信號完整性已成為目前從事高速電路設計的人們關注的焦點。本書通過大量的仿真實驗，幫助讀者深入理解信號完整性分析的基本概念和研究方法。

作者通過分析教學中積累的大量案例，使學生首先產生直觀的印象，對“信號完整性分析”產生濃厚的興趣，然后再通過對軟件的學習和掌握，直接進入信號完整性分析的前沿領域，利用這些工具進行課題研究。

本書采用軟件案例分析教學，提供用軟件分析的方法實現與信號完整性分析相關的案例研究，讀者可以直接利用這些分析方法去從事與信號完整性分析相關的課題研究。

隨著時鐘頻率的日益提高，信號完整性問題變得越來越突出，過去不成為信號完整性的問題現在已經變成信號完整性問題了。因此信號完整性已成為從事高速電路設計的人們關注的焦點，也是他們目前研究的熱點。顯然，關于信號完整性問題的研究國外要比國內先進得多，國外每年都有大量的涉及到信號完整性問題的會議，在各類期刊上都有信號完整性問題的論文發表，并且已出版了十幾種關于信號完整性的教材和專著。為了跟蹤追趕國外的先進水平，國內先后翻譯出版了幾種關于信號完整性方面的教材，在國內信號完整性研究領域起到了很大的推動作用。

我校從2005年開始為研究生開設“信號完整性分析”這門課程，至今已有五年。在“信號完整性分析”的教學和科研當中，編寫者積累了一定的經驗，深知只有通過大量的仿真實驗，才能深入理解信號完整性分析的基本概念和研究方法，并且作者在教學中積累了大量的分析案例供學生使用。通過這些實例分析，使學生首先產生直觀的印象，對“信號完整性分析”這門課程產生濃厚的興趣，然后再通過對軟件的學習和掌握，使學生可以直接進入信號完整性分析的前沿領域，利用這些工具進行課題研究。軟件案例分析在教學中已經發揮了很大的輔助作用。

本書提供用軟件分析的方法實現與信號完整性分析相關的案例研究，不涉及信號完整性分析的基礎理論知識以及測試方法。通過本書的學習，讀者可以直接利用這些分析方法去從事與信號完整性分析相關的課題研究。不論是學習信號完整性分析的研究生還是從事信號完整性分析的科技人員，本書都是一本難得的實用教材。由于本書涉及的軟件較多，所以不可能把所有的軟件的功能都介紹清楚，但對于從事信號完整性分析的讀者來說，最主要的軟件和最基本的分析過程都已經介紹了。如果想深入研究某一軟件的詳細功能，還需要參考相關的更專業的書籍。

本書包括9章。第1章主要介紹信號完整性仿真分析的幾個關系問題，包括信號完整性研究的內容、信號完整性與其他課程的關系、電磁場類研究方向之間的關系、信號完整性與電磁兼容之間的關系、信號完整性與PCB設計之間的關系、信號完整性常用仿真分析軟件等。第2章介紹二維模型的參數提取工具和方法——用Ansoft SI2D進行二維參數提取。第3章介紹三維模型的參數提取工具和方法——用Q3D進行三維參數提取。第4章介紹ADS在信號完整性分析中的應用。第5章介紹了用HyperLynx進行原理性仿真分析的方法。第6章介紹用HyperLynx進行PCB板的仿真分析方法，這一章涉及到后仿真問題，所以對從事具體PCB仿真設計的工程技術人員是很實用的內容。第7章介紹用SIwave進行電源完整性分析，在過去的設計中很少用到電源平面，最近幾年才逐漸開始設計利用電源平面，所以這部分內容是比較新的。第8章介紹用SIwave和Designer進行板級信號完整性分析，內容與第6章的類似，只是分析軟件不同。由于SIwave和Designer使用的都是有限元法，所以分析精度方面要比HyperLynx好。第9章介紹PCB板級輻射仿真分析方法，主要介紹如何用SIwave和HFSS進行板級的輻射分析，這章的內容在過去很少被用到，所以也是較新的內容。

本書由閻照文組織編寫，參加編寫和整理工作的有王剛、車明明、韓雅靜、姜英杰、王濤、付路、張蘭蘭、于曉豐、田國亮、韓軼峰、栗偉珉、劉焱、王向暉、王冰切、翟禹、哈聰穎、康驪等，在此向他們表示感謝。

編寫這樣一本書的想法很早就有了，經過幾年不斷的資料積累和大家的共同努力，本書終于與讀者見面了。在編寫本書的過程中參考了大量的書籍和資料，在此向提供資料的單位和個人表示感謝，恕不能在此一一列舉。雖然編寫者付出了大量的艱苦工作來策劃和編寫本書，但由于時間緊迫，水平所限，缺點與錯誤在所難免，歡迎使用本書的讀者批評指正。

聯系地址：[email protected]。

閻照文

于北京航空航天大學

2010年10月

前言

第1章 信號完整性仿真分析方法概述 1
1.1 信號完整性研究的內容 1
1.2 信號完整性與其他課程的關系 7
1.3 電磁場類研究方向之間的關系 7
1.4 信號完整性與電磁兼容之間的關系 8
1.5 信號完整性與PCB設計之間的關系 8
1.6 信號完整性常用仿真分析軟件介紹 9
1.7 本書的章節結構安排 9
第2章 用Ansoft SI2D進行二維參數提取 11
2.1 SI2D簡介 11
2.1.1 什么是SI2D提取器 11
2.1.2 二維場求解器的設計環境 11
2.1.3 快速啟動SI2D 12
2.2 例題 13
2.2.1 同軸線 13
2.2.2 同軸線——從三維模型導出
二維模型 21
2.2.3 差分對 30
2.2.4 過度蝕刻 42
2.2.5 鍵合線 49
2.2.6 串擾 56
2.2.7 平面波導 63
2.2.8 接地的平面波導 71
第3章 用Q3D進行三維參數提取 79
3.1 什么是Q3D Extractor 79
3.1.1 系統需求 79
3.1.2 啟動Ansoft Q3D 80
3.1.3 把舊的Q3D文件導入
Q3D Extractor 6中 80
3.1.4 Ansoft條目 80
3.1.5 項目管理器 81
3.1.6 特性窗口 82
3.1.7 Ansoft 3D建模器 82
3.1.8 3D建模器設計樹 83
3.1.9 設計窗口 83
3.1.10 工具欄 84
3.1.11 顯示或隱藏單個工具欄 84
3.1.12 自定義排列工具欄 84
3.1.13 Q3D Extractor桌面 85
3.1.14 打開一個Q3D項目 86
3.2 Q3D實例分析 86
3.2.1 微帶線 86
3.2.2 微小過孔 97
3.2.3 分段返回通路 109
3.2.4 球陳列封裝 117
3.2.5 連接器模型 129
3.2.6 接合線 138
3.2.7 螺旋電感 145
第4章 ADS在信號完整性分析中的應用 155
4.1 ADS的基本使用 155
4.1.1 ADS主要操作窗口 155
4.1.2 ADS基本操作 157
4.2 元器件的等效電路模擬 163
4.2.1 示波器探針的等效電路模型 163
4.2.2 RLC電路的時域行為 164
4.2.3 兩焊盤間鍵合線回路的等效
電路模型 165
4.2.4 去耦電容的等效電路模型 167
4.2.5 驅動器的等效電路模型 168
4.2.6 如何構造求阻抗的電路模型 168
4.2.7 傳輸線的等效電路模型 170
4.3 傳輸線的反射仿真 171
4.3.1 阻抗不匹配而產生的振鈴 171
4.3.2 驅動源的內阻抗情況 171
4.3.3 反彈圖仿真 172
4.3.4 反射波形仿真 173
4.3.5 仿真TDR測量原理 174
4.3.6 何時需要端接 175
4.3.7 源端端接 176
4.3.8 源端端接情況下的傳輸線增加 176
4.3.9 短串接傳輸線的反射 177
4.3.10 短串接傳輸線的反射（續） 178
4.3.11 短樁線的反射 180
4.3.12 容性終端負載的反射 181
4.3.13 連線中途的容性負載反射 182
4.3.14 容性時延累加 183
4.3.15 有載線 183
4.3.16 感性突變產生的反射 185
4.3.17 感性時延累加 186
4.3.18 補償 187
4.4 考慮損耗時的仿真 188
4.4.1 信號的損耗 188
4.4.2 有損耗傳輸線的建模 188
4.4.3 傳輸線測試模型 189
4.5 傳輸線的串擾仿真 190
4.5.1 容性耦合電流 190
4.5.2 感性耦合電流 192
4.6 差分對仿真 193
4.6.1 差分對的端接 193
4.6.2 差分信號向共模信號的轉化 194
4.6.3 差分對一根信號線接容性負載時
的情況 196
4.6.4 差分對端接對共模信號的影響 197
4.6.5 同時端接共模和差模 197
4.6.6 同時端接共模和差模有錯位 198
第5章 用HyperLynx進行原理性仿真分析 200
5.1 HyperLynx的基本使用 200
5.1.1 建立新的單元胞格式的板圖 200
5.1.2 增加傳輸線 201
5.1.3 增加IC 202
5.1.4 增加電阻、電感和電容 204
5.1.5 編輯電源電壓 205
5.1.6 設置和運行仿真 205
5.1.7 觀察仿真結果 206
5.1.8 測量時間和電壓 207
5.1.9 記錄仿真結果 207
5.1.10 保存新的板圖 208
5.2 元器件的等效電路模擬 208
5.2.1 帶寬對上升時間的影響 208
5.2.2 不同覆蓋厚度時微帶線周圍的
電場分布 209
5.3 傳輸線的反射仿真 211
5.3.1 傳輸線如何影響驅動器的波形 211
5.3.2 用2D場求解器計算微帶線中
電場的分布 214
5.3.3 反彈圖 216
5.3.4 反射波形仿真 217
5.3.5 何時需要端接 219
5.3.6 源端端接 222
5.3.7 源端端接時傳輸線長度的影響 222
5.3.8 短串接傳輸線的反射 225
5.3.9 短串接傳輸線的反射（續） 227
5.3.10 短樁線傳輸線的反射 230
5.3.11 容性終端負載的反射 233
5.3.12 傳輸線中途的容性負載反射 236
5.3.13 容性時延累加 239
5.3.14 有載線 239
5.3.15 感性突變產生的反射 243
5.3.16 感性時延累加 245
5.3.17 補償 245
5.4 考慮損耗時的仿真 248
5.4.1 損耗對傳輸線的影響 248
5.4.2 有損線的時域行為 248
5.4.3 不同長度傳輸線對輸出信號
的影響 251
5.4.4 損耗對眼圖的影響 255
5.5 傳輸線的串擾仿真 257
5.5.1 近端串擾 257
5.5.2 遠端串擾 258
5.5.3 仿真串擾 259
5.5.4 有源串聯端接的耦合線 260
5.5.5 多條耦合線攻擊時的串擾 261
5.5.6 帶狀線的情況 263
5.5.7 防護布線 265
5.5.8 串擾和時序 269
5.6 差分對仿真 272
5.6.1 差分電路的端接 272
5.6.2 微帶線和帶狀線的電場分布 273
5.6.3 端接差分信號 275
5.6.4 端接共模信號 280
5.6.5 差分對中的串擾 283
5.6.6 差分對中的共模噪聲 285
5.6.7 差分對對差分對的噪聲 287
5.6.8 返回路徑中的間隙 290
5.6.9 間隙對差分對的影響 291
5.7 使用HyperLynx進行時序調整 292
5.7.1 概述 292
5.7.2 時序調整 292
5.7.3 從實際板圖電路提取原理
仿真電路的方法 294
5.8 怎樣使用IBIS模型 295
5.8.1 概述 295
5.8.2 V/I數據 296
5.8.3 V/T數據 298
第6章 用HyperLynx進行PCB板的仿真分析 299
6.1 用HyperLynx進行PCB后仿真的
基本過程 299
6.1.1 在BoardSim中打開PCB 299
6.1.2 在BoardSim中編輯疊層和線寬 299
6.1.3 映射器件類型的參考指示符 301
6.1.4 編輯電源網絡 302
6.1.5 選擇要仿真的網絡 303
6.1.6 選擇IC元器件模型 303
6.1.7 編輯電阻、電感、電容參數值 305
6.1.8 確定電阻和電容封裝 305
6.1.9 設置和運行交互式仿真 306
6.1.10 觀察仿真結果 307
6.1.11 測量時間和電壓 308
6.1.12 記錄仿真結果 308
6.2 觀察BoardSim的特性 309
6.2.1 板圖用戶界面 309
6.2.2 放大和平移 310
6.2.3 改變板的方向 310
6.2.4 改變顯示 310
6.2.5 突出網絡顯示 311
6.2.6 同時觀察所有的網絡 312
6.2.7 觀察板圖布局 312
6.2.8 觀察PCB板圖細節 312
6.3 Session Edits保存的信息 314
6.3.1 BoardSim怎樣保存為Session Edits 314
6.3.2 .BUD文件中具有什么信息 315
6.3.3 怎樣保存為Session Edits 315
6.3.4 當 Session Edits 被重新加載時 316
6.4 終端向導和快速終端 317
6.4.1 終端向導（Terminator Wizard） 317
6.4.2 快速終端（Quick Terminators） 318
6.4.3 交互式編輯R、L和C 318
6.4.4 創建一個新的改變報告 319
6.5 批處理仿真 320
6.5.1 了解批處理仿真 320
6.5.2 準備批處理仿真的板圖 322
6.5.3 運行批處理仿真向導 325
6.5.4 批處理仿真報告 326
6.6 運行EMC仿真 326
6.6.1 設置頻譜分析儀探針 326
6.6.2 使用頻譜分析儀運行EMC仿真 329
6.7 在BoardSim中交互式仿真串擾 332
6.7.1 實現交互式板圖后串擾仿真 332
6.7.2 BoardSim怎樣找到串擾網絡 333
6.7.3 怎樣顯示攻擊線 333
6.7.4 設置串擾仿真的IC模型 334
6.7.5 運行仿真 334
6.7.6 怎樣最大化仿真特性 336
6.7.7 改變攻擊網絡的數量 336
6.8 在BoardSim中運行場求解器 337
6.8.1 關于BoardSim串擾和場求解器 337
6.8.2 什么是場求解器 337
6.8.3 BoardSim串擾場求解器是
怎樣工作的 338
6.8.4 打開耦合觀察器 338
6.8.5 報告網絡段的特性 340
6.9 多塊PCB板的分析 340
6.9.1 什么是多板選項 340
6.9.2 互聯模型 341
6.9.3 互聯電氣特性 341
6.9.4 MultiBoard Project Wizard概述 341
6.9.5 關于板圖ID 342
6.9.6 映射.HYP文件到板圖ID中 342
6.9.7 關于互連關系映射的說明 343
6.9.8 插入新的.HYP文件 344
6.9.9 刪除連接的.HYP文件 344
6.9.10 插入新的互聯映射 344
6.9.11 編輯MultiBoard Project Wizard
的提示框 344
6.9.12 創建或編輯一個多板的項目文件 345
6.9.13 編輯多板工程 350
6.9.14 打開多板項目文件 352
第7章 用SIwave進行電源完整性分析 353
7.1 板圖設計 353
7.2 封裝板的阻抗分析 371
7.3 封裝板的S參數 381
7.4 同步開關噪聲（SSN） 396
7.5 系統級封裝器件 411
第8章 用SIwave和Designer進行板級信號
完整性分析 415
8.1 T型板分析 415
8.1.1 模型描述 415
8.1.2 設置設計環境 416
8.1.3 創建模型 419
8.1.4 求解方案 424
8.1.5 仿真結果分析 428
8.2 分析封裝上的差分對 430
8.2.1 定義全局材料屬性 430
8.2.2 打開工程 430
8.2.3 疊層設置 431
8.2.4 主窗口中的疊層觀察 431
8.2.5 導體設置 431
8.2.6 走線設置 432
8.2.7 求解設置 433
8.2.8 觀察諧振模式 434
8.2.9 源的定義 434
8.2.10 終端的定義 435
8.2.11 編輯電路元件屬性 435
8.2.12 設置頻率掃描 436
8.2.13 求解 436
8.2.14 共模模式設置 437
8.2.15 頻率掃描設置 437
8.2.16 端口設置 438
8.2.17 設置SPICE求解 439
8.2.18 SPICE差分對 441
8.2.19 電路結構 442
8.2.20 求解電路（差模模式） 444
8.2.21 后處理電路 445
8.2.22 共模模式 445
8.2.23 共模模式仿真結果 446
8.3 傳輸時延 447
8.3.1 繪制金屬層 447
8.3.2 繪制走線 454
8.3.3 添加過孔 455
8.3.4 添加去耦電容 459
8.3.5 SIwave、Designer結合仿真 459
第9章 PCB板級輻射仿真分析方法 469
9.1 在SIwave中建立激勵源 469
9.2 在HFSS中進行遠場求解 471
參考文獻 482

1. 虛擬仿真企業綜合運營實訓教程 [曾苑 鄧文博]
2. CLO 3D服裝虛擬仿真設計與應用基礎 [主編　王靜]
3. 信號與系統（第二版） [主編 張宇]
4. 多智能體系統建模、仿真及應用 [趙春曉　魏楚元　著]
5. RFID射頻識別技術應用教程 [主編　王偉旗　王浩]
6. RFID技術與應用實訓教程 [主編 劉和文 李雪 謝忠敏]
7. 1000MW超臨界機組仿真培訓教程 [主編 馬培峰]
8. MSC Adams 多體動力學仿真基礎與實例解析（第二版） [湯滌軍 張躍 編著]
9. 信號與系統 [張宇]
10. 電路與電子技術實驗及Multisim仿真 [胡淑均 周天慶 戴哲轉 夏秋華]
11. 信號與系統實訓與實踐 [主編 武曉明 武華]
12. 信號處理與系統分析（第二版） [高政 劉亞東 宮二玲 曹聚亮 ]
13. 基于Simplorer場路耦合多物理域聯合仿真 [趙魯 編著]
14. ANSYS信號完整性分析與仿真實例 [房麗麗 編著]
15. 信號與系統（第二版） [主編 周濤]
16. DSP原理及應用（第二版） [主編 李利]
17. MSC Adams多體動力學仿真基礎與實例解 [陳志偉 董月亮 編著]
18. 信號與系統 [周濤]
19. 群體行為建模與計算機可視化仿真 [龐明勇 高向敏 劉楠 著]
20. 鑄造工藝仿真ProCAST從入門到精通 [李日 主編 ]
21. 信號與線性系統分析（第四版）同步輔導及習題全解 [主編 劉東星 孟祥曦]
22. 信號與系統（第二版•下冊）同步輔導及習題全解 [主編 蘇志平 趙洪巖]
23. 信號處理與系統分析 [高政 編著]
24. 信號與系統（第二版上冊）同步輔導及習題全解 [蘇志平 趙洪巖]
25. 計算機控制與仿真技術 [楊立 主編]
26. 計算機控制與仿真技術（第二版） [楊立 主編]