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随着现代科学技术的飞速发展，器件的集成度大规模提高，各类数字器件的信号沿也越来越陡，已经达到纳秒（ns）级。如此高速的信号切换对系统设计者而言，必须考虑在低频电路设计中所无须考虑的信号完整性（Signal Integrity）问题，如延时、串扰、反射及传输线之间的耦合等。本书以Cadence Allegro SPB 17.4为基础，以具体的高速PCB为范例，详细讲解了高速PCB设计知识、仿真前的准备工作、约束驱动布局、约束驱动布线、差分对设计、模型与拓扑、板级仿真、AMI生成器、仿真DDR4、集成直流电源解决方案、分析模型管理器和协同仿真、电源完整性优化设计、其他增强及AMM和PDC结合等内容。

第1章  高速PCB设计知识
    1.1  学习目标	
    1.2  课程内容	
    1.3  高速PCB设计的基本概念	
    1.4  高速PCB设计前的准备工作	
    1.5  高速PCB布线	
    1.6  布线后信号完整性仿真	
    1.7  提高抗电磁干扰能力的措施	
    1.8  测试与比较	
    1.9  混合信号布局技术	
    1.10  过孔对信号传输的影响	
    1.11  一般布局规则	
    1.12  电源完整性理论基础	
    1.13  本章思考题	
第2章  仿真前的准备工作	
    2.1  学习目标	
    2.2  分析工具	
    2.3  IBIS模型	
    2.4  验证IBIS模型	
    2.5  预布局	
    2.6  PCB设置	
    2.7  基本的PCB SI功能	
    2.8  本章思考题	
第3章  约束驱动布局	
    3.1  学习目标	
    3.2  相关概念	
    3.3  信号的反射	
    3.4  串扰的分析	
    3.5  时序分析	
    3.6  分析工具	
    3.7  创建总线（Bus）	
    3.8  预布局拓扑提取和仿真	
    3.9  前仿真时序	
    3.10  模板应用和约束驱动布局	
    3.11  本章思考题	
第4章  约束驱动布线
    4.1  学习目标	
    4.2  手工布线	
    4.3  自动布线	
    4.4  本章思考题	
第5章  差分对设计	
    5.1  学习目标	
    5.2  建立差分对	
    5.3  仿真前的准备工作	
    5.4  仿真差分对	
    5.5  差分对约束	
    5.6  差分对布线	
    5.7  后布线分析	
    5.8  本章思考题	
第6章  模型与拓扑	
    6.1  学习目标	
    6.2  设置建模环境	
    6.3  调整飞线显示与提取拓扑	
    6.4  本章思考题	
第7章  板级仿真	
    7.1  学习目标	
    7.2  预布局	
    7.3  规划线束	
    7.4  后布局	
    7.5  tabbed布线及背钻	
    7.6  本章思考题	
第8章  AMI生成器	
    8.1  学习目标	
    8.2  配置编译器	
    8.3  Tx AMI模型	
    8.4  Rx AMI模型	
    8.5  本章思考题	
第9章  仿真DDR4	
    9.1  学习目标	
    9.2  使用Generator提取模型	
    9.3  使用SystemSI提取模型	
    9.4  使用SystemSI对DDR4仿真	
    9.5  额外练习	
    9.6  本章思考题	
第10章  集成直流电源解决方案	
    10.1  学习目标	
    10.2  直流电源的设计和分析	
    10.3  交互式运行直流分析	
    10.4  加载仿真结果报告和DRC标记	
    10.5  基于Batch模式运行PowerDC	
    10.6  去耦电容的约束设计和信息回注	
    10.7  Power Feasibility Editor中生成 PICSet	
    10.8  在约束管理器中分配PICSet	
    10.9  放置去耦电容	
    10.10  在OPI中电容的最优化分布和最优化分布数据输出	
    10.11  在PI Base中去耦电容的放置和更新	
    10.12  本章思考题	
第11章  分析模型管理器和协同仿真	
    11.1  学习目标	
    11.2  在PowerDC中使用DC Settings AMM	
    11.3  增量布局更新	
    11.4  封装信息的协同提取	
    11.5  对于提取出的模型的协同仿真	
    11.6  本章思考题	
第12章  电源完整性优化设计	
    12.1  学习目标	
    12.2  电容器回路电感	
    12.3  电源完整性引脚电感	
    12.4  去耦电容优化	
    12.5  电容器的电磁干扰优化	
    12.6  通过增加Dcaps来提高PDN的性能	
    12.7  本章思考题	
第13章  其他增强及AMM和PDC结合	
    13.1  学习目标	
    13.2  电热分析设置的增强	
    13.3  基于AMM的PDC Settings	
    13.4  本章思考题

序    言
    Allegro PCB产品是Cadence公司在PCB设计领域的旗舰产品，因其功能强大、易学易用，得到了广大电子工程师的厚爱。
    Allegro PCB产品涵盖了完整的PCB设计流程，包括电路图输入、PCB编辑及布线、PCB板级系统电源完整性及信号完整性分析、PCB设计制造分析及PCB制造输出等。
    电子工程领域的PCB设计有难有易，Cadence公司为了适应不同的市场需求，分别提供如下几个集成的、从前端到后端的Allegro PCB设计解决方案，帮助用户应对不同的设计要求。
    ?  Allegro OrCAD系列：满足主流用户PCB设计要求。
    ?  Allegro L系列：适合对成本敏感的小规模到中等规模的团队，同时具有随着工艺复杂度增加而伸缩的灵活性。
    ?  Allegro XL/GXL：满足先进的高速、约束驱动的PCB设计要求，依托Allegro具有鲜明特点的约束管理器管理解决方案，能够跨设计流程同步管理电气约束。
    面对日益复杂的高速PCB设计要求，Cadence公司的上述产品包提供一个集成的设计环境，能够让电子工程师从开始设计到布线持续解决高速电路设计问题，以提高电子工程师的设计效率。
    Allegro PCB软件功能强大，本书作者总结了多年的Allegro平台工具教学和使用心得，通过《Cadence高速电路板设计与仿真（第7版）——原理图与PCB设计》和《Cadence高速电路板设计与仿真（第7版）——信号与电源完整性分析》这两本书来介绍Allegro PCB软件，以满足不同层级读者的需要。这两本书分别以PCB物理设计及PCB分析为出发点，围绕Allegro PCB这个集成的设计环境，按照PCB最新的设计流程，讲解利用Allegro PCB软件实现高速电路设计的方法和技巧。
作为Cadence Allegro/OrCAD在中国的合作伙伴，我向各位读者推荐此书作为学习Allegro/OrCAD的参考书。

                                                        北京迪浩永辉技术有限公司技术经理  王鹏

 
                                                                                            前    言
    随着现代科学技术的飞速发展，器件的集成度大规模提高，各类数字器件的信号沿也越来越陡，已经达到纳秒（ns）级。如此高速的信号切换对系统设计者而言，必须考虑在低频电路设计中所无须考虑的信号完整性（Signal Integrity）问题，如延时、串扰、反射及传输线之间的耦合等。同时，许多系统的工作频率也很高，达到数百兆赫兹（MHz）甚至吉赫兹（GHz），以适应人们对于大量数据的处理需求，如图像数据处理、音频处理等。这就要求我们在电路设计中仔细研究所有可能影响信号完整性的因素和条件，并且在完成PCB设计前将发现的问题妥善解决，从而提高系统的工作性能，缩短系统的研发周期，减少系统的投入，增强产品的竞争力。从广义上讲，信号完整性问题主要包括延时、串扰、反射、同步开关噪声（SSN）和电磁兼容性（EMC）等。
    电源完整性（Power Integrity）是指系统供电电源在经过一定的传输网络后，在指定器件端口处与该器件要求的工作电源的符合程度，它是目前高速嵌入式系统设计的主要问题之一。特别是最近10年来，随着芯片内集成的晶体管数目的增加，器件所消耗的功率和电流增大，器件的供电电压降低，使得电源完整性成为高速电路设计的瓶颈之一。同时，随着系统的时钟频率越来越高、边沿切换时间越来越短，同步开关噪声或地弹噪声通过电源分布网络传播，导致信号完整性、电源完整性及电磁兼容性问题越来越严重。
    Cadence公司致力于全球电子设计技术创新，并在当今集成电路设计和电子产品设计领域发挥着重要的作用。采用Cadence软件设计和验证消费电子产品、网络和通信设备，以及计算机系统中的尖端半导体器件、PCB等，已越来越成为业界的潮流。Cadence公司的电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）产品涵盖了电子设计的整个流程，包括系统级设计，功能验证，IC综合及布局布线，模拟、混合信号及射频IC设计，全定制集成电路设计，IC物理验证，PCB设计和硬件建模仿真等。同时，Cadence公司还提供详细的技术支持，帮助客户优化其设计流程；提供设计外包服务，协助客户进入新的市场领域。如今，全球知名半导体与电子系统公司均将Cadence软件作为其设计的标准工具软件。目前，Cadence公司已经收购Sigrity公司，并且将Sigrity分析技术与Cadence Allegro和OrCAD设计工具高效组合，为业界带来新一代的信号与电源协同分析设计和验证工具。
    基于以上认识，我们对本书各章节做了相应的安排。本书具有如下4个特点。
    （1）时效性。本书结合了当今世界上高速电路板设计的最典型的研究实例，对最新版本Cadence高速电路板设计与仿真软件（Cadence Allegro SPB 17.4）的常用功能进行了研究。
    （2）理论与软件操作相结合。将信号完整性及电源完整性理论分析研究与Cadence软件的PCB SI中信号完整性工具（Allegro Sigrity SI）及电源完整性工具（Allegro Sigrity PI）相结合，对高速电路设计中存在的信号完整性和电源完整性问题进行了分析和研究，并提出了相应的解决方法。
    （3）与设计实例相结合。本书结合了Altera公司的STRATIX GX开发板、DDR板卡与STRATIX GX开发板的互联系统、PCI板卡等设计实例，对其中的信号完整性和电源完整性问题进行了分析，帮助读者在掌握理论与软件操作的同时，将其应用到实际设计中。
    （4）系统性与独立性。本书基本上涵盖了高速电路板设计中信号完整性与电源完整性分析的基本问题，读者既可以把本书作为教材来系统性地学习，也可以将其当作工具书来有针对性地阅读其中的某一章或某几章，因而本书适合不同层次、不同水平的读者阅读。
    本书第7版和第6版的最大区别是，第6版所使用的软件平台是Cadence 17.2，而第7版所使用的软件平台是Cadence 17.4。Cadence 17.4在功能和性能上较Cadence 17.2有较大的改善，其中最主要的改变在于将Sigrity软件的仿真分析功能嵌入Cadence软件之中。本书第1章为基础知识；第2章到第5章讲解了Cadence17.4及Cadence 17.2所共有的功能；第6章到第9章增加了对信号完整性的部分新功能及如何建立AMI模型和仿真分析DDR4的讲解；第10章到第13章对电源完整性功能进行详细讲解，且对第6版中一些操作方法进行完善。根据Cadence 17.4软件特性对实例进行讲解，方便用户使用该软件；第7版更注重高速电路板的设计与分析，增加了相应内容的基础理论与软件操作，同时第7版对第6版中的大部分PCB设计实例做了更新。
    为了便于读者阅读、学习，本书提供所讲实例的下载资源，读者可以访问华信教育资源网下载书中的范例资源。
    本书的出版得到了Cadence公司中国代理商——北京迪浩永辉技术有限公司执行董事黄胜利、技术经理王鹏和电子工业出版社张剑的大力支持，同时很多读者提出了宝贵的意见，在此一并表示感谢！
    本书主要分为信号完整性分析与电源完整性分析两大部分，每一部分又可分为基础理论与软件操作。本书共13章，其中第1章至第3章由徐宏伟编写，第4章由姜杰编写，第5章由李占强编写，第6章和第7章由袁家乐编写，其余章节由周润景编写；全书由周润景统稿。另外，参加本书编写的还有张红敏和周敬。
    由于Cadence公司的PCB工具性能非常强大，不可能通过一本书完成对其全部内容的详尽介绍，加上时间与水平有限，书中难免存在不妥之处，欢迎广大读者批评指正。

                                                                                                                        编 著 者

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