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目录" N; H4 I# K) b, Z# e( a' V
" j R/ f% `8 Q( M7 o3 j- U3 N: l
第1篇 基础理论篇 ' V1 b+ B" F( `2 h
第1章 高速系统设计简介 2 2 n: G( q! ?: B1 N2 H) J
1.1 PCB设计技术回顾 2 8 h9 W: Y1 ~: w
1.2 什么是“高速”系统设计 3 ! k5 ^4 h$ l* Y7 @8 j4 w
1.3 如何应对高速系统设计 8 * i/ O/ j! e) F$ m4 r, P& k
1.3.1 理论作为指导和基准 9 8 z. c* F' w% N( g- ]# y' a: x' I9 @+ q
1.3.2 积累实践经验 11 $ h! s: @; {6 x/ D; y/ Q
1.3.3 平衡时间与效率 11 5 t8 t4 g) r' o0 ^ n
1.4 小结 12 1 e( S+ A9 F% z5 F2 n. N$ T# v
第2章 高速系统设计理论基础 14
& {7 r( G( ~$ m2.1 微波电磁波简介 14
( U" G$ e" E) [% R: X1 ] i4 l3 X2.2 微波传输线 16
: h. a7 m5 m( P' U& p2 G2.2.1 微波等效电路物理量 17
9 v" W6 A. w& A# \1 n/ C2.2.2 微波传输线等效电路 17 5 e' \1 L0 A) F: M3 X4 P0 k: b
2.3 电磁波传输和反射 21 1 {' X3 S0 `$ {
2.4 微波传输介质 24
! r& z9 V* n4 t2.4.1 微带线(Microstrip Line) 25 ! F8 P# B! H+ l* |. @- b4 H6 I
2.4.2 微带线的损耗 26 9 W! f [% O- G: }1 Z
2.4.3 带状线(Strip Line) 28 5 u8 o7 ~0 h0 _, U8 u
2.4.4 同轴线(Coaxial Line) 29 4 `( D4 K6 B% T5 {
2.4.5 双绞线(Twist Line) 30 2 ?9 a% B" u3 S$ z. u& c" q
2.4.6 差分传输线 30 & ]0 [; o4 \( M" I3 T/ J1 b
2.4.7 差分阻抗 33 # t" _$ M$ w* ]: ~: b, Z
2.5 “阻抗”的困惑 33 . ^; V0 ~1 r0 x
2.5.1 阻抗的定义 34 ' H2 f6 a) x. ~8 v, t2 P- R
2.5.2 为什么要考虑阻抗 35 2 E- G! Z% K: b
2.5.3 传输线的结构和阻抗 35 4 p6 u& O0 T% m# l
2.5.4 瞬时阻抗和特征阻抗 36 / B: }1 w' f4 G: A% I9 F% \# m
2.5.5 特征阻抗和信号完整性 37
, v% _; I- W5 h2 N4 F) N2.5.6 为什么是50Ω 37 ' k! x/ P, k6 ~ i( \, i- v* X$ L
2.6 阻抗的测量 38 ) A* r( w: x& V$ `$ o# j
2.7 “阻抗”的困惑之答案 40
$ w2 h* m8 i' M+ x, R/ n/ l2.8 趋肤效应 41 7 j0 @" d" K% a! f% t
2.9 传输线损耗 42
$ v- G& a. }& N/ g$ p2 w5 H! M' e2.10 小结 44
5 S9 p- A3 k5 T6 l; I! V! s8 Y' w第3章 信号/电源完整性 45
7 m% Y5 u- P) ]! u/ u# y. ^) E3.1 什么是信号/电源完整性 45
9 ]$ ?0 D! q* y9 T; a: Q3.2 信号完整性问题分类 47 7 p; S3 h7 r( R! Y) u7 S
3.3 高频信号传输的要素 49
5 x5 r) V- S a/ ?. w' i; D. d3.4 反射的产生和预防 50
4 [" m5 a) |! W; f3.4.1 反射的产生 51
" B9 T- d/ X: k& F3.4.2 反射的消除和预防 55
/ i7 c/ ~, Y' z3.5 串扰的产生和预防 67
/ O& h- b2 ]/ `. X9 b: c+ r9 Z- M" Q$ a3.5.1 串扰的产生 67 . ^) R" i7 G$ Q3 U, B8 t. n2 x
3.5.2 串扰的预防与消除 71
; J7 d: D. I% e0 W3.6 电源完整性分析 73 4 n; \, M, s: R5 C# Y! J
3.6.1 电源系统设计目标 74 $ C Y' _9 B" h3 a' g
3.6.2 电源系统设计方法 76
8 Y! R, Z" M/ X3.6.3 电容的理解 78 4 t$ ~+ m6 v: `
3.6.4 电源系统分析方法 81 b( A# ?, S% Y# o& v5 v# P6 |, O
3.6.5 电源建模和仿真算法 82 0 L. o/ C. I" C9 v) r3 P4 ^
3.6.6 SSN分析和应用 84 3 _/ o7 v$ [) |7 U6 K: l9 v1 F9 h
3.7 电磁兼容性EMC和电磁干扰EMI 88 % `, X) u( v. T% X6 j. K
3.7.1 EMC/EMI 和信号完整性的关系 89 8 N% G2 e! J' H+ x+ h; p; ^& Z
3.7.2 产生EMC/EMI问题的根源 90 # p6 A' [/ I' G! c
3.8 正确认识回流路径(参考平面) 92
$ s+ q" ?7 t4 c- ~3.8.1 什么是高频信号的回流路径 92 ! K" C- p: n& ^7 H3 v
3.8.2 回流路径的选择 93 7 ~ y# e% k0 K7 [( `% j2 C+ I
3.8.3 回流路径的连续一致性 96 ' J# D, K& f) m- {2 A0 q( }
3.9 影响信号完整性的其他因素 97
4 {, n; ~& Q- B9 p9 {+ W- c3.10 小结 97
8 j0 Q6 r. ^( B8 U第2篇 软件操作篇 ) s5 [( B7 P- `9 z
第4章 Mentor高速系统设计工具 100
9 K1 J, T0 m- Y4.1 Mentor高速系统设计流程 101 ; X3 k; Q! Q' [% X$ K% G5 K1 x) E
4.2 约束编辑系统(Constrain Editor System) 105
& S7 x2 J6 u' Z4.3 信号/电源完整性分析工具:HyperLynx 109 ) y. `; H6 Y0 J+ @
4.3.1 HyperLynx的工具架构 109 # B$ w F2 ~/ s+ X
4.3.2 HyperLynx的通用性 113 6 M5 U. ?- f7 q, r& w S6 _
4.3.3 HyperLynx的易用性 113
1 t4 u. ~4 T9 \) V s/ ]4.3.4 HyperLynx的实用性 117
/ o3 H) M* {5 b8 H* y+ Y8 B3 o- ]4.3.5 Mentor高速仿真技术的发展趋势 121
6 w6 M5 y( |/ |0 g9 n4.4 前仿和后仿 122
2 E+ z! Y0 X7 e( q R7 P' L4.5 HyperLynx -LineSim使用简介 124
8 v8 t; T3 R% |- m7 x2 ]# i4.5.1 分析前准备工作 125
1 _9 ]5 u; g/ R, S4.5.2 建立信号网络 127 $ I: J! e0 F0 n" [
4.5.3 设置仿真条件 128
( h) K9 M v( _& n) ?) [+ Q4.5.4 仿真结果和约束设置 131 " t: U2 F: [4 r5 y
4.6 HyperLynx-BoardSim使用简介 132 3 f5 W( \# r# T: [
4.6.1 设计文件的导入 132
* I+ u# ^( z- {( h- q" L- B4.6.2 设置仿真条件 133 # `2 k) y# q2 t. w8 }) D
4.6.3 关键网络分析 135
$ c1 C" {& _+ J6 ?4.6.4 多板联合仿真 137 ) [6 [ M4 i, o. @5 V( A+ _
4.7 HyperLynx -3DEM简介 139 8 @, E$ F* V; d$ {' ]
4.8 小结 141 / L4 G9 a+ M2 l1 t
第5章 高速系统仿真分析和设计方法 142 7 q* x9 ]5 L9 v1 F" i
5.1 高速电路设计流程的实施条件分析 142 " D; C. Q2 i8 _3 g( m
5.2 IBIS模型 144
% c& j4 p- k6 t2 r3 c( V0 `5.2.1 IBIS模型介绍 144
7 I8 {6 r+ j/ _ v! ?, m5.2.2 IBIS模型的生成和来源 146 9 ?' h) I( `) n4 Z/ I- [! E
5.2.3 IBIS模型的常见错误及检查方法 152
# C* B. s; T ?3 ?5.2.4 IBIS文件介绍 155
1 B) Y7 Y4 |8 H5.2.5 如何获得IBIS模型 159
6 j3 R( N- F; q. {0 a0 `0 Q- W& r5.2.6 在HyperLynx中使用IBIS模型 160 + x7 R& N/ C! v, Y8 F& m) E
5.2.7 在Cadence流程中使用IBIS模型 162 $ o* B4 u; ~$ b. b4 v) c
5.2.8 DML模型简介 163
& f; s3 F8 k i- P/ z$ U! u$ W5.3 仿真分析条件设置 167 8 t1 N8 P5 s+ u8 f$ o8 A6 G2 V
5.3.1 Stackup――叠层设置 168 6 j# Z1 x+ A9 x& M
5.3.2 DC Nets――直流电压设置 168 1 m( n7 n5 Z8 b0 v
5.3.3 器件类型和管脚属性设置 169 9 b+ D6 C) V5 I
5.3.4 SI Models――为器件指定模型 171 % k/ r5 ?6 K. s# A4 @1 | c
5.4 系统设计和(预)布局 173
( M! K% A$ v' l( {. V3 X5.5 使用HyperLynx进行仿真分析 176 5 w5 s/ V. I/ |" i6 a+ Y* ?0 U# Z
5.5.1 拓扑结构抽取 176
3 E7 t& ?" x3 n5.5.2 在HyperLynx中进行仿真 177
1 i3 j1 r V6 P6 E4 u5.6 约束规则生成 183
) } }( n1 H d1 |- B5.6.1 简单约束设计――Length/ Delay 183 0 [+ d! b8 O+ j( F5 o
5.6.2 差分布线约束――Diff Pair 184 : g) D8 J' D$ E' k1 z1 J
5.6.3 网络拓扑约束――Net Scheduling 185 4 Z/ Z! u- n9 \" c1 F- b2 q; r
5.7 约束规则的应用 187
6 ^( N% P+ A1 z# Q# G5.7.1 层次化约束关系 187
- G! y7 P* o% U. }) N s, t/ t5.7.2 约束规则的映射 189
, g* g) I, B* a! a+ ]" @& l7 {4 ^5.7.3 CES约束管理系统的使用 190
Q! m2 S" g% D2 ^$ I# A8 u5.8 布线后的仿真分析和验证 191 9 s* }, t2 |( @
5.8.1 布线后仿真的必要性 191
7 `5 S, L5 i6 A# y+ X5.8.2 布线后仿真流程 192
; E' X# t X1 W; y1 Z& V+ `, e5.9 电源完整性设计方法和流程 194 ) r' l4 |5 j1 f& ^6 ]5 n! L3 [- l
5.9.1 确定电源系统的目标阻抗 196
1 t# r2 M: f: F6 g+ o8 i" H5.9.2 DC Drop――直流压降分析 197 ' U, P: T, k* b% ]
5.9.3 电源平面谐振点分析 199 # R( r! c; t& f7 F; Y& v
5.9.4 VRM去耦作用分析 202
& n8 A! a. b2 v# }1 h/ { j5.9.5 去耦电容的集总式交流特性分析 204 " O3 m5 N0 {# A! a' y4 ?8 l6 B, K
5.9.6 去耦电容的分布式交流特性分析 206 9 W, M! [- E( _ s0 [' P, V
5.9.7 电源噪声特性分析 207
+ }& O2 V# z/ j% p5.9.8 电源平面模型抽取 209 , Y4 b6 k" ]) A- m
5.9.9 HyperLynx-PI电源系统设计流程总结 210 ' n! g3 e" X$ S, {5 U
5.9.10 创建VRM模型 211 3 P" b* n8 t6 [+ @4 L/ V
5.9.11 电容的布局和布线 213 9 b- j0 H ?2 c6 i1 u1 H5 d
5.9.12 合理认识电容的有效去耦半径 215 5 v0 v5 ?; [5 d) _0 a. B
5.10 小结 217
3 q3 |$ E6 U* R- G+ S9 i1 \2 `第3篇 DDR系统仿真及案例实践篇
, r# z. x4 `* m E7 ~第6章 DDRx系统设计与仿真分析 220
8 T1 ?1 @2 n7 H- B9 m3 o, I6.1 DDR系统概述 220 7 s: } L1 S9 U% w$ |5 e6 x8 U
6.2 DDR规范解读 222 4 o8 z) P& D- j6 }: P
6.2.1 DDR规范的DC和AC特性 223 5 ^* G2 n8 x, n2 X3 k9 b5 g# u$ o, @. c
6.2.2 DDR规范的时序要求 225
* `- R/ u4 L6 i# T# d/ I4 h. M6.2.3 DDR芯片的电气特性和时序要求 226 & r/ E, C; I& d1 L6 ~" Y' G: K
6.2.4 DDR控制器的电气特性和时序要求 229
$ ]: y. `6 X E4 ~7 k/ s& D6.2.5 DDR刷新和预充电 230 - g. B7 [" s7 m: A1 c& J
6.3 DDRx总线技术发展 233
; a# j7 C: v3 X' k9 d) u6.3.1 DDRx信号斜率修正 233 : U0 L8 Z2 f. |& n ^
6.3.2 DDRx ODT的配置 236 7 S' s$ `/ |. p* b/ R# B8 M' g7 \
6.3.3 从DDR2到DDR3 237 3 B/ x8 e* R6 V) P q' I& a
6.3.4 DDR3的WriteLeveling 238
0 G) z& C. a* b% m) U5 ]. w6.3.5 DDR2及DDR3的协议变化 239 # \$ ?# O$ u: X5 b! V5 F" O
6.4 DDRx系统仿真分析方法 240
$ ?5 e- z! `' e6 ?0 F6.4.1 在HyperLynx中仿真DDRx 系统 240
' y0 `. [- H& ~5 x1 x6.4.2 仿真结果的分析和解读 253 . R; `2 _# a J0 S/ H- g7 y
6.5 LPDDRx简介 254 7 U& Q- L7 C1 `
第4篇 高速串行技术篇 # N4 ]8 N! j! Z% w, ~) x
第7章 高速串行差分信号设计及仿真分析 258 / Y: Q" c2 i3 G
7.1 高速串行信号简介 259
7 h, N- K; s, Z7 P: _4 o* D) H7.1.1 数字信号总线时序分析 259
8 O6 Y# y2 N) X& ?$ M; d7.1.2 高速串行总线 262 2 D, z6 B$ a _: ?+ M
7.1.3 Serdes的电路结构 264 ; d% I$ w* ]9 l) r
7.1.4 Serdes的应用 265 . c, U* c9 Q3 n+ r# ~7 W' u0 H
7.2 高速串行信号设计 266
; r: N" w6 {3 X, Q* \7.2.1 有损传输线和信号(预)加重 267 ; d5 C* F; m1 ^4 g- s
7.2.2 表面粗糙度对传输线损耗的影响 270
9 V' `% m( U6 u! e: }7.2.3 高频差分信号的布线和匹配设计 271 ( @4 s7 x7 ~6 _% ^0 n
7.2.4 过孔的Stub效应 273 , n3 ?0 J8 K6 L/ J% H$ L* x2 \5 p
7.2.5 连接器信号分布 275
# T1 ]$ S" _4 C- T, Y7.2.6 加重和均衡 276 : q P6 o5 ]/ D& @
7.2.7 码间干扰ISI和判决反馈均衡器DFE 278 . C9 G! n4 N8 v+ e Z
7.2.8 AC耦合电容 281
# Z3 _0 r m8 i* }5 J! a3 g* c) D7.2.9 回流路径的连续性 285 7 F+ W( A8 d3 s; N. ?6 ?4 M. F
7.2.10 高速差分线的布线模式和串扰 286 7 J, z* ~$ A* L% {6 S
7.2.11 紧耦合和松耦合 287 ; ~% [/ \( S( M l8 m( C% N2 j( R
7.3 高速串行信号仿真分析 289 1 C; {' G1 v5 A4 s
7.3.1 系统级仿真 289 $ A8 a4 Q; ^/ o8 c' |+ [" i
7.3.2 S参数(Scattering parameters) 291 ) e+ C: v* V1 c
7.3.3 互连设计和S参数分析 294
F5 |) L6 H% G8 o7 h* A& |7 J7.3.4 检验S参数质量 300
# t% P2 }) `2 X, b: q* U0 K7.3.5 S参数的使用 305 1 n8 }, `' [1 b/ d/ u# K3 T
7.3.6 高速差分串行信号的仿真需求 306
7 G7 |" o8 R3 N& ]7.3.7 IBIS-AMI模型介绍 308 # m3 y3 P6 ]/ L6 c) I6 y
7.3.8 HyperLynx AMI Wizard通道仿真分析 310
% Y8 v! f& E& l, M7 E7.3.9 6Gbps,12Gbps!然后 313
8 V; F& _ o$ B0 A! x7.4 抖动(Jitter) 314
1 A1 N* l( `5 l$ R$ E5 w4 \; q- ~$ W. X; F7.4.1 认识抖动(Jitter) 315 + b! z! e# I0 \& H C
7.4.2 实时抖动分析 316
* H4 Q: {8 k, E6 h7 O" E7.4.3 抖动各分量的典型特征 318
. Q" J' L/ N3 |7 x" F4 x第5篇 结束与思考篇
" G0 s7 p" D7 t( E: q7 B/ n第8章 实战后的思考 324
: Q1 a- D- Q* f0 _% I" x术语和缩略词 329
3 P: z( p% N, g6 J
# k8 [% a& F# v( f' p4 L0 c: R0 C |
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