术在不断迭代，一些高速信号的分析方法发生了改变；另一方面，最近几年ADS软件的更新速度非常快，尤其是串行总线和存储技术的仿真也在升级，因此需要对图书内容进行更新。

第2版在整体上沿用了第1版的架构，对部分章节的内容进行了较大幅度的更新，包括过孔及过孔仿真、S参数及其仿真应用、DDR4/DDR5仿真以及高速串行总线仿真。

本书主要面向需要使用ADS进行信号完整性和电源完整性仿真的工程师和学生，本书结合笔者多年的硬件设计和信号完整性仿真及测试的实际工作经验进行编写。全书内容一共分为13章，主要以ADS软件为依托，结合信号完整性和电源完整性的基础理论以及实际的案例，完整地介绍了使用ADS进行信号完整性以及电源完整性仿真的流程和方法，具体内容包括信号完整性基本概念、ADS基本概念及使用、PCB材料和层叠设计、传输线及端接、过孔及过孔仿真、串扰案例、S参数及其仿真应用、IBIS与SPICE模型、HDMI仿真、DDR4/DDR5仿真、高速串行总线仿真、PCB板级仿真SIPro、PCB板级仿真PIPro等。本书内容翔实，实用性强。

第1章主要介绍了信号完整性和电源完整性的基本概念，只有了解了相关的基本概念之后，才会理解后面介绍的内容。第2章介绍了ADS的基本概念和框架，并简要介绍了ADS各个相关模块的使用方法。第3章介绍了PCB材料、层叠设计以及PCB材料对信号完整性的影响，着重介绍了CILD的基本应用以及如何计算传输线阻抗。第4章介绍了PCB主要的传输线类型、ADS中各种传输线模型库以及模型库中的元件；介绍了与传输线相关的理想传输线、有损传输线，及其与信号完整性的关系；着重介绍了阻抗、阻抗匹配、反射和端接等内容。第5章主要介绍了过孔结构、仿真以及过孔设计的注意事项，详细介绍了Via Designer的使用，包括过孔仿真、多个变量的扫描、仿真结果的输出、仿真模型在ADS和EMPro中的应用等。第6章主要介绍了串扰的基本概念以及影响串扰大小的一些因素。通过对这些因素的研究和分析，不仅获得了一些结论，还通过对这些参数的仿真，介绍了如何在ADS中新建工程、新建原理图、使用数据显示窗口，以及ADS的高级应用，如参数扫描仿真等。第7章主要介绍了S参数的基本概念、使用ADS仿真传输线的S参数、使用S-Parameter Toolkit进行S参数的处理、使用ADS级联多段S参数、对S参数的处理、在ADS中编辑无源链路的规范，以及如何判断无源链路是否满足系统设计的要求，最后详细介绍了如何把S参数转换为时域阻抗。第8章主要从基本的模型概念着手，介绍了IBIS和SPICE模型的应用，同时介绍了在ADS中如何产生宽带SPICE模型和W-element模型等。第9章以一个实际的总线为例介绍了ADS前仿真，主要介绍了眼图以及眼图模板的概念、如何设计并调用ADS的眼图模板，并针对HDMI的设计和仿真做了详细的介绍；另外，以HDMI为例介绍了如何阅读总线规范，并从规范中获得仿真和测试需要的电气参数，围绕规范要求着重介绍了如何仿真HDMI相应的参数。第10章主要介绍了DDR总线的基本概念以及DDR4的电气规范，介绍了Memory designer以及使用流程，介绍了如何在ADS中使用Memory designer仿真ODT、地址、控制、命令、时钟以及数据和数据选通信号，使用Memory designer进行存储总线的后仿真，还介绍了在ADS中如何进行SSN仿真以及DDR5的仿真等。第11章主要介绍了通道仿真、IBIS-AMI模型、USB总线及电气参数，详细介绍了通道仿真中的逐比特模式和统计模式，并以USB总线为例详细介绍了两种类型的仿真，最后介绍了在没有IBIS-AMI模型时的通道仿真方法和带串扰通道的仿真流程，最后介绍了如何在ADS中进行COM的仿真。第12章主要介绍了PCB仿真的基本流程以及信号完整性的后仿真，详细介绍了如何导入PCB文件、编辑PCB文件、使用SIPro，包括如何提取传输线模型、获取仿真的结果和模型、仿真后对数据的处理以及对导出模型的使用。第13章主要介绍了电源完整性基础知识以及相关的仿真，从原理方案设计到电源系统的仿真，具体包含电源完整性的基本概念、PDN的组成部分、目标阻抗的计算、电源完整性直流仿真、电热联合仿真和电源完整性交流仿真以及自动优化。

在此特别说明，本书是基于ADS 2023版本进行仿真和编写的，读者如果使用的版本不同可能会有部分功能不同。另外，考虑到美国软件的要求，不宜将书中使用的电路图改为国标，且考虑到工程师对软件的使用习惯，书中英文内容采用正体格式。

在写作本书的过程获得了很多人的帮助，包括我的领导、团队成员、同事、老师和朋友，感谢他们提供的写作素材、仿真模型、材料以及其他工作上的指导和帮助。特别感谢Eric Bogatin教授、西安电子科技大学的李玉山教授、华为技术的杨丹先生、华为技术的莫道春先生、《硬件十万个为什么》的朱晓明先生、是德科技的杜吉伟先生、澳门大学陈勇教授、全志科技的陈风先生、中兴微电子的吴枫先生、安卫普科技的别体军先生、豪威集团的杨杰林女士给本书作序以及给本书做推荐，在学习和工作中他们都给予了我很多的帮助；也特别感谢本书的编辑贾小红老师、艾子琪老师以及其他不知道名字的老师，有你们的鼎力相助，本书才能快速呈现到读者的面前。

最后，要特别感谢我的家人。在这个快节奏的时代，生活和工作都变得越来越“内卷”，利用业余时间写书简直是一种奢侈。为了完成这本书，我不得不放弃很多陪伴家人的时间。正是因为有家人的理解、照料和支持，我才能安心地完成本书的写作。

要感谢的人很多，无法一一列举，在此一并对大家道一声：感谢！

由于技术边界、时间和篇幅的原因并没有把所有的信号完整性以及使用ADS进行信号完整性和电源完整性仿真的相关内容都编写在本书中。另外，本书内容也难免会存在疏漏之处，如有发现，请读者朋友指正。读者可扫描封底的文泉云盘二维码关注“信号完整性”公众号，与我交流、沟通。

蒋修国

2023年8月15日于深圳

第1章 信号完整性基本概念

1.1 什么是信号完整性

1.1.1 上升时间和下降时间

1.1.2 占空比

1.1.3 建立时间

1.1.4 保持时间

1.1.5 抖动

1.1.6 传输线

1.1.7 特性阻抗

1.1.8 反射

1.1.9 串扰

1.1.10 单调性

1.1.11 过冲/下冲

1.1.12 眼图

1.1.13 码间干扰

1.1.14 误码率

1.1.15 损耗

1.1.16 趋肤效应

1.1.17 扩频时钟（SSC）

1.2 电源完整性基本概念

1.3 SI/PI/EMC的相互关系

本章小结

第2章 ADS基本概念及使用

2.1 是德科技EEsof软件简介

2.2 ADS软件介绍

2.2.1 ADS概述

2.2.2 ADS软件架构

2.3 ADS相关的文件介绍

2.4 ADS相关的窗口和菜单介绍

2.4.1 启动ADS

2.4.2 ADS主界面

2.5 ADS基础使用

2.5.1 新建或者打开原有工程

2.5.2 新建原理图

2.5.3 新建Layout

2.5.4 新建数据显示窗口

本章小结

第3章 PCB材料和层叠设计

3.1 PCB材料介绍

3.1.1 铜箔

3.1.2 介质（半固化片和芯板）

3.1.3 介电常数和介质损耗角

3.1.4 PCB材料的分类

3.1.5 高速板材的特点

3.2 层叠设计

3.2.1 层叠设计的基本原则

3.2.2 层叠设计的典型案例

3.2.3 层叠结构中包含的参数信息

3.3 如何设置ADS中的层叠

3.3.1 新建层叠

3.3.2 编辑材料信息

3.3.3 编辑层叠结构

3.3.4 添加过孔结构类型

3.4 CILD（阻抗计算）

3.4.1 CILD（阻抗计算）介绍

3.4.2 微带线阻抗计算

3.4.3 参数的扫描

3.4.4 统计分析

3.4.5 带状线阻抗计算

3.4.6 共面波导线阻抗计算

3.4.7 自定义传输线结构

本章小结

第4章 传输线及端接

4.1 传输线

4.2 ADS中的各类传输线

4.2.1 理想传输线模型

4.2.2 微带线和带状线模型

4.2.3 多层结构的传输线模型

4.3 损耗与信号完整性

4.4 阻抗与反射

4.4.1 传输链路与阻抗不连续点

4.4.2 反弹图

4.4.3 传输线阻抗分析

4.4.4 短桩线的反射

4.5 端接

4.5.1 点对点的传输线仿真

4.5.2 源端端接仿真

4.5.3 并联端接仿真

4.5.4 戴维宁端接仿真

4.5.5 RC端接仿真

本章小结

第5章 过孔及过孔仿真

5.1 过孔的分类

5.2 Via的结构

5.3 Via Designer

5.3.1 启动Via Designer

5.3.2 编辑层叠结构

5.3.3 编辑过孔结构

5.3.4 Via Designer变量设置

5.3.5 过孔的仿真以及仿真状态

5.3.6 查看仿真结果

5.3.7 导出仿真结果和模型

5.4 过孔的参数扫描仿真

5.5 Via Designer模型在ADS和

EMPro中的应用

5.5.1 Via Designer模型在ADS中的

应用

5.5.2 Via Designer模型在EMPro中的

应用

5.6 高速电路中过孔设计的注意

事项

本章小结

第6章 串扰案例

6.1 串扰

6.2 串扰的分类

6.2.1 近端串扰和远端串扰

6.2.2 串扰的仿真

6.3 ADS参数扫描

6.4 串扰的耦合长度与串扰的关系

6.5 传输线之间的耦合距离与串扰的

关系

6.5.1 传输线之间的耦合间距与串扰的

仿真

6.5.2 为什么PCB设计要保证3W

6.6 激励源的上升时间与串扰的

关系

6.7 串扰与带状线的关系

6.7.1 微带线与带状线串扰的对比

6.7.2 高速信号线是布在内层好还是布在外

层好

6.8 传输线到参考层的距离与串扰

的关系

6.9 定量分析串扰

6.10 串扰、S参数以及总线要求

6.11 如何减少电路设计中的串扰

本章小结

第7章 S参数及其仿真应用

7.1 S参数介绍

7.1.1 S参数模型简介

7.1.2 S参数的命名方式以及混合模式

7.1.3 S参数的基本特性

7.2 S参数工具包

7.2.1 检查S参数三大特性

7.2.2 查看和计算单端S参数

7.2.3 查看和计算混合模式S参数

7.2.4 查看TDR/TDT

7.2.5 多端口S参数处理

7.3 S参数仿真

7.3.1 提取传输线的S参数

7.3.2 S参数数据处理以及定义规范

模板

7.3.3 S参数级联

7.4 S参数与TDR

7.4.1 编辑TDR公式

7.4.2 Front Panel的SP TDR工具

本章小结

第8章 IBIS与SPICE模型

8.1 IBIS模型简介

8.2 IBIS模型的基本语法和结构

8.2.1 IBIS的基本语法

8.2.2 IBIS结构

8.2.3 IBIS文件实例

8.3 ADS中IBIS模型的使用

8.3.1 IBIS模型的应用

8.3.2 在ADS中使用EBD模型

8.3.3 在ADS中使用Package模型

8.4 SPICE模型

8.4.1 在ADS中使用SPICE模型

8.4.2 宽带SPICE（BBS）模型生成器

8.4.3 W-element模型生成

本章小结

第9章 HDMI仿真

9.1 HDMI

9.2 HDMI电气规范解读

9.2.1 HDMI线缆规范

9.2.2 HDMI源设备规范

9.2.3 HDMI接收设备规范

9.3 眼图和眼图模板

9.3.1 眼图和眼图模板介绍

9.3.2 选择眼图探针，在ADS中设置眼图

模板

9.3.3 在ADS中设置眼图模板

9.4 HDMI仿真

9.4.1 HDMI源设备仿真

9.4.2 HDMI布线长度仿真

9.4.3 HDMI差分对内长度偏差仿真

9.4.4 HDMI差分对间长度偏差仿真

9.5 HDMI设计规则

本章小结

第10章 DDR4/DDR5仿真

10.1 DDRx总线介绍

10.1.1 DDR介绍

10.1.2 DDR4电气规范

10.2 DDR4/5系统框图

10.3 DDR4/5设计拓扑结构

10.4 片上端接（ODT）

10.5 Memory Designer介绍

10.5.1 Memory Designer的特点

10.5.2 Memory Designer支持的存储

总线

10.5.3 Memory Designer仿真流程

10.5.4 DDR bus仿真

10.6 DDRx总线仿真

10.6.1 Memory Designer前仿真

10.6.2 地址、控制、命令以及时钟信号

前仿真

10.6.3 Memory Designer批量扫描ODT

10.6.4 DDR PCB仿真

10.6.5 Memory Designer后仿真

10.6.6 读操作仿真

10.6.7 地址、控制、命令以及时钟信号

后仿真

10.6.8 同步开关噪声（SSN）仿真

10.6.9 DDR5仿真

10.7 DDRx的电源分配网络仿真

10.8 DDRx设计注意事项

本章小结

第11章 高速串行总线仿真

11.1 高速串行接口

11.2 USB

11.2.1 USB的发展历史

11.2.2 USB3.0的物理结构及电气特性

11.3 IBIS-AMI模型介绍

11.4 通道仿真

11.5 逐比特模式（Bit-by-bit）

11.6 统计模式（Statistical）

11.7 使用理想的发送/接收模型

（Tx_Diff/Rx_Diff）

11.8 COM仿真

本章小结

第12章 PCB板级仿真SIPro

12.1 PCB信号完整性仿真的流程

12.2 PCB文件导入

12.3 剪切PCB文件

12.4 层叠和材料设置

12.5 SIPro使用流程

12.5.1 启动SIPro

12.5.2 设置仿真分析类型

12.5.3 选择信号网络

12.5.4 设置仿真模型

12.5.5 设置仿真端口

12.5.6 设置仿真频率和Options

12.5.7 运行仿真

12.5.8 查看和导出仿真结果

本章小结

第13章 PCB板级仿真PIPro

13.1 电源完整性基础

13.1.1 什么是电源完整性

13.1.2 电源分配网络

13.1.3 目标阻抗

13.2 ADS电源完整性仿真流程

13.3 电源完整性直流分析

（PI DC）

13.3.1 建立直流仿真分析

13.3.2 选择电源网络并确定参数

13.3.3 分离元件参数设置

13.3.4 VRM设置

13.3.5 Sink设置

13.3.6 设置Options

13.3.7 运行仿真及查看仿真结果

13.4 电源完整性电热仿真

（PI ET）

13.4.1 建立电热仿真分析

13.4.2 热模型设置

13.4.3 设置Options

13.4.4 运行仿真以及查看仿真结果

13.5 电源完整性交流分析

（PI AC）

13.5.1 VRM、Sink设置

13.5.2 电容模型设置

13.5.3 仿真频率和Options设置

13.5.4 运行仿真并查看仿真结果

13.5.5 产生原理图和子电路

13.5.6 优化仿真结果

13.6 如何设计一个好的电源系统

本章小结