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目录
2 j& \4 C- O5 b5 |6 t/ c: d " n. O" W9 J% w+ z1 h3 w8 @% m
第1篇 基础理论篇
3 a4 U( e8 `- y4 w3 q第1章 高速系统设计简介 2
8 A) W8 W6 r" g" C7 V1.1 PCB设计技术回顾 2
" O# [" L9 j/ g! G: Y0 B$ d1.2 什么是“高速”系统设计 3
) A# c8 N( G# ]+ t3 E5 X: Y1.3 如何应对高速系统设计 8
3 w( G9 C+ }7 g1 _6 a2 V1.3.1 理论作为指导和基准 9
1 d7 n% r- q9 Q/ S+ S2 V& o1.3.2 积累实践经验 11
9 J2 e! D* Y* |4 G2 `. X1.3.3 平衡时间与效率 11 * C4 g7 f3 e2 j) F+ C7 |
1.4 小结 12
! I) H3 o; c7 O& s+ p$ Q第2章 高速系统设计理论基础 14 5 `6 ?; z" P: M. l) S! `* l
2.1 微波电磁波简介 14
' s, E, {7 q# O) ?( n* z" e+ n3 X4 S2.2 微波传输线 16 7 j6 q. X" R/ e& [" F9 t
2.2.1 微波等效电路物理量 17 9 h t( M1 f5 C r
2.2.2 微波传输线等效电路 17 5 r0 |/ i" C) ]& `0 |
2.3 电磁波传输和反射 21 8 j, w/ g! A* n# [5 ^% n
2.4 微波传输介质 24 " [) r' y e7 V) K$ G" R1 Z
2.4.1 微带线(Microstrip Line) 25
% W! F+ m0 ], n! F* }. d# F2.4.2 微带线的损耗 26
! I& s+ _& R+ _# q' j: G2.4.3 带状线(Strip Line) 28 $ j# r) s- n. P9 D
2.4.4 同轴线(Coaxial Line) 29
1 U: |4 v( O. c# `, Y) p2.4.5 双绞线(Twist Line) 30
" Z- {# n3 v) Z. T* w2.4.6 差分传输线 30
3 I- ]5 P$ q! R( J4 u; i2.4.7 差分阻抗 33
& w2 M! k7 E- S8 r9 i5 V' j2.5 “阻抗”的困惑 33
/ ~" Y/ e. P) C8 @ q8 K3 o% k" @" @2.5.1 阻抗的定义 34
4 ], F M: O" s6 z+ y( a# `2.5.2 为什么要考虑阻抗 35
2 k% s' n4 g7 ^3 y2.5.3 传输线的结构和阻抗 35
' F6 E+ K& }: X5 E+ y+ r2.5.4 瞬时阻抗和特征阻抗 36 ! V9 c' F* A( E2 s' F0 S
2.5.5 特征阻抗和信号完整性 37
9 b |+ ]' }( J" V% B" y( y2.5.6 为什么是50Ω 37
" ]0 {. z+ `3 }0 v0 O1 y! R7 `# [9 @: X* H2.6 阻抗的测量 38 $ y% i0 a& X3 Q6 X ?) ~" o
2.7 “阻抗”的困惑之答案 40 3 j0 _" U2 B& p# T! z, e
2.8 趋肤效应 41
I8 U" r4 H# k H2 k, i2.9 传输线损耗 42 ! Y8 U) F8 e$ c" e
2.10 小结 44
( ~5 p0 c$ ^7 L4 o- J; {4 W第3章 信号/电源完整性 45
, `) _& N: C. v8 _% l \+ R7 a3.1 什么是信号/电源完整性 45
2 f- c8 `; U% }3 l/ T, f3.2 信号完整性问题分类 47
) e; V/ p* Q3 ^; Y$ U3.3 高频信号传输的要素 49 2 v8 W1 t3 r2 d
3.4 反射的产生和预防 50 - b$ q4 L- T1 J" |. p% {8 L
3.4.1 反射的产生 51 5 Y0 I" }8 s8 V! n
3.4.2 反射的消除和预防 55
' D' v4 R$ I9 B5 t) R2 k3.5 串扰的产生和预防 67 - W2 M. h [$ K4 q, I" o3 L$ f
3.5.1 串扰的产生 67 , U. V! y* m' z% L
3.5.2 串扰的预防与消除 71
- K7 p1 i) K% ^; R4 h& b3.6 电源完整性分析 73
; C" [8 G. w: j3 l9 E/ v$ {3.6.1 电源系统设计目标 74 # S% B! O9 H) p* j; M4 u4 n% `
3.6.2 电源系统设计方法 76 ! R! e8 t; W/ a: _* W: C
3.6.3 电容的理解 78
- X) Z3 k# Y) s; p: W3.6.4 电源系统分析方法 81
& @# e2 b3 A: ?7 q- i7 ]: r v3.6.5 电源建模和仿真算法 82
# s) c' W$ d! E: F# f$ A& i/ ?# }+ q3.6.6 SSN分析和应用 84
6 V" ?# b4 b8 u0 g! W3.7 电磁兼容性EMC和电磁干扰EMI 88
) m' g& u; D! d7 m A5 j' H3.7.1 EMC/EMI 和信号完整性的关系 89 4 H- }- e6 ^3 V
3.7.2 产生EMC/EMI问题的根源 90
# ~+ v2 k& ?! T2 j) E9 e( k# R3.8 正确认识回流路径(参考平面) 92
: P) H/ c" h5 \3 K, ?3.8.1 什么是高频信号的回流路径 92
* `' g; V9 C1 L6 Y) ]0 \1 }3.8.2 回流路径的选择 93 % V9 K* X: J# I" O% J/ X
3.8.3 回流路径的连续一致性 96 / Q1 k% |& _7 z6 K6 |8 |
3.9 影响信号完整性的其他因素 97
9 k8 [3 l" H: X( b, ]3.10 小结 97
4 a; y8 u, R, X: T& }3 c第2篇 软件操作篇 ; v: S" l/ p! R: Z! d
第4章 Mentor高速系统设计工具 100 2 ~' W9 q. B- Q7 _5 g
4.1 Mentor高速系统设计流程 101
5 @5 ~8 V! Z1 l" M& c* V- f% r* W7 D/ C4.2 约束编辑系统(Constrain Editor System) 105 1 g7 i' u0 A, a5 A
4.3 信号/电源完整性分析工具:HyperLynx 109
% z8 i' @$ r% {" R; {+ o4.3.1 HyperLynx的工具架构 109 & w2 _; K- H. p2 x' z( C8 c
4.3.2 HyperLynx的通用性 113
& J# r1 p) L* V6 _- r7 y4.3.3 HyperLynx的易用性 113
% T @* B0 }/ R4.3.4 HyperLynx的实用性 117 i/ D0 _$ q5 n5 `
4.3.5 Mentor高速仿真技术的发展趋势 121 7 `2 U0 C6 d+ w
4.4 前仿和后仿 122 2 w& O) D8 g% ~$ S/ J! K- d7 S
4.5 HyperLynx -LineSim使用简介 124 1 b: ~) L& ~% z6 Q! Z' q+ U7 V
4.5.1 分析前准备工作 125
$ P: [* ~5 C c" n* @4.5.2 建立信号网络 127 ; E3 ?6 M# N5 _$ b
4.5.3 设置仿真条件 128 ! g8 h% O% n: `$ Z( |+ O
4.5.4 仿真结果和约束设置 131 / {4 B( V' e3 |2 O a
4.6 HyperLynx-BoardSim使用简介 132 - s0 U( c% _6 ?- ^/ G
4.6.1 设计文件的导入 132 ( G9 @4 M+ ?' B* }4 A
4.6.2 设置仿真条件 133
6 i) F/ J; I+ ]8 y/ U0 Z4.6.3 关键网络分析 135 0 e) O9 J) K( I
4.6.4 多板联合仿真 137
( v9 @. ?, r& H$ T4.7 HyperLynx -3DEM简介 139 . s; G A( T/ S: O* e2 M
4.8 小结 141
7 C+ `+ |3 T( i0 M4 r+ z第5章 高速系统仿真分析和设计方法 142
) S6 N( s7 Y$ z/ {5.1 高速电路设计流程的实施条件分析 142 : b1 P. O. v8 W; @1 e
5.2 IBIS模型 144
" }3 F4 \ \5 o) ]3 ], r' M7 f- P* F5.2.1 IBIS模型介绍 144
5 u5 V% C* E7 v% V4 W# }5.2.2 IBIS模型的生成和来源 146
$ O9 x9 K5 u* h0 N5 q5.2.3 IBIS模型的常见错误及检查方法 152
1 P. j5 o: ]* h5.2.4 IBIS文件介绍 155
9 y% j9 V$ { e. i0 R5.2.5 如何获得IBIS模型 159
% b. m: o: S6 J8 X3 I1 B5.2.6 在HyperLynx中使用IBIS模型 160 & H8 |7 M: k2 |4 ]' l9 C/ i* c. t
5.2.7 在Cadence流程中使用IBIS模型 162 8 P' L% z! n# ]4 V& l
5.2.8 DML模型简介 163 8 D" O' \& w+ t
5.3 仿真分析条件设置 167 5 o+ t. l" N) D8 Z% M
5.3.1 Stackup――叠层设置 168 ) \ a( W# r% z- j9 g
5.3.2 DC Nets――直流电压设置 168 % {; K9 C+ o, o- S
5.3.3 器件类型和管脚属性设置 169
' U9 [5 s- l/ F4 U: Y1 s* j3 f5.3.4 SI Models――为器件指定模型 171 % I' {5 \- R0 Q
5.4 系统设计和(预)布局 173 5 ^% Y w/ H3 B& \+ C. `
5.5 使用HyperLynx进行仿真分析 176
/ i* @0 u2 i& b/ Y5.5.1 拓扑结构抽取 176
$ [) D2 f$ F. u$ [1 w5.5.2 在HyperLynx中进行仿真 177 3 n$ F8 Q! ~9 d9 f
5.6 约束规则生成 183 ) Z6 i6 q* D8 p9 [9 s# x
5.6.1 简单约束设计――Length/ Delay 183 , y* X' @" W% o
5.6.2 差分布线约束――Diff Pair 184
+ e& a& }% v* K7 J2 L/ e5.6.3 网络拓扑约束――Net Scheduling 185 , P% V8 @$ G& J* Y/ d
5.7 约束规则的应用 187
) c+ r$ [% ]9 F7 E3 r5.7.1 层次化约束关系 187 0 \0 T' E- A- l# _
5.7.2 约束规则的映射 189
+ |1 `6 r. a S% ?0 @+ Y5.7.3 CES约束管理系统的使用 190
/ a( f9 i; P f1 P9 H7 }/ e' N& m5.8 布线后的仿真分析和验证 191
! y8 ~/ L$ t2 k7 S5.8.1 布线后仿真的必要性 191 9 `, r# Q: x7 u) _5 k# p1 [2 l) \
5.8.2 布线后仿真流程 192
: P7 H5 O) u6 @6 C( J4 o5.9 电源完整性设计方法和流程 194
2 Q5 D/ [* J& v' j: w% O5.9.1 确定电源系统的目标阻抗 196
" X/ }/ _# t: c7 h/ b* Q5.9.2 DC Drop――直流压降分析 197
8 f- ]7 ~, p2 i1 ~7 C; ~9 B/ z5.9.3 电源平面谐振点分析 199 U/ W1 g x0 Q3 n
5.9.4 VRM去耦作用分析 202
* ^& M$ k, m9 b. ^8 `! k5.9.5 去耦电容的集总式交流特性分析 204 * J% I$ a. \7 T) S7 A
5.9.6 去耦电容的分布式交流特性分析 206 9 b: K7 W# N0 _6 @
5.9.7 电源噪声特性分析 207
% i" {; a8 M. O( t& e! i8 U5.9.8 电源平面模型抽取 209
1 N8 P, v: L/ }2 X% c4 J3 ?& [1 G5.9.9 HyperLynx-PI电源系统设计流程总结 210
8 i1 u2 | ^/ ?+ h" S( q; _5.9.10 创建VRM模型 211 ' s5 q. t7 C8 g( _2 {: y# O/ A
5.9.11 电容的布局和布线 213
" ^* U3 w: B/ T/ U5.9.12 合理认识电容的有效去耦半径 215
) x9 Y# |: H( z. P# }5.10 小结 217 7 ?+ x, k: A* a( a: j
第3篇 DDR系统仿真及案例实践篇 c$ P X& ^4 G# y) |
第6章 DDRx系统设计与仿真分析 220
5 \% m: u( U( `) T4 Z6.1 DDR系统概述 220 8 T; y% p: j8 s( x: `/ }+ ^1 s7 ]
6.2 DDR规范解读 222 : V9 {! l2 B% `1 r
6.2.1 DDR规范的DC和AC特性 223
# R0 `! B8 F/ g) H, O. V5 @# o4 Q6.2.2 DDR规范的时序要求 225
2 ^9 }" g; b! T1 w: C3 W5 i2 ~6.2.3 DDR芯片的电气特性和时序要求 226 4 R1 c& m7 `4 |( v' q& F& p- M
6.2.4 DDR控制器的电气特性和时序要求 229 0 l3 E- ~ G/ M% N
6.2.5 DDR刷新和预充电 230 ! @* f0 I$ \! q
6.3 DDRx总线技术发展 233 : n. P: T# D: T
6.3.1 DDRx信号斜率修正 233 / O1 T5 I5 }+ L9 u5 q
6.3.2 DDRx ODT的配置 236 " R- l+ R4 {7 C- H. e8 ^
6.3.3 从DDR2到DDR3 237 $ H ^5 U, l0 E- p7 W& \0 \
6.3.4 DDR3的WriteLeveling 238
$ J: g2 y* \9 k1 Y' g' q4 c& u2 o6.3.5 DDR2及DDR3的协议变化 239 5 g, l* g! E: V% E
6.4 DDRx系统仿真分析方法 240 3 H- \* A- ]/ {* N8 }) V8 h6 ]
6.4.1 在HyperLynx中仿真DDRx 系统 240 ( r0 f- k% Y- E/ F5 S
6.4.2 仿真结果的分析和解读 253 6 `" u# n' H y% v! R: P, \
6.5 LPDDRx简介 254
7 V& H# f- x" v3 o* x! O, N- I第4篇 高速串行技术篇
9 y. v, E7 e! K2 n1 f第7章 高速串行差分信号设计及仿真分析 258
% G5 S$ L9 i1 ]7.1 高速串行信号简介 259 ; m$ {: t8 q1 U& o, ?2 B7 N" Y
7.1.1 数字信号总线时序分析 259 . x+ n' {2 o* n _5 Q7 K
7.1.2 高速串行总线 262 : O3 b/ D/ s6 l" k7 D# `
7.1.3 Serdes的电路结构 264 . y L$ Q, Q% E3 u( Z
7.1.4 Serdes的应用 265 ( d1 c1 Y, i! t2 f
7.2 高速串行信号设计 266
# L# C0 E3 E& z$ ^" d4 G7.2.1 有损传输线和信号(预)加重 267 $ N! F% e5 W; H0 h
7.2.2 表面粗糙度对传输线损耗的影响 270
% c3 w0 e7 p( C( b% w, g7.2.3 高频差分信号的布线和匹配设计 271 2 e. b2 C" c8 h, H) `3 x$ }# b, \
7.2.4 过孔的Stub效应 273
- @& V' W1 c* M# m! H- d; m7.2.5 连接器信号分布 275
: S1 J' ?" a$ x8 R7.2.6 加重和均衡 276
9 b# _3 K3 A, ~; |; ^) s: u7.2.7 码间干扰ISI和判决反馈均衡器DFE 278
* C7 n8 ~0 I1 h0 r% T- a, |7.2.8 AC耦合电容 281 # s$ Z( i: s% l, S3 Z. L
7.2.9 回流路径的连续性 285
. A: y ?8 ~+ B3 s' S3 a8 |7.2.10 高速差分线的布线模式和串扰 286 ( i n! P# I `
7.2.11 紧耦合和松耦合 287
4 t1 c- K* U1 X u ]; C7.3 高速串行信号仿真分析 289 # P6 @; r# F J8 Y
7.3.1 系统级仿真 289 # A2 q* U, V8 {$ V; b- W6 p& i
7.3.2 S参数(Scattering parameters) 291
9 I# X3 R2 h2 }4 j1 F! Y7.3.3 互连设计和S参数分析 294 $ R8 z. F9 w' J/ y' A3 ~2 o
7.3.4 检验S参数质量 300 - y& i: [! y$ z! R! I/ d5 Q
7.3.5 S参数的使用 305
- n! V p& g: X) v5 g% [, P7.3.6 高速差分串行信号的仿真需求 306
/ C# n6 l2 L! V. a5 X; D7.3.7 IBIS-AMI模型介绍 308 + h5 R% }2 a( E
7.3.8 HyperLynx AMI Wizard通道仿真分析 310 - C# k4 S1 i! e
7.3.9 6Gbps,12Gbps!然后 313 5 V0 p1 x( A$ N7 r7 u% `8 H |
7.4 抖动(Jitter) 314 5 k7 k' e+ I+ f
7.4.1 认识抖动(Jitter) 315
8 V) R Q$ O5 B* a$ \2 t- g- r& S9 R7.4.2 实时抖动分析 316
4 I- T+ [0 a" j4 y8 ?( J7.4.3 抖动各分量的典型特征 318
, Y4 B4 k1 P& L' n, P第5篇 结束与思考篇 % B% C" |3 z, t4 U( F5 ]% x- G$ A
第8章 实战后的思考 324 : L A2 q3 x6 Z5 j; [* ~' C/ x1 z
术语和缩略词 329 2 `" \- M B( i/ Y, o5 X
/ V/ U k- i0 T0 O4 c |
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