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第1章 信号完整性的基本问题 1

1.1高速电路的定义 1

1.2信号完整性的定义 1

1.3信号完整性产生的原因及要求 2

1.3.1信号完整性产生的原因 2

1.3.2波形完整性要求 2

1.3.3时序完整性要求 2

1.4信号的时域和频域特性 3

1.4.1信号的时域和频域 4

1.4.2电路分析的时域和频域 6

1.5信号的上升沿和带宽 6

1.5.1脉冲波形的性质 6

1.5.2非理想脉冲有效频谱的上限频率和下限频率 9

1.6信号完整性问题的分类 11

1.7单网络信号完整性问题 11

1.7.1信号反射（reflection） 11

1.7.2信号的衰减（attenuation） 12

1.7.3信号的色散（dispersion） 13

1.8多网络间信号完整性问题 14

1.9电源分配系统中的信号完整性问题 15

1.9.1源/地反弹 15

1.9.2同步开关噪声 15

1.10电磁干扰和辐射 16

1.11系统时序 16

1.11.1信号的延迟（propagation delay） 16

1.11.2信号的偏差（skew） 17

1.11.3信号的抖动（jitter） 17

1.12信号完整性的分析范畴 17

第2章 高速电路的新设计方法学 19

2.1新设计方法学的设计流程 20

2.1.1布线前仿真 21

2.1.2布线后仿真 21

2.1.3典型的前、后仿真流程 21

2.2高速互连通道SI模型 22

2.3有源器件模型 23

2.3.1 SPICE模型 23

2.3.2 IBIS模型 23

2.4无源元件建模 26

2.4.1经验法则 26

2.4.2解析近似 26

2.4.3数值仿真 26

2.5 EDA仿真工具及比较 27

2.5.1电磁场仿真 27

2.5.2电路仿真 29

2.5.3行为仿真 29

2.6信号完整性分析的协同仿真 29

第3章 ANSYS用于信号完整性分析的EDA软件 31

3.1 ANSYS的EDA软件简介 31

3.2 HFSS软件 32

3.2.1 HFSS概述 32

3.2.2功能简介 33

3.2.3 HFSS在信号完整性分析中的作用 33

3.2.4工作窗口 34

3.2.5基本操作 34

3.3 Designer软件 39

3.3.1 Designer概述 39

3.3.2功能简介 39

3.3.3 Designer在信号完整性分析中的作用 39

3.3.4工作窗口 40

3.3.5基本操作 41

3.4 SIwave软件 43

3.4.1 SIwave概述 43

3.4.2功能简介 43

3.4.3 SIwave在信号完整性分析中的作用 44

3.4.4工作窗口 44

3.4.5基本操作 45

3.5 Q2D（以前称S12D）/Q3D软件 50

3.5.1 Q2D/Q3D概述 50

3.5.2功能简介 50

3.5.3 Q2D/Q3D在信号完整性分析中的作用 50

3.5.4工作窗口 51

3.5.5基本操作 52

第4章 反射 58

4.1反射的基本理论 58

4.1.1从路的观点看反射问题 58

4.1.2欠阻尼和过阻尼 59

4.1.3一次反射 59

4.1.4多次反射 60

4.1.5阻性负载对反射的影响 61

4.1.6容性负载对反射的影响 62

4.1.7感性负载对反射的影响 63

4.2 TDR测试 64

4.2.1 TDR测试原理 64

4.2.2 TDR测试对不同负载的反应 65

4.3消除反射的措施 66

4.4端接匹配 67

4.4.1端接策略 67

4.4.2串行端接 67

4.4.3并行端接 68

4.5拓扑结构 69

4.5.1菊花链结构 69

4.5.2 Fly-by结构 70

4.5.3星型结构 70

4.5.4远端簇结构 71

4.5.5树型结构 71

4.6不同条件下的反射分析 71

4.6.1反弹图 71

4.6.2传输线多长需要考虑匹配 77

4.6.3两种基本的匹配比较 81

4.6.4短串接传输线的反射 83

4.6.5短桩线传输线的反射 87

4.6.6连线中途的容性负载反射 89

4.6.7感性突变引起的反射 91

4.6.8串联电感的补偿 93

4.6.9 Fly-by拓扑结构 95

4.6.10 daisy chain拓扑结构 98

4.6.11 far-end cluster拓扑结构 102

4.6.12 star拓扑结构 104

4.6.13 Tree拓扑结构 110

4.6.14单端/差分TDR仿真 116

4.6.15 分析跨层传输线的TDR 119

第5章 有损耗传输线 123

5.1传输线损耗和信号的衰减 124

5.1.1电阻损耗 124

5.1.2介质损耗 125

5.2色散 126

5.3有耗线的时域影响 128

5.4眼图和误码率（BER） 128

5.4.1眼图 128

5.4.2抖动 130

5.4.3误码率 131

5.5不同条件下的有耗传输线分析 132

5.5.1有耗传输线带宽分析 133

5.5.2有耗传输线对上升沿的影响 136

5.5.3上升沿对有耗传输线的要求 137

5.5.4有耗传输线的瞬态分析 139

5.5.5有耗传输线的眼图分析 141

第6章 串扰 151

6.1串扰的原理性分析 151

6.1.1容性耦合机制 152

6.1.2感性耦合机制 153

6.1.3总的串扰 154

6.1.4减小串扰的措施 154

6.2不同条件下的串扰分析 155

6.2.1上升沿对串扰的影响 155

6.2.2耦合长度对微带线串扰的影响 157

6.2.3耦合长度对带状线串扰的影响 167

6.2.4耦合传输线的SPICE矩阵 170

6.2.5典型间距下传输线的耦合电容和耦合电感 172

6.2.6耦合间距对微带线串扰的影响 174

6.2.7耦合间距对带状线串扰的影响 174

6.2.8脉冲宽度对串扰的影响 176

6.2.9负载端匹配下的串扰 180

6.2.10源端匹配下的串扰 181

6.2.11不匹配下的串扰 185

6.2.12介电常数对串扰的影响 186

6.2.13多条干扰微带线的串扰影响 189

6.2.14多条干扰带状线的串扰影响 192

6.2.15 负载端匹配下防护线对串扰的影响 195

6.2.16源端匹配下的防护线对串扰的影响 200

6.2.17干扰时序对信号的影响 206

6.3 PCB中的串扰分析实例 209

6.4封装中的串扰分析实例 215

第7章 电源完整性问题 225

7.1引言 225

7.2同步开关噪声（SSN） 226

7.2.1 AI电流的产生 226

7.2.2减小ΔI电流的方法 229

7.2.3减小SSN噪声的方法 229

7.3 PCB整板的谐振 231

7.3.1谐振频率的求解 231

7.3.2矩形谐振场波形 232

7.4电源分配系统 233

7.5去耦电容的特性 235

7.5.1电容的频率特性 235

7.5.2电容并联特性 237

7.6电源完整性的总体设计流程 238

7.7整板谐振模式分析（SIwave） 239

7.8 PDS的阻抗分析（SIwave） 249

7.9传导干扰分析和电压噪声测量（SIwave） 255

7.10 SIwave确认检查 261

7.11电源直流压降（DC IRdrop）分析（SIwave） 266

7.12 SSN分析（SIwave＆ Designer） 274

7.13 DDR的SSN分析 284

7.14 SIwizard进行SSN仿真 302

7.14.1不带无源元件 302

7.14.2带有无源元件 307

7.15定制键合线绘制（SIwave） 311

7.16系统级的封装与PCB板连接（SIwave） 315

第8章 差分线 319

8.1差分线基本理论 320

8.1.1差分线中的参数 320

8.1.2差分线的端接匹配 321

8.1.3差分传输可以减小串扰 322

8.1.4差分传输在不连续问题中可减小信号不完整 323

8.2不同条件下的差分线分析 323

8.2.1间距对差分线各种参数的影响 323

8.2.2返回路径平面距离对阻抗的影响 331

8.2.3阻焊层厚度对阻抗的影响 332

8.2.4差分线的匹配 334

8.2.5差分信号到共模信号的转换 338

8.2.6差分对的串扰分析 342

8.2.7分析缝隙对差分对的影响 346

第9章 缝隙和过孔 349

9.1过孔的等效电路 350

9.2存在地孔时的电感 351

9.3过孔的匹配 351

9.4 HDI技术的过孔比较 352

9.5地回流问题 355

9.5.1不同电位的参考层放置旁路电容 355

9.5.2相同电位的参考层放置地孔 357

9.6参考平面的缝隙 358

9.6.1参考平面缝隙对信号的影响 358

9.6.2参考平面缝隙的参数估算 359

9.6.3解决参考面缝隙的方法 360

9.7典型条件下的缝隙/过孔分析 361

9.7.1多层PCB下的缝隙的四种分析 361

9.7.2分析缝隙对传输线的影响 384

9.7.3分析缝隙对串扰的影响 395

9.7.4分析加载电容的缝隙对传输线的影响 399

9.7.5分析增加平面层的缝隙对传输线的影响 408

9.7.6分析过孔长度以及stub的影响 417

9.7.7分析过孔直径、焊盘直径和反焊盘直径的影响 422

9.7.8分析加地孔的影响 431

第10章 辐射 438

10.1辐射原理 438

10.1.1共模电流和差模电流 438

10.1.2差模辐射 438

10.1.3共模辐射 440

10.2 SIwave和Designer协同分析远近场辐射 441

第11章 信号完整性问题的场路协同仿真 450

11.1 ANSYS信号完整性设计的整体流程 450

11.2高速互连通道协同仿真 452

11.2.1 AnsoftLinks与HFSS协同仿真Flipchip封装 452

11.2.2 Q3D提取差分Stripline寄生参数 460

11.2.3 HFSS对差分过孔建模 467

11.2.4 HFSS对SMA连接器建模 484

11.2.5 Designer对整个高速互连通路进行系统仿真 494

11.3 SIwave和Designer协同分析EMI 510