ADS信号完整性仿真与实战

"硬件工程师必会的信号完整性分析 解决硬件工程师「原理图无误，PCB无误，电路调试却出错」的难题 帮助广大的硬件工程师设计出更加稳定可靠的电子系统 作者结合自己在PCB和EDA行业多年的实践经验，对信号完整性的基本概念、仿真工具的实际操作 与建模、PCB的物理实现必须关注的设计细节，结合DDR、HDMI、USB等常见的应用场景，进行了 系统而全面的介绍，真正做到了深入浅出，读者不需要高深的理论功底，就能快速上手解决实际 问题，同时在这个过程中逐步认识和理解信号完整性的各种设计理念，真正做到了不但授之以鱼， 更授之以渔。 ———————————————————————————— 随着产品的性能越来越强，高速信号越来越多，如何评估高速信号可行性和可靠性，是一个巨大的挑战。 而使用功能强大的 Keysight的ADS来进行仿真及验证，是应对上述挑战的重要手段之一。将修国先生在这 个方面具有多年的高速设计和仿真经验，本书正是他丰富经验的精髓，对于从事高速领域工作的工程师， 以及期望学习此方面知识技能的学生，具有很好的指导或参考作用。 ——华为技术有限公司 技术专家 莫道春 人工智能时代的到来，逐步解放了人类的劳动力。工程师由于设计工具的发展，也从大量的依赖经验和手 动计算的工作中释放出来。ADS的不断强大和完善，为SI工程师和射频工程师的开发模式带来巨大变革。在 工程师的必备技能中，仿真成为了新工科的必备技能。修国凭借多年项目经验和积累，希望通过本书引领 这个变革，让工程师朋友们一起成为新时代硬件开发的弄潮儿。 ——公众号“硬件十万个为什么”创始人 朱晓明 在信号完整性领域，能够做到深入浅出地讲解理论知识，分享实际工程经验的人，必须在这个领域里面钻 研多年，能够从理论走向实践，再从实践回归理论，反复迭代，这样写出的书才不会落入生涩难懂的局面。 幸好我们有蒋修国先生，他真正是“从工程师来，到工程师去”，以实战经验为背景，解读信号完整性基础 知识以及ADS仿真工具。实际上，蒋修国在写这本书的时候非常克制，作为信号完整性方面的专家，他打通 了从建模、设计到验证测试的所有环节，但这本书的内容只聚焦在设计仿真方面，也正因为如此，其内容 才丰富和实用。这本书是很多工程师所期待的。 ——是德科技数字测试市场经理 杜吉伟 "

本书主要是以ADS软件为依托，结合信号完整性和电源完整性的基础理论以及实际的案例，完整地介绍了使用ADS进行信号完整性以及电源完整性仿真的流程和方法，最终都以实际的案例呈现给读者，包括信号完整性和电源完整性的基本概念、ADS软件基本架构以及简单使用、PCB材料及层叠设计、IBIS模型、SPICE模型以及S参数的应用、阻抗端接匹配仿真、串扰仿真，以及使用专门的工具进行阻抗、过孔、DDR4、高速串行通道、PCB信号以及电源完整性的仿真分析等。内容翔实，实用性强。本书深入浅出结合实际案例的应用讲解，非常适合信号完整性以及ADS仿真入门教程，也可以作为资深仿真工程师的工具书，还可以作为大学电子、电路、通信、电磁场等专业的教学专业实验教材。

蒋修国，近10年信号完整性设计和仿真相关经验，目前就职于是德科技，任EEsof应用工程师，负责信号完整性、电源完整性和EMC相关产品的应用与技术支持。曾参与过大型服务器、交换机、高速背板和云存储产品的硬件研发以及信号完整性设计和仿真工作。擅长高速数字电路的信号完整性和电源完整性仿真、设计和测试；设计过QSFP28，USB Type-C等多款高速接口测试夹具。于2014年创建了“信号完整性”公众号，每周都会分享SI、PI、RF和EMC等硬件的仿真、测试以及行业信息等相关的内容。公众号关注人数近2万人，文章累积阅读和转发量达数百万次。

第1章信号完整性基本概念1
1.1什么是信号完整性？2
1.1.1上升时间和下降时间2
1.1.2占空比3
1.1.3建立时间3
1.1.4保持时间4
1.1.5抖动4
1.1.6传输线5
1.1.7特性阻抗6
1.1.8反射6
1.1.9串扰7
1.1.10单调性8
1.1.11过冲/下冲8
1.1.12眼图9
1.1.13码间干扰9
1.1.14误码率10
1.1.15损耗10
1.1.16趋肤效应11
1.1.17扩频时钟（SSC）11
1.2电源完整性基本概念12
1.3SI/PI/EMC的相互关系13
本章小结13
第2章ADS基本概念及使用14
2.1是德科技EEsof软件简介15
2.2ADS软件介绍16
2.2.1ADS概述16
2.2.2ADS软件架构16
2.3ADS相关的文件介绍19
2.4ADS相关窗口和菜单介绍19
2.4.1启动ADS19
2.4.2ADS主界面20
2.5ADS基础使用21
2.5.1新建或者打开原有工程22
2.5.2新建原理图26
2.5.3新建Layout33
2.5.4新建数据显示窗口36
本章小结41
第3章PCB材料和层叠设计42
3.1PCB材料介绍43
3.1.1铜箔43
3.1.2介质（半固化片和芯板）46
3.1.3介电常数和介质损耗角46
3.1.4PCB材料的分类48
3.1.5高速板材的特点48
3.2层叠设计49
3.2.1层叠设计的基本原则49
3.2.2层叠设计的典型案例50
3.2.3层叠结构中包含的参数信息54
3.3如何设置ADS中的层叠54
3.3.1新建层叠55
3.3.2编辑材料信息57
3.3.3编辑层叠结构60
3.3.4添加过孔结构类型62
3.4CILD阻抗计算63
3.4.1CILD（阻抗计算）介绍63
3.4.2微带线阻抗计算64
3.4.3参数的扫描69
3.4.4统计分析71
3.4.5带状线阻抗计算73
3.4.6共面波导线阻抗计算73
3.4.7自定义传输线结构74
本章小结76
第4章传输线及端接77
4.1传输线78
4.2ADS中的各类传输线79
4.2.1理想传输线模型80
4.2.2微带线和带状线模型80
4.2.3多层结构的传输线模型84
4.3损耗与信号完整性86
4.4阻抗与反射89
4.4.1传输链路与阻抗不连续点89
4.4.2反弹图90
4.4.3传输线阻抗分析92
4.4.4短桩线的反射93
4.5端接95
4.5.1点对点的传输线仿真95
4.5.2源端端接仿真96
4.5.3并联端接仿真98
4.5.4戴维宁端接仿真99
4.5.5RC端接仿真99
本章小结101
第5章过孔及过孔仿真102
5.1过孔的分类103
5.2Via的结构103
5.3ViaDesigner105
5.3.1开启ViaDesigner106
5.3.2编辑层叠结构107
5.3.3编辑过孔结构110
5.3.4ViaDesigner变量设置118
5.3.5过孔的仿真以及仿真状态119
5.3.6查看仿真结果121
5.3.7导出仿真结果和模型125
5.4过孔的参数扫描仿真127
5.5ViaDesigner模型在与ADS和EMPro中的应用131
5.5.1ViaDesigner模型在ADS中的应用131
5.5.2ViaDesigner模型在EMPro中的应用133
5.6高速电路中过孔的设计注意事项134
本章小结135
第6章串扰案例136
6.1串扰137
6.2串扰的分类137
6.2.1近端串扰和远端串扰137
6.2.2串扰的仿真138
6.3ADS参数扫描139
6.4串扰的耦合长度与串扰的关系140
6.5传输线之间的耦合距离与串扰的关系157
6.5.1传输线之间耦合间距与串扰的仿真157
6.5.2为什么PCB设计要保证3W159
6.6激励源的上升时间与串扰的关系160
6.7串扰与带状线的关系161
6.7.1微带线与带状线串扰的对比161
6.7.2高速信号线是布在内层好还是外层164
6.8传输线到参考层的距离与串扰的关系164
6.9定量分析串扰167
6.10串扰与S参数以及总线要求168
6.11如何减少电路设计中的串扰170
本章小结170
第7章S参数及其仿真应用171
7.1S参数介绍172
7.1.1S参数模型简介172
7.1.2S参数的命名方式以及混合模式173
7.1.3S参数的基本特性174
7.2检查/查看S参数175
7.3S参数仿真178
7.3.1提取传输线的S参数178
7.3.2S参数数据处理以及定义规范模板181
7.4S参数与TDR184
7.4.1编辑TDR公式184
7.4.2Frontpanel的SPTDR工具186
本章小结187
第8章IBIS与SPICE模型188
8.1IBIS模型简介189
8.2IBIS模型的基本语法和结构190
8.2.1IBIS的基本语法190
8.2.2IBIS结构190
8.2.3IBIS文件实例191
8.3ADS中IBIS模型的使用199
8.3.1IBIS模型的应用199
8.3.2ADS中使用EBD模型206
8.3.3ADS中使用Package模型208
8.4SPICE模型209
8.4.1ADS中SPICE模型的使用210
8.4.2宽带SPICE（BBS）模型生成器212
8.4.3W-element模型生成215
本章小结218
第9章HDMI仿真219
9.1HDMI220
9.2HDMI电气规范解读221
9.2.1HDMI线缆规范222
9.2.2HDMI源设备规范223
9.2.3HDMI接收设备规范224
9.3眼图和眼图模板225
9.3.1眼图和眼图模板介绍225
9.3.2选择眼图探针在ADS中设置眼图模板228
9.3.3在ADS中设置眼图模板230
9.4HDMI仿真231
9.4.1HDMI源设备仿真231
9.4.2HDMI布线长度仿真234
9.4.3HDMI差分对内长度偏差仿真235
9.4.4HDMI差分对间长度偏差仿真237
9.5HDMI设计规则238
本章小结238
第10章DDR4仿真239
10.1DDRx总线介绍240
10.1.1DDR介绍240
10.1.2DDR4电气规范241
10.2DDR4系统框图244
10.3DDR4设计拓扑结构244
10.4片上端接（ODT）246
10.5DDR4总线仿真247
10.5.1地址、控制、命令以及时钟信号仿真247
10.5.2数据和数据选通信号仿真249
10.5.3DDRbus仿真254
10.5.4同步开关噪声（SSN）仿真256
10.6DDR4一致性仿真分析259
10.7DDR4的电源分配网络仿真260
10.8DDR4设计注意事项260
本章小结261
第11章高速串行总线仿真262
11.1高速串行接口263
11.2USB263
11.2.1USB的发展历史263
11.2.2USB3.0的物理结构及电气特性264
11.3IBIS-AMI模型介绍267
11.4通道仿真268
11.5逐比特模式（Bitbybit）271
11.6统计模式（Statistics）275
11.7使用理想的发送/接收模型（Tx_Diff/Rx_Diff）277
本章小结280
第12章PCB板级仿真SIPro281
12.1PCB信号完整性仿真的流程282
12.2PCB文件导入283
12.3剪切PCB文件284
12.4层叠和材料设置287
12.5SIPro使用流程289
12.5.1启动SIPro289
12.5.2设置仿真分析类型291
12.5.3选择信号网络292
12.5.4设置仿真模型296
12.5.5设置仿真端口298
12.5.6设置仿真频率和Options设置300
12.5.7运行仿真303
12.5.8查看和导出仿真结果303
本章小结310
第13章PCB板级仿真PIPro311
13.1电源完整性基础312
13.1.1什么是电源完整性312
13.1.2电源分配网络312
13.1.3目标阻抗313
13.2ADS电源完整性仿真流程313
13.3电源完整性直流分析（PIDC）315
13.3.1建立直流仿真分析315
13.3.2选择电源网络并确定参数316
13.3.3分离元件参数设置317
13.3.4VRM设置319
13.3.5Sink设置320
13.3.6设置Options323
13.3.7运行仿真及查看仿真结果324
13.4电源完整性电热仿真（PIET）332
13.4.1建立电热仿真分析332
13.4.2热模型设置333
13.4.3设置Options338
13.4.4运行仿真以及查看仿真结果339
13.5电源完整性交流分析（PIAC）341
13.5.1VRM、Sink设置342
13.5.2电容模型设置343
13.5.3仿真频率和Options设置352
13.5.4运行仿真并查看仿真结果353
13.5.5产生原理图和子电路359
13.5.6优化仿真结果361
13.6如何设计一个好的电源系统365
本章小结365