Cadence高速电路板设计与仿真（第6版）――信号与电源完整性分析

本书以Cadence Allegro SPB 17.2为基础，以具体的高速PCB为范例，详尽讲解了IBIS模型的建立、高速PCB的预布局、拓扑结构的提取、反射分析、串扰分析、时序分析、约束驱动布线、差分对设计、板级仿真、AMI生成器、仿真DDR4等信号完整性分析，以及集成直流电源分析、分析模型管理器、协同仿真、2.5D内插器封装的热分析、AMM和PDC的结合等电源完整性分析内容。

周润景教授，中国电子学会高级会员，IEEE/EMBS会员，国家自然科学基金项目"高速数字系统的信号与电源完整性联合设计与优化”等多项***、省部级科研项目负责人，主要从事模式识别与智能系统、控制工程的研究与教学工作，具有丰富的教学与科研经验。

序 言＜br/＞ Allegro PCB产品是Cadence公司在PCB设计领域的旗舰产品，因其功能强大、易学易用，得到了广大电子工程师的厚爱。＜br/＞ Allegro PCB产品涵盖了完整的PCB设计流程，包括电路图输入、PCB编辑及布线、PCB板级系统电源完整性及信号完整性分析、PCB设计制造分析，以及PCB制造输出等。＜br/＞ 电子工程领域的PCB设计有难有易，Cadence公司为了适应不同的市场需求，分别提供如下几个集成的、从前端到后端的Allegro PCB设计解决方案，帮助用户应对不同设计的要求。＜br/＞? Allegro OrCAD系列：满足主流用户PCB设计要求。＜br/＞? Allegro L系列：适用于对成本敏感的小规模到中等规模的团队，同时具有随着工艺复杂度增加而伸缩的灵活性。＜br/＞? Allegro XL/GXL系列：满足先进的高速、约束驱动的PCB设计，依托Allegro具有鲜明特点的约束管理器管理解决方案，能够跨设计流程同步管理电气约束，如同一个无缝的过程。＜br/＞ 面对日益复杂的高速PCB设计要求，Cadence公司的上述产品包提供的都是一个统一且集成的设计环境，能够让电子工程师从设计周期开始到布线持续解决高速电路设计问题，以提高电子工程师的设计效率。＜br/＞ 由于Allegro PCB软件功能强大，本书的作者周润景教授总结了多年的Allegro平台工具教学和使用心得，在结合《Cadence高速电路板设计与仿真》前5版经验的基础上，特意将Allegro PCB拆分成两本书来写，即《Cadence高速电路板设计与仿真（第6版）—原理图与PCB设计》和《Cadence高速电路板设计与仿真（第6版）—信号与电源完整性分析》，以满足不同层级读者的需要。这两本书分别以PCB物理设计及PCB分析为出发点，围绕Allegro PCB这个集成的设计环境，按照PCB最新的设计流程，通俗易懂地讲解利用Allegro PCB软件实现高速电路设计的方法和技巧。＜br/＞ 作为Cadence Allegro/OrCAD在中国的合作伙伴，我向各位读者推荐此书作为学习Allegro/OrCAD的桌面参考书。＜br/＞ 北京迪浩永辉技术有限公司技术经理 王鹏＜br/＞＜br/＞ 前 言＜br/＞ 随着现代科学技术的飞速发展，器件的集成度大规模提高，同时各类数字器件的信号沿越来越陡，已经可以达到纳秒（ns）级，甚至更小。如此高速的信号切换对于系统设计者而言，需要考虑在低频电路设计中所不需要考虑的信号完整性（Signal Integrity）问题，如延时、串扰、反射及传输线之间的耦合情况等。同时，许多系统的工作频率也很高，达到数百兆赫兹（MHz）甚至吉赫兹（GHz），以适应人们对于大量数据的处理需求，如图像数据处理、音频处理等。这就要求在电路设计中要仔细研究所有可能导致信号完整性的因素和条件，并且在完成PCB设计前将这些问题加以完善解决，这样可以及时发现问题并加以修正，提高系统的工作性能，缩短系统的研发周期，减少系统的投入，提高产品的竞争力。从广义上讲，信号完整性问题主要包括延时、反射、串扰、同步开关噪声（SSN）和电磁兼容性（EMC）等。＜br/＞ 电源完整性（Power Integrity）是指系统供电电源在经过一定的传输网络后，在指定器件端口处相对于该器件工作电源要求的符合程度，它是目前高速嵌入式系统设计的主要问题之一。特别是最近10年来，随着芯片内集成的晶体管门数增加，器件所消耗的功率和电流增大，以及器件的供电电压降低，使得电源完整性成为高速电路设计的瓶颈之一。同时，随着系统的时钟频率越来越高、边沿切换时间越来越短，同步开关噪声或地弹噪声通过电源分布网络进行传播，导致信号完整性、电源完整性及电磁兼容性问题越来越严重。＜br/＞ Cadence公司致力于全球电子设计技术创新，并在当今集成电路设计和电子产品设计中发挥了核心作用。采用Cadence软件来设计和验证消费电子产品、网络和通信设备，以及计算机系统中的尖端半导体器件、PCB等，已越来越成为业界的潮流。Cadence公司的电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）产品涵盖了电子设计的整个流程，包括系统级设计，功能验证，IC综合及布局布线，模拟、混合信号及射频IC设计，全定制集成电路设计，IC物理验证，PCB设计和硬件建模仿真等。同时，Cadence公司还提供详细的技术支持，帮助客户优化其设计流程；提供设计外包服务，协助客户进入新的市场领域。如今，全球知名半导体与电子系统公司均将Cadence软件作为其设计的标准工具软件。目前，Cadence公司已经收购Sigrity公司，并且将Sigrity分析技术与Cadence Allegro和OrCAD设计工具高效组合，为业界带来新一代的信号与电源协同分析设计和验证工具。＜br/＞ 基于以上的认识，我们对本书各章节做了相应的安排。本书具有如下4个特点。＜br/＞ 1）时效性 本书结合当今世界上高速电路板设计的最新研究成果，对最新版本Cadence高速电路板设计与仿真软件（Cadence Allegro SPB 17.2）的最新功能进行了研究。＜br/＞ 2）理论与软件操作相结合 将信号完整性及电源完整性理论分析研究与Cadence软件的PCB SI中的信号完整性工具（Allegro Sigrity SI）及电源完整性工具（Allegro Sigrity PI）相结合，对高速电路设计中存在的信号完整性问题和电源完整性问题进行了分析和研究，并提出了相应的解决方法。＜br/＞ 3）与设计实例相结合 本书结合了Altera公司的STRATIX GX开发板、DDR板卡与STRATIX GX开发板的互联系统、PCI板卡等设计实例，对其中的信号完整性和电源完整性问题进行了分析与研究，使读者在掌握理论与软件操作的同时将其应用到实际设计中。＜br/＞ 4）系统性与独立性 本书基本上涵盖了高速电路板设计中信号完整性与电源完整性分析的基本问题，读者既可以把本书作为教材来系统性地学习，同时也可以将其当作工具书有针对性地阅读其中的某一章或某几章，从而满足不同层次、不同水平的阅读需求。＜br/＞ 本书第6版和第5版的最大区别是，第5版所基于的软件平台是Cadence 16.6版本，而第6版所使用的软件平台是Cadence 17.2版本，同时也需安装Sigrity 2016软件。在功能和性能上较旧版有较大的改变，其中最主要的改变在于将Sigrity软件的仿真分析功能嵌入到Cadence软件之中。书中第1章为基础知识，第2～5章为Cadence 17.2及旧版本所共有的功能，第6～9章增加了信号完整性的部分新功能，讲解了如何建立AMI模型和仿真分析DDR4，第10～13章增加了电源完整性的部分新功能，且与旧版本的操作方法有着本质的区别，通过实例讲解，方便用户对两者有更深入的了解。第6版更注重于高速电路板的设计与分析，增加了其相应内容的基础理论与软件操作，同时对第5版中的大部分PCB设计实例做了更改，本书第6～13章均使用新的PCB设计实例。＜br/＞ 本书主要分为信号完整性分析与电源完整性分析两大部分，每一部分又可分为基础理论与软件操作。本书由周润景、任自鑫编著。其中，任自鑫编写了第10章和第12章，周润景编写了其他章节。全书由周润景教授统稿。另外，参加本书编写的还有张红敏和周敬。＜br/＞ 本书的出版得到了Cadence公司中国代理商——北京迪浩永辉技术有限公司执行董事黄胜利先生、技术经理王鹏先生和电子工业出版社张剑先生的大力支持，也有很多读者提出了宝贵的意见，在此一并表示感谢！＜br/＞ 为了便于读者阅读、学习，特提供本书所讲实例下载资源，请访问华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）下载。＜br/＞ 由于Cadence公司的PCB工具性能非常强大，不可能通过一本书完成全部内容的详尽介绍，加上时间与水平有限，不妥之处还望指正。＜br/＞ 编著者