高速电路PCB设计与EMC技术分析

第一篇基础篇

第1章高速电路PCB概述

1.1高速信号

1.1.1高速的界定

1.1.2高速信号的频谱

1.1.3高速电路与射频电路的区别

1.2无源器件的射频特性

1.2.1金属导线和走线

1.2.2电阻

1.2.3电容

1.2.4电感和磁珠

1.3PCB基础概念

1.4高速电路设计面临的问题

1.4.1电磁兼容性

1.4.2信号完整性

1.4.3电源完整性

第2章高速电路电磁兼容

2.1电磁兼容的基本原理

2.1.1电磁兼容概述

2.1.2电磁兼容标准

2.1.3电磁兼容设计的工程方法

2.2电磁干扰

2.2.1电磁干扰概述

2.2.2电磁干扰的组成要素

2.3地线干扰与接地技术

2.3.1接地的基础知识

2.3.2接地带来的电磁兼容问题

2.3.3各种实用接地方法

2.3.4接地技术概要

2.4干扰滤波技术

2.4.1共模和差模电流

2.4.2干扰滤波电容

2.4.3滤波器的安装

2.5电磁屏蔽技术

2.5.1电磁屏蔽基础知识

2.5.2磁场的屏蔽

2.5.3电磁密封衬垫

2.5.4截止波导管

2.6PCB的电磁兼容噪声

2.6.1PCB线路上的噪声

2.6.2PCB的辐射

2.6.3PCB的元器件

2.7本章小结

第3章高速电路信号完整性

3.1信号完整性的基础

3.1.1信号完整性问题

3.1.2高速电路信号完整性问题的分析工具

3.2传输线原理

3.2.1PCB中的传输线结构

3.2.2传输线参数

3.2.3传输线模型

3.3时序分析

3.3.1传播速度

3.3.2时序参数

3.3.3时序设计目标和应用举例

3.4反射

3.4.1瞬态阻抗及反射

3.4.2反弹

3.4.3上升沿对反射的影响

3.4.4电抗性负载反射

3.5串扰

3.5.1串扰现象

3.5.2容性耦合和感性耦合

3.5.3串扰的模型描述

3.5.4串扰噪声分析

3.5.5互连参数变化对串扰的影响

3.6本章小结

第4章高速电路电源完整性

4.1电源完整性问题概述

4.1.1芯片内部开关噪声

4.1.2芯片外部开关噪声

4.1.3减小同步开关噪声的其他措施

4.1.4同步开关噪声总结

4.2电源分配网络系统设计

4.2.1PCB电源分配系统

4.2.2电源模块的模型

4.2.3去耦电容的模型

4.2.4电源／地平面对的模型

4.3本章小结

第5章去耦和旁路

5.1去耦和旁路特性

5.2去耦和旁路电路属性参数

5.2.1能量储存

5.2.2阻抗

5.2.3谐振

5.2.4其他特性

5.3电源层和接地层电容

5.4电容选择举例

5.4.1去耦电容的选择

5.4.2大电容的选择

5.4.3选择电容的其他考虑因素

5.5集成芯片内电容

5.6本章小结

第6章高速电路PCB的布局和布线

6.1走线与信号回路

6.1.1PCB的走线结构

6.1.2网络、传输线、信号路径和走线

6.1.3“地”、返回路径、镜像层和磁通最小化

6.2返回路径

6.2.1返回电流的分布

6.2.2不理想的参考平面

6.2.3参考平面的切换

6.2.4地弹

6.3高速PCB的叠层设计

6.3.1多层板叠层设计原则

6.3.2尽量使用多层电路板

6.3.36层板叠层配置实例

6.4高速PCB的分区

6.4.1高速PCB的功能分割

6.4.2混合信号PCB的分区设计

6.5高速PCB的元件布局

6.5.1布线拓扑和端接技术

6.5.2如何选择端接方式

6.5.3端接的仿真分析

6.6高速PCB布线策略和技巧

6.6.1过孔的使用

6.6.2调整走线长度

6.6.3拐角走线

6.6.4差分对走线

6.6.5走线的3?W原则

6.7本章小结

第二篇应用篇

第7章现代高速PCB设计方法及EDA

7.1现代高速PCB设计方法

7.1.1传统的PCB设计方法

7.1.2基于信号完整性分析的PCB设计方法

7.2高速互连仿真模型

7.2.1SPICE模型

7.2.2IBIS模型

7.2.3Verilog-AMS/VHDL-AMS模型

7.2.4三种模型的比较

7.2.5传输线模型

7.3常用PCB设计软件

7.3.1Protel

7.3.2OrCAD

7.3.3ZUKENCR

7.3.4CadenceAllegro系统互连设计平台

7.3.5MentorGraphicsPADS

7.4本章小结

第8章PowerLogic&PowerPCB高速电路设计

8.1PADS软件套装

8.2PowerLogic原理图设计

8.2.1PowerLogic的用户界面

8.2.2建立一个新的设计

8.2.3环境参数设置

8.2.4添加、删除和复制元件

8.2.5PADS元件库与新元件的创建

8.2.6建立和编辑连线

8.2.7在PowerLogic下的叠层设置

8.2.8在PowerLogic下定义设计规则

8.2.9输出网表到PCB

8.3PowerPCB版图设计

8.3.1PowerPCB的用户界面

8.3.2设计准备

8.3.3单位设置

8.3.4建立板边框

8.3.5设置禁布区

8.3.6输入网表

8.3.7叠层设计

8.3.8定义设计规则

8.3.9颜色设置

8.4元件布局

8.4.1准备

8.4.2散开元器件

8.4.3设置网络的颜色和可见性

8.4.4建立元件组合

8.4.5原理图驱动布局

8.4.6放置连接器

8.4.7顺序放置电阻

8.4.8使用查找（Find）命令放置元件

8.4.9极坐标方式放置（RadialPlacement）元件

8.4.10布局完成

8.5布线

8.5.1布线准备

8.5.2几种布线方式

8.5.3布线完成

8.6定义分割／混合平面层

8.6.1选择网络并指定不同的显示颜色

8.6.2设置各层的显示颜色和平面层的属性

8.6.3定义平面层区域

8.6.4定义平面层的分隔

8.6.5灌注平面层

8.6.6初步完成PCB设计

8.7本章小结

第9章HyperLynx信号完整性及EMC分析

9.1HyperLynx软件

9.2LineSim布线前仿真

9.2.1利用LineSim进行反射分析

9.2.2利用LineSim进行EMC/EMI分析

9.2.3传输线损耗仿真

9.2.4利用LineSim进行串扰分析

9.3BoardSim布线后分析

9.3.1生成BoardSim电路板

9.3.2BoardSim的批处理板级分析

9.3.3BoardSim的交互式仿真

9.3.4BoardSim端接向导

9.3.5BoardSim串扰分析

9.4本章小结

第10章实例基于信号完整性分析的高速数据采集系统的设计

10.1系统组成

10.1.1AD9430芯片简介

10.1.2CPLD芯片简介

10.1.3USB2.0设备控制芯片CY7C

10.1.4SDRAM

10.2基于信号完整性的系统设计过程

10.2.1原理图的信号完整性设计

10.2.2PCB的信号完整性设计

10.3设计验证

10.3.1差分时钟网络仿真

10.3.2数据通道仿真

10.4本章小结

附录A常用导体材料的特性参数

附录B常用介质材料的特性参数

附录C变化表

附录D国际单位的前缀

参考文献

　　本书从高速电路的基本概念出发，首先分析高速电路与低速电路的区别，进而概括出高速电路所面临的三大问题：电磁兼容、信号完整性和电源完整性，接着本书对这些问题的来龙去脉及其危害作了详细的分析，最后将这些问题的解决方法贯穿到实际的高速电路PCB设计过程之中。本书采用“提出问题－分析问题－解决问题”的思维方式，坚持理论和实践相结合。一方面使高速电路PCB设计者对相关理论有清楚的认识，另一方面使高速电路PCB设计者形成一种全局观念，将电磁兼容、信号完整性等观念贯穿于PCB设计过程的始终。如果您是一名准备进入PCB设计行业的初学者，您将会幸运地避免上面的难题，本书将引导您直接进入高速电路PCB世界。如果您负责公司的产品设计规划，了解这些理论，形成以上观念，在制订产品方案的时候，将电磁兼容、信号完整性，以及电源完整性等问题考虑进去，将会使设计工作变得更加高效可靠。　　高速电路具有许多特点，给PCB设计带来了电磁兼容、信号完整性、电源完整性等问题，本书通过常用PCB设计软件的应用，详细介绍了该系统组成的各个技术模块的性能特点与连接技术。　　本书从高速电路的特点出发，分析高速电路与低速电路的区别，进而概括出高速电路所面临的三大问题：电磁兼容、信号完整性和电源完整性。接下来对这些问题的来龙去脉及其危害做了详细的分析；最后，通过具体的实例将这些问题的解决方法贯穿到高速电路PCB设计的全过程之中。　　本书理论体系完整、内容翔实、语言通俗易懂，实例具有很强的针对性和实用性，既适用于电子信息类专业的本科或专科教材，也可供从事高速电路工程与应用工作的科技人员参考。