信號(hào)完整性已成為目前從事高速電路設(shè)計(jì)的人們關(guān)注的焦點(diǎn)。本書通過(guò)大量的仿真實(shí)驗(yàn)，幫助讀者深入理解信號(hào)完整性分析的基本概念和研究方法。

作者通過(guò)分析教學(xué)中積累的大量案例，使學(xué)生首先產(chǎn)生直觀的印象，對(duì)“信號(hào)完整性分析”產(chǎn)生濃厚的興趣，然后再通過(guò)對(duì)軟件的學(xué)習(xí)和掌握，直接進(jìn)入信號(hào)完整性分析的前沿領(lǐng)域，利用這些工具進(jìn)行課題研究。

本書采用軟件案例分析教學(xué)，提供用軟件分析的方法實(shí)現(xiàn)與信號(hào)完整性分析相關(guān)的案例研究，讀者可以直接利用這些分析方法去從事與信號(hào)完整性分析相關(guān)的課題研究。

隨著時(shí)鐘頻率的日益提高，信號(hào)完整性問(wèn)題變得越來(lái)越突出，過(guò)去不成為信號(hào)完整性的問(wèn)題現(xiàn)在已經(jīng)變成信號(hào)完整性問(wèn)題了。因此信號(hào)完整性已成為從事高速電路設(shè)計(jì)的人們關(guān)注的焦點(diǎn)，也是他們目前研究的熱點(diǎn)。顯然，關(guān)于信號(hào)完整性問(wèn)題的研究國(guó)外要比國(guó)內(nèi)先進(jìn)得多，國(guó)外每年都有大量的涉及到信號(hào)完整性問(wèn)題的會(huì)議，在各類期刊上都有信號(hào)完整性問(wèn)題的論文發(fā)表，并且已出版了十幾種關(guān)于信號(hào)完整性的教材和專著。為了跟蹤追趕國(guó)外的先進(jìn)水平，國(guó)內(nèi)先后翻譯出版了幾種關(guān)于信號(hào)完整性方面的教材，在國(guó)內(nèi)信號(hào)完整性研究領(lǐng)域起到了很大的推動(dòng)作用。

我校從2005年開始為研究生開設(shè)“信號(hào)完整性分析”這門課程，至今已有五年。在“信號(hào)完整性分析”的教學(xué)和科研當(dāng)中，編寫者積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，深知只有通過(guò)大量的仿真實(shí)驗(yàn)，才能深入理解信號(hào)完整性分析的基本概念和研究方法，并且作者在教學(xué)中積累了大量的分析案例供學(xué)生使用。通過(guò)這些實(shí)例分析，使學(xué)生首先產(chǎn)生直觀的印象，對(duì)“信號(hào)完整性分析”這門課程產(chǎn)生濃厚的興趣，然后再通過(guò)對(duì)軟件的學(xué)習(xí)和掌握，使學(xué)生可以直接進(jìn)入信號(hào)完整性分析的前沿領(lǐng)域，利用這些工具進(jìn)行課題研究。軟件案例分析在教學(xué)中已經(jīng)發(fā)揮了很大的輔助作用。

本書提供用軟件分析的方法實(shí)現(xiàn)與信號(hào)完整性分析相關(guān)的案例研究，不涉及信號(hào)完整性分析的基礎(chǔ)理論知識(shí)以及測(cè)試方法。通過(guò)本書的學(xué)習(xí)，讀者可以直接利用這些分析方法去從事與信號(hào)完整性分析相關(guān)的課題研究。不論是學(xué)習(xí)信號(hào)完整性分析的研究生還是從事信號(hào)完整性分析的科技人員，本書都是一本難得的實(shí)用教材。由于本書涉及的軟件較多，所以不可能把所有的軟件的功能都介紹清楚，但對(duì)于從事信號(hào)完整性分析的讀者來(lái)說(shuō)，最主要的軟件和最基本的分析過(guò)程都已經(jīng)介紹了。如果想深入研究某一軟件的詳細(xì)功能，還需要參考相關(guān)的更專業(yè)的書籍。

本書包括9章。第1章主要介紹信號(hào)完整性仿真分析的幾個(gè)關(guān)系問(wèn)題，包括信號(hào)完整性研究的內(nèi)容、信號(hào)完整性與其他課程的關(guān)系、電磁場(chǎng)類研究方向之間的關(guān)系、信號(hào)完整性與電磁兼容之間的關(guān)系、信號(hào)完整性與PCB設(shè)計(jì)之間的關(guān)系、信號(hào)完整性常用仿真分析軟件等。第2章介紹二維模型的參數(shù)提取工具和方法——用Ansoft SI2D進(jìn)行二維參數(shù)提取。第3章介紹三維模型的參數(shù)提取工具和方法——用Q3D進(jìn)行三維參數(shù)提取。第4章介紹ADS在信號(hào)完整性分析中的應(yīng)用。第5章介紹了用HyperLynx進(jìn)行原理性仿真分析的方法。第6章介紹用HyperLynx進(jìn)行PCB板的仿真分析方法，這一章涉及到后仿真問(wèn)題，所以對(duì)從事具體PCB仿真設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員是很實(shí)用的內(nèi)容。第7章介紹用SIwave進(jìn)行電源完整性分析，在過(guò)去的設(shè)計(jì)中很少用到電源平面，最近幾年才逐漸開始設(shè)計(jì)利用電源平面，所以這部分內(nèi)容是比較新的。第8章介紹用SIwave和Designer進(jìn)行板級(jí)信號(hào)完整性分析，內(nèi)容與第6章的類似，只是分析軟件不同。由于SIwave和Designer使用的都是有限元法，所以分析精度方面要比HyperLynx好。第9章介紹PCB板級(jí)輻射仿真分析方法，主要介紹如何用SIwave和HFSS進(jìn)行板級(jí)的輻射分析，這章的內(nèi)容在過(guò)去很少被用到，所以也是較新的內(nèi)容。

本書由閻照文組織編寫，參加編寫和整理工作的有王剛、車明明、韓雅靜、姜英杰、王濤、付路、張?zhí)m蘭、于曉豐、田國(guó)亮、韓軼峰、栗偉珉、劉焱、王向暉、王冰切、翟禹、哈聰穎、康驪等，在此向他們表示感謝。

編寫這樣一本書的想法很早就有了，經(jīng)過(guò)幾年不斷的資料積累和大家的共同努力，本書終于與讀者見(jiàn)面了。在編寫本書的過(guò)程中參考了大量的書籍和資料，在此向提供資料的單位和個(gè)人表示感謝，恕不能在此一一列舉。雖然編寫者付出了大量的艱苦工作來(lái)策劃和編寫本書，但由于時(shí)間緊迫，水平所限，缺點(diǎn)與錯(cuò)誤在所難免，歡迎使用本書的讀者批評(píng)指正。

聯(lián)系地址：yanzhaowen@buaa.edu.cn。

閻照文

于北京航空航天大學(xué)

2010年10月

前言

第1章 信號(hào)完整性仿真分析方法概述 1
1.1 信號(hào)完整性研究的內(nèi)容 1
1.2 信號(hào)完整性與其他課程的關(guān)系 7
1.3 電磁場(chǎng)類研究方向之間的關(guān)系 7
1.4 信號(hào)完整性與電磁兼容之間的關(guān)系 8
1.5 信號(hào)完整性與PCB設(shè)計(jì)之間的關(guān)系 8
1.6 信號(hào)完整性常用仿真分析軟件介紹 9
1.7 本書的章節(jié)結(jié)構(gòu)安排 9
第2章 用Ansoft SI2D進(jìn)行二維參數(shù)提取 11
2.1 SI2D簡(jiǎn)介 11
2.1.1 什么是SI2D提取器 11
2.1.2 二維場(chǎng)求解器的設(shè)計(jì)環(huán)境 11
2.1.3 快速啟動(dòng)SI2D 12
2.2 例題 13
2.2.1 同軸線 13
2.2.2 同軸線——從三維模型導(dǎo)出
二維模型 21
2.2.3 差分對(duì) 30
2.2.4 過(guò)度蝕刻 42
2.2.5 鍵合線 49
2.2.6 串?dāng)_ 56
2.2.7 平面波導(dǎo) 63
2.2.8 接地的平面波導(dǎo) 71
第3章 用Q3D進(jìn)行三維參數(shù)提取 79
3.1 什么是Q3D Extractor 79
3.1.1 系統(tǒng)需求 79
3.1.2 啟動(dòng)Ansoft Q3D 80
3.1.3 把舊的Q3D文件導(dǎo)入
Q3D Extractor 6中 80
3.1.4 Ansoft條目 80
3.1.5 項(xiàng)目管理器 81
3.1.6 特性窗口 82
3.1.7 Ansoft 3D建模器 82
3.1.8 3D建模器設(shè)計(jì)樹 83
3.1.9 設(shè)計(jì)窗口 83
3.1.10 工具欄 84
3.1.11 顯示或隱藏單個(gè)工具欄 84
3.1.12 自定義排列工具欄 84
3.1.13 Q3D Extractor桌面 85
3.1.14 打開一個(gè)Q3D項(xiàng)目 86
3.2 Q3D實(shí)例分析 86
3.2.1 微帶線 86
3.2.2 微小過(guò)孔 97
3.2.3 分段返回通路 109
3.2.4 球陳列封裝 117
3.2.5 連接器模型 129
3.2.6 接合線 138
3.2.7 螺旋電感 145
第4章 ADS在信號(hào)完整性分析中的應(yīng)用 155
4.1 ADS的基本使用 155
4.1.1 ADS主要操作窗口 155
4.1.2 ADS基本操作 157
4.2 元器件的等效電路模擬 163
4.2.1 示波器探針的等效電路模型 163
4.2.2 RLC電路的時(shí)域行為 164
4.2.3 兩焊盤間鍵合線回路的等效
電路模型 165
4.2.4 去耦電容的等效電路模型 167
4.2.5 驅(qū)動(dòng)器的等效電路模型 168
4.2.6 如何構(gòu)造求阻抗的電路模型 168
4.2.7 傳輸線的等效電路模型 170
4.3 傳輸線的反射仿真 171
4.3.1 阻抗不匹配而產(chǎn)生的振鈴 171
4.3.2 驅(qū)動(dòng)源的內(nèi)阻抗情況 171
4.3.3 反彈圖仿真 172
4.3.4 反射波形仿真 173
4.3.5 仿真TDR測(cè)量原理 174
4.3.6 何時(shí)需要端接 175
4.3.7 源端端接 176
4.3.8 源端端接情況下的傳輸線增加 176
4.3.9 短串接傳輸線的反射 177
4.3.10 短串接傳輸線的反射（續(xù)） 178
4.3.11 短樁線的反射 180
4.3.12 容性終端負(fù)載的反射 181
4.3.13 連線中途的容性負(fù)載反射 182
4.3.14 容性時(shí)延累加 183
4.3.15 有載線 183
4.3.16 感性突變產(chǎn)生的反射 185
4.3.17 感性時(shí)延累加 186
4.3.18 補(bǔ)償 187
4.4 考慮損耗時(shí)的仿真 188
4.4.1 信號(hào)的損耗 188
4.4.2 有損耗傳輸線的建模 188
4.4.3 傳輸線測(cè)試模型 189
4.5 傳輸線的串?dāng)_仿真 190
4.5.1 容性耦合電流 190
4.5.2 感性耦合電流 192
4.6 差分對(duì)仿真 193
4.6.1 差分對(duì)的端接 193
4.6.2 差分信號(hào)向共模信號(hào)的轉(zhuǎn)化 194
4.6.3 差分對(duì)一根信號(hào)線接容性負(fù)載時(shí)
的情況 196
4.6.4 差分對(duì)端接對(duì)共模信號(hào)的影響 197
4.6.5 同時(shí)端接共模和差模 197
4.6.6 同時(shí)端接共模和差模有錯(cuò)位 198
第5章 用HyperLynx進(jìn)行原理性仿真分析 200
5.1 HyperLynx的基本使用 200
5.1.1 建立新的單元胞格式的板圖 200
5.1.2 增加傳輸線 201
5.1.3 增加IC 202
5.1.4 增加電阻、電感和電容 204
5.1.5 編輯電源電壓 205
5.1.6 設(shè)置和運(yùn)行仿真 205
5.1.7 觀察仿真結(jié)果 206
5.1.8 測(cè)量時(shí)間和電壓 207
5.1.9 記錄仿真結(jié)果 207
5.1.10 保存新的板圖 208
5.2 元器件的等效電路模擬 208
5.2.1 帶寬對(duì)上升時(shí)間的影響 208
5.2.2 不同覆蓋厚度時(shí)微帶線周圍的
電場(chǎng)分布 209
5.3 傳輸線的反射仿真 211
5.3.1 傳輸線如何影響驅(qū)動(dòng)器的波形 211
5.3.2 用2D場(chǎng)求解器計(jì)算微帶線中
電場(chǎng)的分布 214
5.3.3 反彈圖 216
5.3.4 反射波形仿真 217
5.3.5 何時(shí)需要端接 219
5.3.6 源端端接 222
5.3.7 源端端接時(shí)傳輸線長(zhǎng)度的影響 222
5.3.8 短串接傳輸線的反射 225
5.3.9 短串接傳輸線的反射（續(xù)） 227
5.3.10 短樁線傳輸線的反射 230
5.3.11 容性終端負(fù)載的反射 233
5.3.12 傳輸線中途的容性負(fù)載反射 236
5.3.13 容性時(shí)延累加 239
5.3.14 有載線 239
5.3.15 感性突變產(chǎn)生的反射 243
5.3.16 感性時(shí)延累加 245
5.3.17 補(bǔ)償 245
5.4 考慮損耗時(shí)的仿真 248
5.4.1 損耗對(duì)傳輸線的影響 248
5.4.2 有損線的時(shí)域行為 248
5.4.3 不同長(zhǎng)度傳輸線對(duì)輸出信號(hào)
的影響 251
5.4.4 損耗對(duì)眼圖的影響 255
5.5 傳輸線的串?dāng)_仿真 257
5.5.1 近端串?dāng)_ 257
5.5.2 遠(yuǎn)端串?dāng)_ 258
5.5.3 仿真串?dāng)_ 259
5.5.4 有源串聯(lián)端接的耦合線 260
5.5.5 多條耦合線攻擊時(shí)的串?dāng)_ 261
5.5.6 帶狀線的情況 263
5.5.7 防護(hù)布線 265
5.5.8 串?dāng)_和時(shí)序 269
5.6 差分對(duì)仿真 272
5.6.1 差分電路的端接 272
5.6.2 微帶線和帶狀線的電場(chǎng)分布 273
5.6.3 端接差分信號(hào) 275
5.6.4 端接共模信號(hào) 280
5.6.5 差分對(duì)中的串?dāng)_ 283
5.6.6 差分對(duì)中的共模噪聲 285
5.6.7 差分對(duì)對(duì)差分對(duì)的噪聲 287
5.6.8 返回路徑中的間隙 290
5.6.9 間隙對(duì)差分對(duì)的影響 291
5.7 使用HyperLynx進(jìn)行時(shí)序調(diào)整 292
5.7.1 概述 292
5.7.2 時(shí)序調(diào)整 292
5.7.3 從實(shí)際板圖電路提取原理
仿真電路的方法 294
5.8 怎樣使用IBIS模型 295
5.8.1 概述 295
5.8.2 V/I數(shù)據(jù) 296
5.8.3 V/T數(shù)據(jù) 298
第6章 用HyperLynx進(jìn)行PCB板的仿真分析 299
6.1 用HyperLynx進(jìn)行PCB后仿真的
基本過(guò)程 299
6.1.1 在BoardSim中打開PCB 299
6.1.2 在BoardSim中編輯疊層和線寬 299
6.1.3 映射器件類型的參考指示符 301
6.1.4 編輯電源網(wǎng)絡(luò) 302
6.1.5 選擇要仿真的網(wǎng)絡(luò) 303
6.1.6 選擇IC元器件模型 303
6.1.7 編輯電阻、電感、電容參數(shù)值 305
6.1.8 確定電阻和電容封裝 305
6.1.9 設(shè)置和運(yùn)行交互式仿真 306
6.1.10 觀察仿真結(jié)果 307
6.1.11 測(cè)量時(shí)間和電壓 308
6.1.12 記錄仿真結(jié)果 308
6.2 觀察BoardSim的特性 309
6.2.1 板圖用戶界面 309
6.2.2 放大和平移 310
6.2.3 改變板的方向 310
6.2.4 改變顯示 310
6.2.5 突出網(wǎng)絡(luò)顯示 311
6.2.6 同時(shí)觀察所有的網(wǎng)絡(luò) 312
6.2.7 觀察板圖布局 312
6.2.8 觀察PCB板圖細(xì)節(jié) 312
6.3 Session Edits保存的信息 314
6.3.1 BoardSim怎樣保存為Session Edits 314
6.3.2 .BUD文件中具有什么信息 315
6.3.3 怎樣保存為Session Edits 315
6.3.4 當(dāng) Session Edits 被重新加載時(shí) 316
6.4 終端向?qū)Ш涂焖俳K端 317
6.4.1 終端向?qū)В═erminator Wizard） 317
6.4.2 快速終端（Quick Terminators） 318
6.4.3 交互式編輯R、L和C 318
6.4.4 創(chuàng)建一個(gè)新的改變報(bào)告 319
6.5 批處理仿真 320
6.5.1 了解批處理仿真 320
6.5.2 準(zhǔn)備批處理仿真的板圖 322
6.5.3 運(yùn)行批處理仿真向?qū)?325
6.5.4 批處理仿真報(bào)告 326
6.6 運(yùn)行EMC仿真 326
6.6.1 設(shè)置頻譜分析儀探針 326
6.6.2 使用頻譜分析儀運(yùn)行EMC仿真 329
6.7 在BoardSim中交互式仿真串?dāng)_ 332
6.7.1 實(shí)現(xiàn)交互式板圖后串?dāng)_仿真 332
6.7.2 BoardSim怎樣找到串?dāng)_網(wǎng)絡(luò) 333
6.7.3 怎樣顯示攻擊線 333
6.7.4 設(shè)置串?dāng)_仿真的IC模型 334
6.7.5 運(yùn)行仿真 334
6.7.6 怎樣最大化仿真特性 336
6.7.7 改變攻擊網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量 336
6.8 在BoardSim中運(yùn)行場(chǎng)求解器 337
6.8.1 關(guān)于BoardSim串?dāng)_和場(chǎng)求解器 337
6.8.2 什么是場(chǎng)求解器 337
6.8.3 BoardSim串?dāng)_場(chǎng)求解器是
怎樣工作的 338
6.8.4 打開耦合觀察器 338
6.8.5 報(bào)告網(wǎng)絡(luò)段的特性 340
6.9 多塊PCB板的分析 340
6.9.1 什么是多板選項(xiàng) 340
6.9.2 互聯(lián)模型 341
6.9.3 互聯(lián)電氣特性 341
6.9.4 MultiBoard Project Wizard概述 341
6.9.5 關(guān)于板圖ID 342
6.9.6 映射.HYP文件到板圖ID中 342
6.9.7 關(guān)于互連關(guān)系映射的說(shuō)明 343
6.9.8 插入新的.HYP文件 344
6.9.9 刪除連接的.HYP文件 344
6.9.10 插入新的互聯(lián)映射 344
6.9.11 編輯MultiBoard Project Wizard
的提示框 344
6.9.12 創(chuàng)建或編輯一個(gè)多板的項(xiàng)目文件 345
6.9.13 編輯多板工程 350
6.9.14 打開多板項(xiàng)目文件 352
第7章 用SIwave進(jìn)行電源完整性分析 353
7.1 板圖設(shè)計(jì) 353
7.2 封裝板的阻抗分析 371
7.3 封裝板的S參數(shù) 381
7.4 同步開關(guān)噪聲（SSN） 396
7.5 系統(tǒng)級(jí)封裝器件 411
第8章 用SIwave和Designer進(jìn)行板級(jí)信號(hào)
完整性分析 415
8.1 T型板分析 415
8.1.1 模型描述 415
8.1.2 設(shè)置設(shè)計(jì)環(huán)境 416
8.1.3 創(chuàng)建模型 419
8.1.4 求解方案 424
8.1.5 仿真結(jié)果分析 428
8.2 分析封裝上的差分對(duì) 430
8.2.1 定義全局材料屬性 430
8.2.2 打開工程 430
8.2.3 疊層設(shè)置 431
8.2.4 主窗口中的疊層觀察 431
8.2.5 導(dǎo)體設(shè)置 431
8.2.6 走線設(shè)置 432
8.2.7 求解設(shè)置 433
8.2.8 觀察諧振模式 434
8.2.9 源的定義 434
8.2.10 終端的定義 435
8.2.11 編輯電路元件屬性 435
8.2.12 設(shè)置頻率掃描 436
8.2.13 求解 436
8.2.14 共模模式設(shè)置 437
8.2.15 頻率掃描設(shè)置 437
8.2.16 端口設(shè)置 438
8.2.17 設(shè)置SPICE求解 439
8.2.18 SPICE差分對(duì) 441
8.2.19 電路結(jié)構(gòu) 442
8.2.20 求解電路（差模模式） 444
8.2.21 后處理電路 445
8.2.22 共模模式 445
8.2.23 共模模式仿真結(jié)果 446
8.3 傳輸時(shí)延 447
8.3.1 繪制金屬層 447
8.3.2 繪制走線 454
8.3.3 添加過(guò)孔 455
8.3.4 添加去耦電容 459
8.3.5 SIwave、Designer結(jié)合仿真 459
第9章 PCB板級(jí)輻射仿真分析方法 469
9.1 在SIwave中建立激勵(lì)源 469
9.2 在HFSS中進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)求解 471
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