基于ANSYS的信号和电源完整性设计与分析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

作  者:周润景,姜攀 编著 定  价:49 出 版 社:电子工业出版社 出版日期:2017年01月01日 页  数:241 装  帧:平装 ISBN:9787121304958 ●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
●部分目录

内容简介

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。

《数字电路的奥秘：从原理到实践的高级解析》 内容简介： 本书旨在为读者提供一套全面而深入的数字电路设计与分析方法论，重点关注在当今高速、复杂数字系统中至关重要的信号完整性（Signal Integrity, SI）和电源完整性（Power Integrity, PI）两大核心领域。我们将带领读者跨越理论的藩篱，深入理解数字信号在印制电路板（PCB）上传播时所面临的各种挑战，以及如何通过精湛的设计与细致的分析来规避潜在的问题，确保系统的高效、稳定运行。 第一部分：数字电路基础与信号传播 在进入信号和电源完整性分析的核心之前，本书将首先夯实读者的数字电路基础，并从根本上理解信号在物理介质中的传播特性。 高速数字信号的本质： 我们将剖析数字信号的上升沿和下降沿，理解其并非理想的瞬时跃变，而是具有一定的频谱特性。从时域和频域的角度，深入理解快速开关和高频分量对信号质量的影响，例如过冲（Overshoot）、下冲（Undershoot）、振铃（Ringing）和毛刺（Glitches）等现象的产生根源。 传输线理论 revisited： 尽管“传输线”概念在许多电子工程教材中都有提及，但本书将以更贴近实际PCB设计和高速信号传播的视角，重新审视传输线理论。我们将重点讲解特征阻抗（Characteristic Impedance）、延迟（Delay）、反射（Reflection）以及串扰（Crosstalk）等关键参数的物理意义和计算方法。从微带线（Microstrip）和带状线（Stripline）等典型PCB走线结构出发，讲解阻抗匹配（Impedance Matching）的重要性，以及失配阻抗如何导致能量的反射，进而影响信号的完整性。 PCB材料与结构的影响： PCB的基材（如FR-4、聚四氟乙烯PTFE等）及其层叠结构对信号传播特性有着至关重要的影响。我们将深入探讨介电常数（Dielectric Constant, εr）、损耗因子（Loss Tangent, tanδ）等参数如何影响信号的速度和衰减。同时，PCB的内层布线、过孔（Via）的设计、焊盘（Pad）的形状以及表面涂层等细节，都可能成为信号完整性问题的潜在源头。 第二部分：信号完整性（SI）设计与分析 本部分是本书的重中之重，我们将详细阐述信号完整性的关键概念、设计原则和分析方法。 反射与阻抗匹配： 深入讲解信号在传输线中的反射现象，包括端接（Termination）技术的必要性。我们将详细介绍多种端接策略，如串联端接（Series Termination）、并联端接（Parallel Termination）、戴维南端接（Thevenin Termination）和RC端接等，分析它们各自的工作原理、适用场景以及设计考量。理解如何根据信号的驱动能力、负载特性和传输距离来选择最合适的端接方式，以最大限度地减少反射，确保信号在接收端得到清晰的恢复。 串扰与干扰耦合： 高速信号的快速跳变会向邻近的信号线辐射电磁场，从而在其他信号线上感应出干扰信号，这就是串扰。我们将分析串扰的产生机理，包括前向串扰（Forward Crosstalk）和后向串扰（Backward Crosstalk），以及它们对接收信号的影响。深入探讨如何通过走线间距（Spacing）、地线屏蔽（Ground Shielding）、差分对（Differential Pair）设计和走线长度匹配（Length Matching）等技术来有效抑制串扰。 损耗与信号衰减： 随着信号频率的升高和传输距离的增加，信号在PCB走线中会经历介质损耗（Dielectric Loss）和导体损耗（Conductor Loss）。我们将详细解析这些损耗的来源，以及它们如何导致信号的幅度衰减和波形展宽（Jitter）。讨论如何通过选择低损耗的PCB材料、优化走线宽度和高度、以及采用信号补偿技术（如去加重De-emphasis和预加重Pre-emphasis）来缓解信号损耗。 时序与抖动（Jitter）： 在高速数字系统中，信号的到达时间和保持时间至关重要。抖动是信号时序上的不确定性，它会直接影响系统的时序裕量，甚至导致误码。我们将深入分析抖动的来源，包括确定性抖动（Deterministic Jitter, DJ）和随机抖动（Random Jitter, RJ），以及总抖动（Total Jitter, TJ）的构成。讲解如何通过精确的时钟设计、良好的信号完整性设计和合规性检查来控制抖动，确保数据的正确传输。 差分信号设计： 差分信号因其优越的共模噪声抑制能力和更高的抗干扰性能，在高速接口（如USB、PCIe、HDMI等）中得到了广泛应用。我们将详细介绍差分信号的原理，包括共模信号、差模信号以及差模阻抗。重点讲解差分对的布线规则，如走线紧密耦合、长度匹配、过孔对称性以及端接策略等，以确保差分信号的完整性。 第三部分：电源完整性（PI）设计与分析 一个稳定可靠的电源是所有数字电路正常工作的基石。本部分将聚焦于电源完整性，解析其重要性以及相应的设计与分析方法。 电源分配网络（PDN）的挑战： PDN负责将电压调节器（VRM）产生的稳定电压输送给芯片的各个功率引脚。在高密度、高功耗的数字系统中，PDN面临着瞬态电流需求（Transient Current Demand）、自感（Self-Inductance）和回路阻抗（Loop Impedance）等挑战。我们将分析芯片在不同工作模式下瞬时电流的剧烈变化，以及PDN的阻抗如何影响电压的稳定性。 去耦电容（Decoupling Capacitors）的作用与选型： 去耦电容是PDN中最重要的组成部分，它们负责在芯片瞬时电流需求增加时提供局部储能，吸收电压跌落。我们将详细介绍不同类型去耦电容（如陶瓷电容、钽电容、电解电容）的频率响应特性，以及如何根据芯片的功率需求和频率范围来选择合适容值、ESR（等效串联电阻）和ESL（等效串联电感）的电容组合。讲解电容的布局（Placement）和过孔（Via）对PDN阻抗的影响。 电源平面（Power Plane）与地平面（Ground Plane）的耦合： 在多层PCB中，电源平面和地平面构成了低阻抗的电源分配路径。我们将分析电源平面和地平面之间的电容和电感效应，以及它们如何共同影响PDN的整体阻抗。讨论如何通过合理的平面分割、过孔连接以及滤波器的使用来优化PDN的性能。 PDN阻抗与电压纹波（Voltage Ripple）： PDN的阻抗是衡量其性能的关键指标。我们将通过理论分析和仿真工具，讲解如何计算和评估PDN的阻抗特性，特别是其在不同频率下的阻抗曲线。低PDN阻抗是保证电压稳定的前提，我们将探讨如何通过优化PDN结构、选择合适的去耦电容和减少回路电感来降低PDN阻抗，从而减小电压纹波，满足芯片的供电要求。 电源噪声的传播与抑制： 除了瞬态电流引起的问题，电源线上也可能存在来自外部的噪声干扰。我们将分析不同来源的电源噪声，以及它们如何在PDN中传播。讲解如何通过滤波器、磁珠（Ferrite Beads）以及合理的接地策略来抑制电源噪声。 第四部分：高级主题与综合应用 在掌握了信号和电源完整性的基本原理后，本书将进一步探讨一些高级主题，并将理论与实际设计流程相结合。 眼图（Eye Diagram）分析： 眼图是评估数字信号质量最直观的工具之一。我们将详细解析眼图的构成要素，如眼高（Eye Height）、眼宽（Eye Width）、抖动（Jitter）和过冲/下冲（Overshoot/Undershoot），以及如何通过眼图来判断信号的合规性和预测潜在的时序问题。 PCB设计流程中的SI/PI考量： 本部分将把SI/PI的分析方法融入到实际的PCB设计流程中。从原理图设计、器件选型、PCB布局（Placement）到布线（Routing）、 DRC（设计规则检查）和LVS（版图与原理图一致性检查），我们将阐述如何在每一个环节中嵌入SI/PI的思考，以及如何利用EDA工具进行初步的SI/PI约束设置。 仿真工具的应用（非特定软件）： 虽然本书不以特定软件为重点，但我们将介绍在SI/PI分析中常用的仿真方法和技术。读者将了解诸如S参数（S-parameters）分析、时域反射计（TDR）仿真、瞬态仿真、全波电磁场（Full-wave EM）仿真等在评估信号完整性和电源完整性中的作用。 最新趋势与未来展望： 随着集成电路性能的不断提升和通信速率的不断加快，信号和电源完整性面临的挑战也日益严峻。我们将简要介绍当前高速数字设计领域的一些前沿技术和发展趋势，例如高频材料的应用、高级封装技术的影响、以及人工智能在SI/PI分析中的潜在应用等。 目标读者： 本书适合高等院校电子工程、通信工程、计算机科学与技术等相关专业的本科生、研究生，以及在数字电路设计、PCB设计、硬件开发等领域工作的工程师。读者应具备一定的数字逻辑、电路分析和电磁场基础知识。 本书特色： 理论与实践相结合： 深入浅出的理论讲解，辅以丰富的实际设计案例分析，帮助读者建立系统性的理解。 全面覆盖： 涵盖了信号完整性和电源完整性的核心概念、关键技术和分析方法。 循序渐进： 从基础原理出发，逐步深入到高级主题，适合不同层次的读者。 注重工程实践： 强调设计约束的建立和仿真工具的应用，引导读者掌握解决实际工程问题的能力。 通过阅读本书，您将能够更深刻地理解高速数字信号在PCB上的传播行为，掌握有效的信号完整性与电源完整性设计策略，从而有效提升您所设计的数字系统的性能、稳定性和可靠性。