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本书主要介绍信号完整性和电源完整性的基础理论和设计方法，并结合实例，详细介绍了如何在ANSYS仿真平台完成相关仿真并分析结果。同时，在常见的数字信号高速电路设计方面，本书详细介绍了高速并行总线DDR3和高速串行总线PCIE、SFP+传输的特点，以及运用ANSYS仿真平台的分析流程和方法。本书特点是理论和实例相结合，并且基于ANSYS 15.0的SIWave、HFSS、Designer仿真平台，使读者可以在软件的实际操作过程中，理解高速电路设计理念，同时熟悉仿真工具和分析流程，发现相关的问题并运用类似的设计、仿真方法去解决。

第1章  信号完整性
1.1  信号完整性的要求及问题的产生
1.2  信号完整性问题的分类
1.3  传输线基础理论
1.4  端接电阻匹配方式
1.5  仿真模型
1.6  S参数
1.7  电磁场求解方法
第2章  HDMI的仿真与测试
2.1  HDMI简介
2.2  HDMI信号完整性前仿真分析
2.3  HDMI信号完整性后仿真分析
2.3.1  切割TMDS差分线
2.3.2  频域分析
2.3.3  时域分析
2.3.4  差分对匹配
2.3.5  实测对比
2.4  本章小结
第3章  PCIE仿真与测试
3.1  PCIE简介
3.2  SIwave提取传输线S参数
3.2.1  运行SIwave
3.2.2  确认检查
3.2.3  分割差分线区域
3.2.4  自动端口生成
3.2.5  全局设置及仿真
3.2.6  计算S、Y、Z参数
3.2.7  导出S参数
3.3  差分对建模仿真分析
3.3.1  创建项目
3.3.2  设置求解类型
3.3.3  设置模型单位
3.3.4  创建差分线模型
3.4  在Designer中联合仿真
3.4.1  添加IBIS模型
3.4.2  导入HFSS文件（差分线模型、过孔模型、连接器模型）
3.4.3  放置元件
3.5  PCIE的仿真与实测对比
3.5.1  测试环境与仪器介绍
3.5.2  仿真与实测对比
3.6  本章小结
第4章  SFP+高速通道的仿真与测试
4.1  SFP+简介
4.2  SFP+通道仿真
4.2.1  转换Brd文件到ANF文件
4.2.2  切割评估板
4.2.3  使用SIwave自动创建Port
4.2.4  模型检查
4.2.5  仿真设置
4.2.6  查看仿真结果
4.2.7  查看差分参数
4.2.8  导出s4p参数模型
4.3  系统级频域S参数仿真
4.3.1  添加S参数模型
4.3.2  添加频率扫描
4.3.3  查看仿真结果
4.4  TDR仿真
4.4.1  添加参数模型
4.4.2  建立瞬态分析
4.4.3  创建结果报告
4.5  时域眼图仿真
4.5.1  输入AMI模型
4.5.2  设置AMI模型
4.5.3  仿真设置
4.5.4  查看眼图
4.5.5  添加眼罩
4.6  SFP+通道实际测试
4.7  本章小结
第5章  并行通道DDR3仿真与分析
5.1  DDR3简介
5.2  使用SIwave提取DDR3数据组
5.3  基于Designer的SI仿真
5.3.1  新建工程
5.3.2  选择器件
5.3.3  运行分析
5.4  DDR的SI+PI仿真
5.4.1  眼图分析
5.4.2  SSN分析
5.4.3  选取更多频率点的分析
5.5  IR drop仿真
5.5.1  SIwave IR压降检查
5.5.2  IR压降仿真
5.6  2.5维、三维模型在信号完整性中的对比分析
5.7  本章总结
第6章  电源完整性问题
6.1  电源完整性概述
6.2  电源噪声形成机理及危害
6.3  VRM模块
6.4  电容去耦原理
6.4.1  从储能角度来理解
6.4.2  从阻抗角度来理解
6.5  PDS阻抗分析
6.5.1  PDS简介
6.5.2  PCB PDS仿真
6.6  PCB谐振仿真
6.6.1  谐振简介
6.6.2  PCB谐振仿真
6.6.3  去耦电容容值估算
6.6.4  两种去耦电容配置方法
6.6.5  PCB谐振优化
6.7  传导干扰和电压噪声测量
6.8  直流压降分析
6.9  串行通道的SSN分析
6.10  DDR3的同步开关噪声分析
6.10.1  “Stratix IV GX FPGA Development Board”电路板简介
6.10.2  SIwave提取传输线S参数
6.10.3  在Designer中进行DDR的SSN分析
6.11  本章小结
第7章  辐射分析
7.1  电磁兼容概述
7.2  电磁兼容相关标准
7.3  电磁干扰方式
7.3.1  差模辐射
7.3.2  共模辐射
7.4  辐射仿真与分析
7.5  本章小结
第8章  信号完整性问题的场路协同仿真
8.1  SMA串行通道仿真
8.1.1  Stratix V GX信号完整性开发板简介
8.1.2  从Cadence导入SIwave
8.1.3  在SIwave中进行SMA通道仿真
8.2  SMA建模
8.2.1  PCB的切割
8.2.2  建立基座和同轴线缆
8.2.3  添加Wave Port
8.2.4  仿真设置
8.2.5  查看仿真结果
8.3  Designer对整个高速互连通道进行系统级仿真
8.3.1  导入参数模型
8.3.2  设置仿真参数和查看仿真结果
8.3.3  TDR仿真
8.3.4  时域眼图分析
8.4  本章小结
参考文献

前言
目前，PCB系统中最典型的电性能分析主要包括信号完整性（Signal Integrity，SI）、电源完整性（Power Integrity，PI）和电磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）三大方向，越来越多的人和公司开始逐渐意识到高速设计对PCB和系统设计带来的挑战。伴随着集成电子电路的工作频率和集成化程度的不断提高，PCB布局布线越来越密集，信号之间的影响也越来越大，通过仿真手段在PCB设计阶段就对潜在的SI/PI/EMI问题进行控制，可以降低研发成本与缩短产品开发时间。不管是在国外还是在国内，不管是在半导体、芯片封装、计算机、通信、消费电子、航空航天和国防等各个领域，人们对SI、PI和EMI的设计流程和分析验证都显得格外重视。
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3个特点。
 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ANSYS的信号完整性工具及电源完整性工具相结合，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。
 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-E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，最终将其应用到实际设计中。
 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、电源完整性及电磁兼容的基本问题，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，从而适合不同层次、不同水平的读者进行阅读。
本文所采用的ANSYS 电子自动化设计（EDA）软件，提供业界唯一完整的系统、电路和电磁场全集成化设计平台，完成从部件设计、电路仿真优化到系统仿真验证的全过程，并在高频和低频电磁场仿真、时域/频域非线性电路仿真、机电一体化设计技术等方面始终处于领导地位，广泛应用于各类高性能电子设备的设计。本书所采用的软件工具包括如下。
 HFSS：三维高频结构全波电磁场仿真，对高速信号通道中的PCB、过孔、封装、连接器、电缆等进行精确的全波仿真、设计与建模，仿真机箱/机柜的屏蔽效能、谐振特性和PCB系统的辐射特性。
 SIwave：PCB和封装信号完整性/电源完整性、EMI/EMC设计仿真工具，采用有限元法直接仿真复杂的PCB结构，得到PCB电源/地平面的谐振特性、完备的信号线传输模型、供电阻抗、直流压降、近场和远场辐射等特性。
 Designer：高速系统设计和仿真环境，可以动态链接和直接调用三维电磁场仿真、PCB电磁场仿真、电路仿真及测试数据，进行高速信号通道和PCB工作特性仿真。
本书主要分为信号完整性分析与电源完整性分析、电磁兼容三大部分，每一部分又可分为基础理论与软件操作。本书共8章，其中第4章由贾雯进行验证并编写，第5章由托亚进行验证并编写，第7章由姜攀进行验证并编写，其余由周润景编写，全书由周润景统稿。参加本书编写的还有王洪艳、蒋诗俊、李志、刘艳珍、刘白灵、韩亦俍、刘晓霞、张大山、何茹、张晨。
本书的出版得到了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！
该书受到国家自然科学基金的支持（高速数字系统的信号与电源完整性联合分析及优化设计，项目批准号：61161001，2012.1—2015.12），在此表示感谢！
该书对于高速电路设计人员及相关专业的教师、学生，将具有很好的使用价值与参考意义，并对提高我国高速电路的设计水平将发挥积极的作用。由于ANSYS公司的仿真工具功能非常强大，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。
编著者

计算机辅助设计

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”等多项国家级、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。

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基于ANSYS的信号和电源完整性设计与分析