描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787302528579丛书名: 清华社“视频大讲堂”大系CAD/CAM/CAE技术视频大讲堂
产品特色
编辑推荐
硬件工程师必会的信号完整性分析
解决硬件工程师「原理图无误，PCB无误，电路调试却出错」的难题
帮助广大的硬件工程师设计出更加稳定可靠的电子系统
解决硬件工程师「原理图无误，PCB无误，电路调试却出错」的难题
帮助广大的硬件工程师设计出更加稳定可靠的电子系统
作者结合自己在PCB和EDA行业多年的实践经验，对信号完整性的基本概念、仿真工具的实际操作
与建模、PCB的物理实现必须关注的设计细节，结合DDR、HDMI、USB等常见的应用场景，进行了
系统而全面的介绍，真正做到了深入浅出，读者不需要高深的理论功底，就能快速上手解决实际
问题，同时在这个过程中逐步认识和理解信号完整性的各种设计理念，真正做到了不但授之以鱼，
更授之以渔。
————————————————————————————
随着产品的性能越来越强，高速信号越来越多，如何评估高速信号可行性和可靠性，是一个巨大的挑战。
而使用功能强大的 Keysight的ADS来进行仿真及验证，是应对上述挑战的重要手段之一。将修国先生在这
个方面具有多年的高速设计和仿真经验，本书正是他丰富经验的精髓，对于从事高速领域工作的工程师，
以及期望学习此方面知识技能的学生，具有很好的指导或参考作用。
——华为技术有限公司 技术专家 莫道春
人工智能时代的到来，逐步解放了人类的劳动力。工程师由于设计工具的发展，也从大量的依赖经验和手
动计算的工作中释放出来。ADS的不断强大和完善，为SI工程师和射频工程师的开发模式带来巨大变革。在
工程师的必备技能中，仿真成为了新工科的必备技能。修国凭借多年项目经验和积累，希望通过本书引领
这个变革，让工程师朋友们一起成为新时代硬件开发的弄潮儿。
——公众号“硬件十万个为什么”创始人 朱晓明
在信号完整性领域，能够做到深入浅出地讲解理论知识，分享实际工程经验的人，必须在这个领域里面钻
研多年，能够从理论走向实践，再从实践回归理论，反复迭代，这样写出的书才不会落入生涩难懂的局面。
幸好我们有蒋修国先生，他真正是“从工程师来，到工程师去”，以实战经验为背景，解读信号完整性基础
知识以及ADS仿真工具。实际上，蒋修国在写这本书的时候非常克制，作为信号完整性方面的专家，他打通
了从建模、设计到验证测试的所有环节，但这本书的内容只聚焦在设计仿真方面，也正因为如此，其内容
才丰富和实用。这本书是很多工程师所期待的。
——是德科技数字测试市场经理 杜吉伟
内容简介
本书主要是以ADS 软件为依托，结合信号完整性和电源完整性的基础理论以及实际的案例，完整地
介绍了使用ADS 进行信号完整性以及电源完整性仿真的流程和方法，*终都以实际的案例呈现给读者，
包括信号完整性和电源完整性的基本概念、ADS 软件基本架构以及简单使用、PCB 材料及层叠设计、IBIS
模型、SPICE 模型以及S 参数的应用、阻抗端接匹配仿真、串扰仿真，以及使用专门的工具进行阻抗、过
孔、DDR4、高速串行通道、PCB 信号以及电源完整性的仿真分析等。内容翔实，实用性强。
本书深入浅出结合实际案例的应用讲解，非常适合信号完整性以及ADS 仿真入门教程，也可以作为
资深仿真工程师的工具书，还可以作为大学电子、电路、通信、电磁场等专业的教学专业实验教材。
介绍了使用ADS 进行信号完整性以及电源完整性仿真的流程和方法，*终都以实际的案例呈现给读者，
包括信号完整性和电源完整性的基本概念、ADS 软件基本架构以及简单使用、PCB 材料及层叠设计、IBIS
模型、SPICE 模型以及S 参数的应用、阻抗端接匹配仿真、串扰仿真，以及使用专门的工具进行阻抗、过
孔、DDR4、高速串行通道、PCB 信号以及电源完整性的仿真分析等。内容翔实，实用性强。
本书深入浅出结合实际案例的应用讲解，非常适合信号完整性以及ADS 仿真入门教程，也可以作为
资深仿真工程师的工具书，还可以作为大学电子、电路、通信、电磁场等专业的教学专业实验教材。
目 录
目 录
第1 章 信号完整性基本概念 1
1.1 什么是信号完整性？ . 2
1.1.1 上升时间和下降时间 . 2
1.1.2 占空比 . 3
1.1.3 建立时间 . 3
1.1.4 保持时间 . 4
1.1.5 抖动 . 4
1.1.6 传输线 . 5
1.1.7 特性阻抗 . 6
1.1.8 反射 . 6
1.1.9 串扰 . 7
1.1.10 单调性 . 8
1.1.11 过冲/下冲 8
1.1.12 眼图 . 9
1.1.13 码间干扰 . 9
1.1.14 误码率 . 10
1.1.15 损耗 . 10
1.1.16 趋肤效应 . 11
1.1.17 扩频时钟（SSC）. 11
1.2 电源完整性基本概念 . 12
1.3 SI/PI/EMC 的相互关系 13
本章小结. 13
第2 章 ADS 基本概念及使用 14
2.1 是德科技EEsof 软件简介 . 15
2.2 ADS 软件介绍 16
2.2.1 ADS 概述 16
2.2.2 ADS 软件架构. 16
2.3 ADS 相关的文件介绍 19
2.4 ADS 相关窗口和菜单介绍 19
2.4.1 启动ADS 19
2.4.2 ADS 主界面 20
2.5 ADS 基础使用 21
2.5.1 新建或者打开原有工程 . 22
2.5.2 新建原理图 . 26
2.5.3 新建Layout . 33
2.5.4 新建数据显示窗口 . 36
本章小结. 41
第3 章 PCB 材料和层叠设计 . 42
3.1 PCB 材料介绍 43
3.1.1 铜箔 . 43
3.1.2 介质（半固化片和芯板） . 46
3.1.3 介电常数和介质损耗角 . 46
3.1.4 PCB 材料的分类 . 48
3.1.5 高速板材的特点 48
3.2 层叠设计 . 49
3.2.1 层叠设计的基本原则 . 49
3.2.2 层叠设计的典型案例 . 50
3.2.3 层叠结构中包含的参数信息 . 54
3.3 如何设置ADS 中的层叠 . 54
3.3.1 新建层叠 . 55
3.3.2 编辑材料信息 57
3.3.3 编辑层叠结构 60
3.3.4 添加过孔结构类型 . 62
3.4 CILD 阻抗计算 63
3.4.1 CILD（阻抗计算）介绍 . 63
3.4.2 微带线阻抗计算 64
3.4.3 参数的扫描 . 69
3.4.4 统计分析 . 71
3.4.5 带状线阻抗计算 73
3.4.6 共面波导线阻抗计算 . 73
3.4.7 自定义传输线结构 . 74
本章小结. 76
第4 章 传输线及端接 . 77
4.1 传输线 78
4.2 ADS 中的各类传输线 79
4.2.1 理想传输线模型 80
4.2.2 微带线和带状线模型 . 80
4.2.3 多层结构的传输线模型 . 84
4.3 损耗与信号完整性 . 86
4.4 阻抗与反射 . 89
4.4.1 传输链路与阻抗不连续点 . 89
4.4.2 反弹图 . 90
4.4.3 传输线阻抗分析 92
4.4.4 短桩线的反射 93
4.5 端接 95
4.5.1 点对点的传输线仿真 . 95
4.5.2 源端端接仿真 96
4.5.3 并联端接仿真 98
4.5.4 戴维宁端接仿真 99
4.5.5 RC 端接仿真 . 99
本章小结. 101
第5 章 过孔及过孔仿真 102
5.1 过孔的分类 . 103
5.2 Via 的结构 103
5.3 Via Designer . 105
5.3.1 开启Via Designer 106
5.3.2 编辑层叠结构 107
5.3.3 编辑过孔结构 110
5.3.4 Via Designer 变量设置 118
5.3.5 过孔的仿真以及仿真状态 . 119
5.3.6 查看仿真结果 121
5.3.7 导出仿真结果和模型 . 125
5.4 过孔的参数扫描仿真 . 127
5.5 Via Designer 模型在与ADS 和EMPro 中的应用 . 131
5.5.1 Via Designer 模型在ADS 中的应用 . 131
5.5.2 Via Designer 模型在EMPro 中的应用 . 133
5.6 高速电路中过孔的设计注意事项 . 134
本章小结. 135
第6 章 串扰案例 . 136
6.1 串扰 137
6.2 串扰的分类 . 137
6.2.1 近端串扰和远端串扰 . 137
6.2.2 串扰的仿真 . 138
6.3 ADS 参数扫描 139
6.4 串扰的耦合长度与串扰的关系 . 140
6.5 传输线之间的耦合距离与串扰的关系 . 157
6.5.1 传输线之间耦合间距与串扰的仿真 . 157
6.5.2 为什么PCB 设计要保证3W. 159
6.6 激励源的上升时间与串扰的关系 . 160
6.7 串扰与带状线的关系 . 161
6.7.1 微带线与带状线串扰的对比 . 161
6.7.2 高速信号线是布在内层好还是外层 . 164
6.8 传输线到参考层的距离与串扰的关系 . 164
6.9 定量分析串扰 . 167
6.10 串扰与S 参数以及总线要求. 168
6.11 如何减少电路设计中的串扰 . 170
本章小结. 170
第7 章 S 参数及其仿真应用 . 171
7.1 S 参数介绍 . 172
7.1.1 S 参数模型简介 172
7.1.2 S 参数的命名方式以及混合模式 173
7.1.3 S 参数的基本特性 . 174
7.2 检查/查看S 参数 . 175
7.3 S 参数仿真 . 178
7.3.1 提取传输线的S 参数 178
7.3.2 S 参数数据处理以及定义规范模板 181
7.4 S 参数与TDR 184
7.4.1 编辑TDR 公式 184
7.4.2 Front panel 的SP TDR 工具 186
本章小结. 187
第8 章 IBIS 与SPICE 模型 188
8.1 IBIS 模型简介 189
8.2 IBIS 模型的基本语法和结构 190
8.2.1 IBIS 的基本语法 . 190
8.2.2 IBIS 结构 . 190
8.2.3 IBIS 文件实例 . 191
8.3 ADS 中IBIS 模型的使用 199
8.3.1 IBIS 模型的应用 . 199
8.3.2 ADS 中使用EBD 模型 206
8.3.3 ADS 中使用Package 模型 208
8.4 SPICE 模型 . 209
8.4.1 ADS 中SPICE 模型的使用 . 210
8.4.2 宽带SPICE（BBS）模型生成器 . 212
8.4.3 W-element 模型生成 215
本章小结. 218
第9 章 HDMI 仿真 . 219
9.1 HDMI . 220
9.2 HDMI 电气规范解读 . 221
9.2.1 HDMI 线缆规范 222
9.2.2 HDMI 源设备规范 . 223
9.2.3 HDMI 接收设备规范 . 224
9.3 眼图和眼图模板 . 225
9.3.1 眼图和眼图模板介绍 . 225
9.3.2 选择眼图探针在ADS 中设置眼图模板 . 228
9.3.3 在ADS 中设置眼图模板 . 230
9.4 HDMI 仿真 . 231
9.4.1 HDMI 源设备仿真 . 231
9.4.2 HDMI 布线长度仿真 . 234
9.4.3 HDMI 差分对内长度偏差仿真 . 235
9.4.4 HDMI 差分对间长度偏差仿真 . 237
9.5 HDMI 设计规则 . 238
本章小结. 238
第10 章 DDR4 仿真 . 239
10.1 DDRx 总线介绍 . 240
10.1.1 DDR 介绍 240
10.1.2 DDR4 电气规范 . 241
10.2 DDR4 系统框图 . 244
10.3 DDR4 设计拓扑结构 . 244
10.4 片上端接（ODT） 246
10.5 DDR4 总线仿真 . 247
10.5.1 地址、控制、命令以及时钟信号仿真 . 247
10.5.2 数据和数据选通信号仿真 . 249
10.5.3 DDR bus 仿真 254
10.5.4 同步开关噪声（SSN）仿真 256
10.6 DDR4 一致性仿真分析 . 259
10.7 DDR4 的电源分配网络仿真 . 260
10.8 DDR4 设计注意事项 . 260
本章小结. 261
第11 章 高速串行总线仿真 262
11.1 高速串行接口 . 263
11.2 USB 263
11.2.1 USB 的发展历史 . 263
11.2.2 USB3.0 的物理结构及电气特性 . 264
11.3 IBIS-AMI 模型介绍 . 267
11.4 通道仿真 . 268
11.5 逐比特模式（Bit by bit） 271
11.6 统计模式（Statistics） 275
11.7 使用理想的发送/接收模型（Tx_Diff/Rx_Diff） 277
本章小结. 280
第12 章 PCB 板级仿真SIPro 281
12.1 PCB 信号完整性仿真的流程 282
12.2 PCB 文件导入 283
12.3 剪切PCB 文件 . 284
12.4 层叠和材料设置 . 287
12.5 SIPro 使用流程. 289
12.5.1 启动SIPro . 289
12.5.2 设置仿真分析类型 . 291
12.5.3 选择信号网络 292
12.5.4 设置仿真模型 296
12.5.5 设置仿真端口 298
12.5.6 设置仿真频率和Options 设置 300
12.5.7 运行仿真 . 303
12.5.8 查看和导出仿真结果 . 303
本章小结. 310
第13 章 PCB 板级仿真PIPro 311
13.1 电源完整性基础 . 312
13.1.1 什么是电源完整性 . 312
13.1.2 电源分配网络 312
13.1.3 目标阻抗 . 313
13.2 ADS 电源完整性仿真流程 . 313
13.3 电源完整性直流分析（PI DC） . 315
13.3.1 建立直流仿真分析 . 315
13.3.2 选择电源网络并确定参数 . 316
13.3.3 分离元件参数设置 . 317
13.3.4 VRM 设置 . 319
13.3.5 Sink 设置 . 320
13.3.6 设置Options 323
13.3.7 运行仿真及查看仿真结果 . 324
13.4 电源完整性电热仿真（PI ET） . 332
13.4.1 建立电热仿真分析 . 332
13.4.2 热模型设置 . 333
13.4.3 设置Options 338
13.4.4 运行仿真以及查看仿真结果 . 339
13.5 电源完整性交流分析（PI AC） . 341
13.5.1 VRM、Sink 设置 . 342
13.5.2 电容模型设置 343
13.5.3 仿真频率和Options 设置 352
13.5.4 运行仿真并查看仿真结果 . 353
13.5.5 产生原理图和子电路 . 359
13.5.6 优化仿真结果 361
13.6 如何设计一个好的电源系统 . 365
本章小结. 365
第1 章 信号完整性基本概念 1
1.1 什么是信号完整性？ . 2
1.1.1 上升时间和下降时间 . 2
1.1.2 占空比 . 3
1.1.3 建立时间 . 3
1.1.4 保持时间 . 4
1.1.5 抖动 . 4
1.1.6 传输线 . 5
1.1.7 特性阻抗 . 6
1.1.8 反射 . 6
1.1.9 串扰 . 7
1.1.10 单调性 . 8
1.1.11 过冲/下冲 8
1.1.12 眼图 . 9
1.1.13 码间干扰 . 9
1.1.14 误码率 . 10
1.1.15 损耗 . 10
1.1.16 趋肤效应 . 11
1.1.17 扩频时钟（SSC）. 11
1.2 电源完整性基本概念 . 12
1.3 SI/PI/EMC 的相互关系 13
本章小结. 13
第2 章 ADS 基本概念及使用 14
2.1 是德科技EEsof 软件简介 . 15
2.2 ADS 软件介绍 16
2.2.1 ADS 概述 16
2.2.2 ADS 软件架构. 16
2.3 ADS 相关的文件介绍 19
2.4 ADS 相关窗口和菜单介绍 19
2.4.1 启动ADS 19
2.4.2 ADS 主界面 20
2.5 ADS 基础使用 21
2.5.1 新建或者打开原有工程 . 22
2.5.2 新建原理图 . 26
2.5.3 新建Layout . 33
2.5.4 新建数据显示窗口 . 36
本章小结. 41
第3 章 PCB 材料和层叠设计 . 42
3.1 PCB 材料介绍 43
3.1.1 铜箔 . 43
3.1.2 介质（半固化片和芯板） . 46
3.1.3 介电常数和介质损耗角 . 46
3.1.4 PCB 材料的分类 . 48
3.1.5 高速板材的特点 48
3.2 层叠设计 . 49
3.2.1 层叠设计的基本原则 . 49
3.2.2 层叠设计的典型案例 . 50
3.2.3 层叠结构中包含的参数信息 . 54
3.3 如何设置ADS 中的层叠 . 54
3.3.1 新建层叠 . 55
3.3.2 编辑材料信息 57
3.3.3 编辑层叠结构 60
3.3.4 添加过孔结构类型 . 62
3.4 CILD 阻抗计算 63
3.4.1 CILD（阻抗计算）介绍 . 63
3.4.2 微带线阻抗计算 64
3.4.3 参数的扫描 . 69
3.4.4 统计分析 . 71
3.4.5 带状线阻抗计算 73
3.4.6 共面波导线阻抗计算 . 73
3.4.7 自定义传输线结构 . 74
本章小结. 76
第4 章 传输线及端接 . 77
4.1 传输线 78
4.2 ADS 中的各类传输线 79
4.2.1 理想传输线模型 80
4.2.2 微带线和带状线模型 . 80
4.2.3 多层结构的传输线模型 . 84
4.3 损耗与信号完整性 . 86
4.4 阻抗与反射 . 89
4.4.1 传输链路与阻抗不连续点 . 89
4.4.2 反弹图 . 90
4.4.3 传输线阻抗分析 92
4.4.4 短桩线的反射 93
4.5 端接 95
4.5.1 点对点的传输线仿真 . 95
4.5.2 源端端接仿真 96
4.5.3 并联端接仿真 98
4.5.4 戴维宁端接仿真 99
4.5.5 RC 端接仿真 . 99
本章小结. 101
第5 章 过孔及过孔仿真 102
5.1 过孔的分类 . 103
5.2 Via 的结构 103
5.3 Via Designer . 105
5.3.1 开启Via Designer 106
5.3.2 编辑层叠结构 107
5.3.3 编辑过孔结构 110
5.3.4 Via Designer 变量设置 118
5.3.5 过孔的仿真以及仿真状态 . 119
5.3.6 查看仿真结果 121
5.3.7 导出仿真结果和模型 . 125
5.4 过孔的参数扫描仿真 . 127
5.5 Via Designer 模型在与ADS 和EMPro 中的应用 . 131
5.5.1 Via Designer 模型在ADS 中的应用 . 131
5.5.2 Via Designer 模型在EMPro 中的应用 . 133
5.6 高速电路中过孔的设计注意事项 . 134
本章小结. 135
第6 章 串扰案例 . 136
6.1 串扰 137
6.2 串扰的分类 . 137
6.2.1 近端串扰和远端串扰 . 137
6.2.2 串扰的仿真 . 138
6.3 ADS 参数扫描 139
6.4 串扰的耦合长度与串扰的关系 . 140
6.5 传输线之间的耦合距离与串扰的关系 . 157
6.5.1 传输线之间耦合间距与串扰的仿真 . 157
6.5.2 为什么PCB 设计要保证3W. 159
6.6 激励源的上升时间与串扰的关系 . 160
6.7 串扰与带状线的关系 . 161
6.7.1 微带线与带状线串扰的对比 . 161
6.7.2 高速信号线是布在内层好还是外层 . 164
6.8 传输线到参考层的距离与串扰的关系 . 164
6.9 定量分析串扰 . 167
6.10 串扰与S 参数以及总线要求. 168
6.11 如何减少电路设计中的串扰 . 170
本章小结. 170
第7 章 S 参数及其仿真应用 . 171
7.1 S 参数介绍 . 172
7.1.1 S 参数模型简介 172
7.1.2 S 参数的命名方式以及混合模式 173
7.1.3 S 参数的基本特性 . 174
7.2 检查/查看S 参数 . 175
7.3 S 参数仿真 . 178
7.3.1 提取传输线的S 参数 178
7.3.2 S 参数数据处理以及定义规范模板 181
7.4 S 参数与TDR 184
7.4.1 编辑TDR 公式 184
7.4.2 Front panel 的SP TDR 工具 186
本章小结. 187
第8 章 IBIS 与SPICE 模型 188
8.1 IBIS 模型简介 189
8.2 IBIS 模型的基本语法和结构 190
8.2.1 IBIS 的基本语法 . 190
8.2.2 IBIS 结构 . 190
8.2.3 IBIS 文件实例 . 191
8.3 ADS 中IBIS 模型的使用 199
8.3.1 IBIS 模型的应用 . 199
8.3.2 ADS 中使用EBD 模型 206
8.3.3 ADS 中使用Package 模型 208
8.4 SPICE 模型 . 209
8.4.1 ADS 中SPICE 模型的使用 . 210
8.4.2 宽带SPICE（BBS）模型生成器 . 212
8.4.3 W-element 模型生成 215
本章小结. 218
第9 章 HDMI 仿真 . 219
9.1 HDMI . 220
9.2 HDMI 电气规范解读 . 221
9.2.1 HDMI 线缆规范 222
9.2.2 HDMI 源设备规范 . 223
9.2.3 HDMI 接收设备规范 . 224
9.3 眼图和眼图模板 . 225
9.3.1 眼图和眼图模板介绍 . 225
9.3.2 选择眼图探针在ADS 中设置眼图模板 . 228
9.3.3 在ADS 中设置眼图模板 . 230
9.4 HDMI 仿真 . 231
9.4.1 HDMI 源设备仿真 . 231
9.4.2 HDMI 布线长度仿真 . 234
9.4.3 HDMI 差分对内长度偏差仿真 . 235
9.4.4 HDMI 差分对间长度偏差仿真 . 237
9.5 HDMI 设计规则 . 238
本章小结. 238
第10 章 DDR4 仿真 . 239
10.1 DDRx 总线介绍 . 240
10.1.1 DDR 介绍 240
10.1.2 DDR4 电气规范 . 241
10.2 DDR4 系统框图 . 244
10.3 DDR4 设计拓扑结构 . 244
10.4 片上端接（ODT） 246
10.5 DDR4 总线仿真 . 247
10.5.1 地址、控制、命令以及时钟信号仿真 . 247
10.5.2 数据和数据选通信号仿真 . 249
10.5.3 DDR bus 仿真 254
10.5.4 同步开关噪声（SSN）仿真 256
10.6 DDR4 一致性仿真分析 . 259
10.7 DDR4 的电源分配网络仿真 . 260
10.8 DDR4 设计注意事项 . 260
本章小结. 261
第11 章 高速串行总线仿真 262
11.1 高速串行接口 . 263
11.2 USB 263
11.2.1 USB 的发展历史 . 263
11.2.2 USB3.0 的物理结构及电气特性 . 264
11.3 IBIS-AMI 模型介绍 . 267
11.4 通道仿真 . 268
11.5 逐比特模式（Bit by bit） 271
11.6 统计模式（Statistics） 275
11.7 使用理想的发送/接收模型（Tx_Diff/Rx_Diff） 277
本章小结. 280
第12 章 PCB 板级仿真SIPro 281
12.1 PCB 信号完整性仿真的流程 282
12.2 PCB 文件导入 283
12.3 剪切PCB 文件 . 284
12.4 层叠和材料设置 . 287
12.5 SIPro 使用流程. 289
12.5.1 启动SIPro . 289
12.5.2 设置仿真分析类型 . 291
12.5.3 选择信号网络 292
12.5.4 设置仿真模型 296
12.5.5 设置仿真端口 298
12.5.6 设置仿真频率和Options 设置 300
12.5.7 运行仿真 . 303
12.5.8 查看和导出仿真结果 . 303
本章小结. 310
第13 章 PCB 板级仿真PIPro 311
13.1 电源完整性基础 . 312
13.1.1 什么是电源完整性 . 312
13.1.2 电源分配网络 312
13.1.3 目标阻抗 . 313
13.2 ADS 电源完整性仿真流程 . 313
13.3 电源完整性直流分析（PI DC） . 315
13.3.1 建立直流仿真分析 . 315
13.3.2 选择电源网络并确定参数 . 316
13.3.3 分离元件参数设置 . 317
13.3.4 VRM 设置 . 319
13.3.5 Sink 设置 . 320
13.3.6 设置Options 323
13.3.7 运行仿真及查看仿真结果 . 324
13.4 电源完整性电热仿真（PI ET） . 332
13.4.1 建立电热仿真分析 . 332
13.4.2 热模型设置 . 333
13.4.3 设置Options 338
13.4.4 运行仿真以及查看仿真结果 . 339
13.5 电源完整性交流分析（PI AC） . 341
13.5.1 VRM、Sink 设置 . 342
13.5.2 电容模型设置 343
13.5.3 仿真频率和Options 设置 352
13.5.4 运行仿真并查看仿真结果 . 353
13.5.5 产生原理图和子电路 . 359
13.5.6 优化仿真结果 361
13.6 如何设计一个好的电源系统 . 365
本章小结. 365
前 言
推荐序一
国外业界同行将包括信号完整性（SI）、电源完整性（PI）、电磁完整性（EMI）在内
的广义信号完整性也统称作电气完整性（Electrical Integrity, EI），实质是突出了电子系统
电气功能-性能属性上优劣的本质内涵。我国电子信息产业界在自主研发高端电子系统时，
不可回避地要面对高速度高密度诸多方面的仿真分析难题和提升设计指标的技术挑战。国
内的业界同人从21 世纪初逐步涉足广义信号完整性分析技术领域，到如今已经是快速跟进、
与国际电气完整性技术前沿全面对接。
是德（Keysight）公司的EDA 软件，是国内外业界耳熟能详的知名品牌。其和是德自
身的测试仪器同步雄起，从惠普（HP）、安捷伦（Aglient），到如今的是德，一直都是位
居电子科技界EDA 软件工具和测试仪器口碑的领头雁。令人称道的是，其ADS（Advanced
Design System）先进设计系统软件，已经在高速PCB、封装等SI/PI 仿真分析与设计等领域
获得了业界的广泛认同和采纳。
这部以电子设计师为受众的《ADS 信号完整性仿真与实战》新书，将SI/PI 的概念铺垫、
原理介绍以及仿真分析技术有机地融为一体。书中以ADS 软件为依托、以PCB 为主要对象，
选择差分串行总线USB（数据率为4.5GB/s）、HDMI、PCIe 以及单端并行总线DDR4（传
输速率为3.2GT/s）等传输平台；纳入IBIS、AMI 及SPICE 等模型参数。重点针对包括反
射、串扰、电源纹波在内的各种电气不完整的实际案例；清晰阐释如何分析各种传输线及
S-参数的实质性变动；完整介绍信号完整性以及电源完整性的仿真流程和方法。在读者进行
信号完整性仿真的流程中，可以随书起舞，逐步进入SI 分析技术实际案例的实战状态！
Eric 的新书《信号完整性与电源完整性分析》（第三版）中文版即将出版，这是一部
SI 原理性教材。但书中有50 多幅插图采用了是德软件，其中有一半用的又是其ADS 软件。
修国的这部《ADS 信号完整性仿真与实战》，与三年前张涛编著的《ADS 高速电路信号完
整性应用实例》一起，都是以ADS 为平台的SI 实用型教材。在信号完整性分析仿真与设计
调试技术领域，这三部书以ADS 为纽带，相映生辉、相得益彰！
修国的这本书是在我国研发电子信息新产品中为解决所面临的信号完整性问题而奉献
的心血之作。在此，我谨代表国内SI 业界同人向作者致以由衷的谢忱！
西安电子科技大学 教育部超高速电路设计与EMC 重点实验室 李玉山
2019.02
——————————————————————————————————————————————————————
推荐序二
很多硬件工程师可能都面临过这样一个问题—为什么我的原理图设计完全正确，PCB
连线也没问题，但是电路调试时，系统就是不能正常工作？这种情况的出现很可能就是遇
到了信号完整性和电源完整性问题。
在21 世纪初，电路的信号还只有几十兆赫兹，集成电路规模还不大，所以我们的主要
精力在设计和优化电路上，工程师只要电路设计正确了，PCB 没有连接错误，即使版图实
现有一些差异，对电路正常工作没有太大影响。但是如今硬件高度集成化，硬件系统越来
越简单，但芯片信号的最高速率已经达到几十吉赫兹，PCB 连线几个毫米长度的差异，或
电源和地平面的形状不同，都会对信号质量产生巨大的影响，甚至造成电路无法正常工作。
这就是很多硬件工程师在学校里面很少接触，但是工作中又不得不面对的信号电源完整性
问题，可以这么说，在硬件系统高度集成化的今天，不懂信号完整性的硬件工程师是不合
格的。
信号完整性至今在大多数高校课程中仍然没有设置，而是依靠工程师在实际工作中自
己摸索学习。但信号完整性设计跨越电路、电磁场、信号与系统多个领域的内容，工程实
现上又和PCB 设计的很多细节相关，依靠经验去分析是很困难的。幸好现在有ADS 这样的
仿真软件，可以协助工程师深入和细致的分析和定位这类问题。
ADS 作为业界领先的电子系统仿真软件，功能是极为强大和全面的，过去出版的书籍，
大多数集中于介绍它在射频微波领域的应用（因为这是它最初的功能），或者侧重于介绍
软件操作。而本书则是一本系统介绍ADS 在信号完整性设计领域应用的书籍。作者结合自
己在PCB 和EDA 行业多年的实践经验，对信号完整性的基本概念、仿真工具的实际操作
与建模、PCB 的物理实现必须关注的设计细节，结合DDR、HDMI、USB 等常见的应用场
景，进行了系统而全面的介绍，真正做到了深入浅出。读者不需要高深的理论功底，就能
快速上手解决实际问题，同时在这个过程中逐步认识和理解信号完整性的各种设计理念，
真正做到了不但授之以鱼，更授之以渔。
相信这本书能够帮助广大的硬件工程师设计出更加稳定可靠的电子系统！
华为技术有限公司 高速高频互连实验室 杨丹
2019.02
——————————————————————————————————————————————————————
前 言
在写作本书之前，由张涛等编写的《ADS 高速电路信号完整性应用实例》一书已经得
到了很多读者的认可。但书中由于没有包含信号完整性和电源完整性的基础理论以及一些
基本的使用方法，又加之新版本的ADS 软件有一些关于信号完整性和电源完整性新的功能
推出，所以都促成了本书的成稿，这正好可以与之互补。
本书是一本面向需要使用ADS 进行信号完整性和电源完整性仿真工程师和学生的书。
本书结合笔者多年的硬件设计和信号完整性仿真及测试的实际工作经验进行编写。全书内
容一共分为了13 章，主要是以ADS 软件为依托，结合信号完整性和电源完整性的基础理
论以及实际的案例，完整地介绍了使用ADS 进行信号完整性以及电源完整性仿真的流程和
方法，最终都以实际的案例呈现给读者，包括了信号完整性和电源完整性的基本概念、ADS
软件基本架构以及简单使用、PCB 材料及层叠设计、IBIS 模型、SPICE 模型以及S 参数的
应用、阻抗端接匹配仿真、串扰仿真，以及使用专门的工具进行阻抗、过孔、DDR4、高速
串行通道、PCB 信号以及电源完整性仿真分析等。本书内容翔实，实用性强。
第1 章主要介绍了信号完整性和电源完整性的基本概念，只有了解了相关的基本概念
之后，才会理解后面介绍到的内容。第2 章介绍了ADS 的基本概念和框架以及简要介绍了
ADS 各个相关模块的使用。第3 章介绍了PCB 材料、层叠设计以及PCB 材料对信号完整
性的影响，主要介绍了CILD 的基本应用以及如何进行传输线阻抗的计算。第4 章介绍了主
要介绍传输线、PCB 主要的传输线类型、ADS 中各种传输线模型库以及模型库中的元件；
介绍了与传输线相关的理想传输线、有损传输线与信号完整性的关系；着重介绍了阻抗、
阻抗匹配与反射和端接等内容。第5 章主要介绍了过孔结构、仿真以及过孔设计的注意事
项，详细介绍了Via designer 的使用，包括过孔仿真、多个变量的扫描、仿真结果的输出、
仿真模型在ADS 和EMPro 中的应用等。第6 章主要介绍了串扰的基本概念以及影响串扰大
小的一些因素。通过对这些因素的研究和分析，不仅获得了一些结论，还通过对这些参数
的仿真，介绍了如何在ADS 中新建工程、新建原理图、使用数据显示窗口，以及ADS 的
高级应用，如参数扫描仿真等。第7 章主要介绍S 参数的基本概念以及使用ADS 仿真传输
线的S 参数，使用ADS 级联多段S 参数、对S 参数的处理以及在ADS 中编辑无源链路的
规范，通过对比规范可以判断无源链路是否满足设计的要求。最后，详细介绍了如何把S
参数转换为时域阻抗。第8 章主要从基本的模型概念着手，介绍了IBIS 和SPICE 模型的应
用，同时介绍了在ADS 中如何产生宽带SPICE 模型和W-element 模型以及在ADS 中的应
用。第9 章以一个实际的总线为例介绍了ADS 前仿真，主要介绍了眼图以及眼图模板的概
念、如何设计ADS 的眼图模板以及调用、并针对HDMI 的设计和仿真做了详细的介绍。以
HDMI 为例介绍了如何阅读总线规范，并从规范中获得仿真和测试需要的电气参数并围绕规
范要求着重介绍了如何仿真HDMI 相应的参数。最后，介绍了HDMI 在设计时的注意事项。
第10 章主要介绍DDR 总线的基本概念以及DDR4 的电气规范，包括如何在ADS 中的仿真
ODT、地址、控制、命令、时钟以及数据和数据选通信号，ADS DDR bus 仿真器针对DDR4
眼图模板的仿真和在ADS 中如何进行SSN 仿真，最后介绍了DDR4 在设计中的注意事项。
第11 章主要介绍通道仿真、IBIS-AMI 模型、USB 总线及电气参数，详细介绍了通道仿真
中的逐比特模式和统计模式，并以USB 总线为例子详细介绍了两种类型的仿真，最后介绍
了在没有IBIS-AMI 模型时的通道仿真方法和带串扰通道的仿真流程。第12 章主要介绍PCB
仿真的基本流程以及信号完整性的后仿真，详细介绍如何导入PCB 文件、编辑PCB 文件、
SIPro 使用，包括如何提取传输线模型、获取仿真的结果和模型、仿真后对数据的处理以及
对导出模型的使用。第13 章主要介绍了电源完整性基础知识以及相关的仿真，从原理方案
设计到电源系统的仿真，具体包含了电源完整性的基本概念、PDN 的组成部分、目标阻抗
的计算、电源完整性直流仿真、电热联合仿真和电源完整性交流仿真以及自动优化。
特此说明，本书所有的工程案例仿真都是基于ADS 2017 版本进行仿真和编写的，读者
如果使用的版本不同可能会有部分功能不同。另外书中使用的电路图考虑到美国软件的要
求，所以不宜改为国标，且考虑到软件界面的使用习惯，书中英文内容采用正体格式。
从本书的构思到完成，花了1 年多的时间。在写作本书的过程获得了很多人的帮助，
包括我的领导、同事、老师、朋友和家人，感谢他们提供的写作素材、仿真模型、材料以
及其他的帮助。特别感谢陈崇涛和张涛两位领导的帮助，在本书的写作过程他们给了很多
建议和帮助，在完稿之后帮忙审稿也花费了很多时间和精力；感谢西安电子科技大学的李
玉山教授、华为技术专家杨丹先生、华为技术专家莫道春先生、《硬件十万个为什么》的创
始人朱晓明先生、是德科技数字测试市场经理杜吉伟先生给本书作序、写推荐语，在学习
和工作中他们都有给我很多的帮助；特别感谢本书的编辑柴东老师以及其他不知道名字的
老师，在本书的出版过程中鼎力相助，使本书能这么快的送到读者的面前。
最后，要特别感谢我的家人，尤其是对有两个小天使的父亲，利用业余时间写书，简
直就是一种奢侈，但有了他们的理解、照料和奉献，使我安心地完成本书的写作。
要感谢的人很多，无法在此一一列举，在此一并对大家道一声：感谢！
由于时间和篇幅的原因并没有把所有使用ADS 进行信号完整性和电源完整性相关的内
容都编写在本书中。另外，本书中难免会存在错误或者理解不到位的点，如有发现，请读
者朋友们指正。相关问题可发送邮件至[email protected]，或者添加本人的微信号
sipiemc。也可以在“信号完整性”公众号下方留言，公众号的微信号是：SI_PI_EMC。
为便于读者阅读和学习，特提供部分模型和工程文件，所有的模型和工程文件不能用
于商业目的。获取方式添加作者微信号，我会定期处理。
蒋修国
2019 年2 月16 日于深圳
国外业界同行将包括信号完整性（SI）、电源完整性（PI）、电磁完整性（EMI）在内
的广义信号完整性也统称作电气完整性（Electrical Integrity, EI），实质是突出了电子系统
电气功能-性能属性上优劣的本质内涵。我国电子信息产业界在自主研发高端电子系统时，
不可回避地要面对高速度高密度诸多方面的仿真分析难题和提升设计指标的技术挑战。国
内的业界同人从21 世纪初逐步涉足广义信号完整性分析技术领域，到如今已经是快速跟进、
与国际电气完整性技术前沿全面对接。
是德（Keysight）公司的EDA 软件，是国内外业界耳熟能详的知名品牌。其和是德自
身的测试仪器同步雄起，从惠普（HP）、安捷伦（Aglient），到如今的是德，一直都是位
居电子科技界EDA 软件工具和测试仪器口碑的领头雁。令人称道的是，其ADS（Advanced
Design System）先进设计系统软件，已经在高速PCB、封装等SI/PI 仿真分析与设计等领域
获得了业界的广泛认同和采纳。
这部以电子设计师为受众的《ADS 信号完整性仿真与实战》新书，将SI/PI 的概念铺垫、
原理介绍以及仿真分析技术有机地融为一体。书中以ADS 软件为依托、以PCB 为主要对象，
选择差分串行总线USB（数据率为4.5GB/s）、HDMI、PCIe 以及单端并行总线DDR4（传
输速率为3.2GT/s）等传输平台；纳入IBIS、AMI 及SPICE 等模型参数。重点针对包括反
射、串扰、电源纹波在内的各种电气不完整的实际案例；清晰阐释如何分析各种传输线及
S-参数的实质性变动；完整介绍信号完整性以及电源完整性的仿真流程和方法。在读者进行
信号完整性仿真的流程中，可以随书起舞，逐步进入SI 分析技术实际案例的实战状态！
Eric 的新书《信号完整性与电源完整性分析》（第三版）中文版即将出版，这是一部
SI 原理性教材。但书中有50 多幅插图采用了是德软件，其中有一半用的又是其ADS 软件。
修国的这部《ADS 信号完整性仿真与实战》，与三年前张涛编著的《ADS 高速电路信号完
整性应用实例》一起，都是以ADS 为平台的SI 实用型教材。在信号完整性分析仿真与设计
调试技术领域，这三部书以ADS 为纽带，相映生辉、相得益彰！
修国的这本书是在我国研发电子信息新产品中为解决所面临的信号完整性问题而奉献
的心血之作。在此，我谨代表国内SI 业界同人向作者致以由衷的谢忱！
西安电子科技大学 教育部超高速电路设计与EMC 重点实验室 李玉山
2019.02
——————————————————————————————————————————————————————
推荐序二
很多硬件工程师可能都面临过这样一个问题—为什么我的原理图设计完全正确，PCB
连线也没问题，但是电路调试时，系统就是不能正常工作？这种情况的出现很可能就是遇
到了信号完整性和电源完整性问题。
在21 世纪初，电路的信号还只有几十兆赫兹，集成电路规模还不大，所以我们的主要
精力在设计和优化电路上，工程师只要电路设计正确了，PCB 没有连接错误，即使版图实
现有一些差异，对电路正常工作没有太大影响。但是如今硬件高度集成化，硬件系统越来
越简单，但芯片信号的最高速率已经达到几十吉赫兹，PCB 连线几个毫米长度的差异，或
电源和地平面的形状不同，都会对信号质量产生巨大的影响，甚至造成电路无法正常工作。
这就是很多硬件工程师在学校里面很少接触，但是工作中又不得不面对的信号电源完整性
问题，可以这么说，在硬件系统高度集成化的今天，不懂信号完整性的硬件工程师是不合
格的。
信号完整性至今在大多数高校课程中仍然没有设置，而是依靠工程师在实际工作中自
己摸索学习。但信号完整性设计跨越电路、电磁场、信号与系统多个领域的内容，工程实
现上又和PCB 设计的很多细节相关，依靠经验去分析是很困难的。幸好现在有ADS 这样的
仿真软件，可以协助工程师深入和细致的分析和定位这类问题。
ADS 作为业界领先的电子系统仿真软件，功能是极为强大和全面的，过去出版的书籍，
大多数集中于介绍它在射频微波领域的应用（因为这是它最初的功能），或者侧重于介绍
软件操作。而本书则是一本系统介绍ADS 在信号完整性设计领域应用的书籍。作者结合自
己在PCB 和EDA 行业多年的实践经验，对信号完整性的基本概念、仿真工具的实际操作
与建模、PCB 的物理实现必须关注的设计细节，结合DDR、HDMI、USB 等常见的应用场
景，进行了系统而全面的介绍，真正做到了深入浅出。读者不需要高深的理论功底，就能
快速上手解决实际问题，同时在这个过程中逐步认识和理解信号完整性的各种设计理念，
真正做到了不但授之以鱼，更授之以渔。
相信这本书能够帮助广大的硬件工程师设计出更加稳定可靠的电子系统！
华为技术有限公司 高速高频互连实验室 杨丹
2019.02
——————————————————————————————————————————————————————
前 言
在写作本书之前，由张涛等编写的《ADS 高速电路信号完整性应用实例》一书已经得
到了很多读者的认可。但书中由于没有包含信号完整性和电源完整性的基础理论以及一些
基本的使用方法，又加之新版本的ADS 软件有一些关于信号完整性和电源完整性新的功能
推出，所以都促成了本书的成稿，这正好可以与之互补。
本书是一本面向需要使用ADS 进行信号完整性和电源完整性仿真工程师和学生的书。
本书结合笔者多年的硬件设计和信号完整性仿真及测试的实际工作经验进行编写。全书内
容一共分为了13 章，主要是以ADS 软件为依托，结合信号完整性和电源完整性的基础理
论以及实际的案例，完整地介绍了使用ADS 进行信号完整性以及电源完整性仿真的流程和
方法，最终都以实际的案例呈现给读者，包括了信号完整性和电源完整性的基本概念、ADS
软件基本架构以及简单使用、PCB 材料及层叠设计、IBIS 模型、SPICE 模型以及S 参数的
应用、阻抗端接匹配仿真、串扰仿真，以及使用专门的工具进行阻抗、过孔、DDR4、高速
串行通道、PCB 信号以及电源完整性仿真分析等。本书内容翔实，实用性强。
第1 章主要介绍了信号完整性和电源完整性的基本概念，只有了解了相关的基本概念
之后，才会理解后面介绍到的内容。第2 章介绍了ADS 的基本概念和框架以及简要介绍了
ADS 各个相关模块的使用。第3 章介绍了PCB 材料、层叠设计以及PCB 材料对信号完整
性的影响，主要介绍了CILD 的基本应用以及如何进行传输线阻抗的计算。第4 章介绍了主
要介绍传输线、PCB 主要的传输线类型、ADS 中各种传输线模型库以及模型库中的元件；
介绍了与传输线相关的理想传输线、有损传输线与信号完整性的关系；着重介绍了阻抗、
阻抗匹配与反射和端接等内容。第5 章主要介绍了过孔结构、仿真以及过孔设计的注意事
项，详细介绍了Via designer 的使用，包括过孔仿真、多个变量的扫描、仿真结果的输出、
仿真模型在ADS 和EMPro 中的应用等。第6 章主要介绍了串扰的基本概念以及影响串扰大
小的一些因素。通过对这些因素的研究和分析，不仅获得了一些结论，还通过对这些参数
的仿真，介绍了如何在ADS 中新建工程、新建原理图、使用数据显示窗口，以及ADS 的
高级应用，如参数扫描仿真等。第7 章主要介绍S 参数的基本概念以及使用ADS 仿真传输
线的S 参数，使用ADS 级联多段S 参数、对S 参数的处理以及在ADS 中编辑无源链路的
规范，通过对比规范可以判断无源链路是否满足设计的要求。最后，详细介绍了如何把S
参数转换为时域阻抗。第8 章主要从基本的模型概念着手，介绍了IBIS 和SPICE 模型的应
用，同时介绍了在ADS 中如何产生宽带SPICE 模型和W-element 模型以及在ADS 中的应
用。第9 章以一个实际的总线为例介绍了ADS 前仿真，主要介绍了眼图以及眼图模板的概
念、如何设计ADS 的眼图模板以及调用、并针对HDMI 的设计和仿真做了详细的介绍。以
HDMI 为例介绍了如何阅读总线规范，并从规范中获得仿真和测试需要的电气参数并围绕规
范要求着重介绍了如何仿真HDMI 相应的参数。最后，介绍了HDMI 在设计时的注意事项。
第10 章主要介绍DDR 总线的基本概念以及DDR4 的电气规范，包括如何在ADS 中的仿真
ODT、地址、控制、命令、时钟以及数据和数据选通信号，ADS DDR bus 仿真器针对DDR4
眼图模板的仿真和在ADS 中如何进行SSN 仿真，最后介绍了DDR4 在设计中的注意事项。
第11 章主要介绍通道仿真、IBIS-AMI 模型、USB 总线及电气参数，详细介绍了通道仿真
中的逐比特模式和统计模式，并以USB 总线为例子详细介绍了两种类型的仿真，最后介绍
了在没有IBIS-AMI 模型时的通道仿真方法和带串扰通道的仿真流程。第12 章主要介绍PCB
仿真的基本流程以及信号完整性的后仿真，详细介绍如何导入PCB 文件、编辑PCB 文件、
SIPro 使用，包括如何提取传输线模型、获取仿真的结果和模型、仿真后对数据的处理以及
对导出模型的使用。第13 章主要介绍了电源完整性基础知识以及相关的仿真，从原理方案
设计到电源系统的仿真，具体包含了电源完整性的基本概念、PDN 的组成部分、目标阻抗
的计算、电源完整性直流仿真、电热联合仿真和电源完整性交流仿真以及自动优化。
特此说明，本书所有的工程案例仿真都是基于ADS 2017 版本进行仿真和编写的，读者
如果使用的版本不同可能会有部分功能不同。另外书中使用的电路图考虑到美国软件的要
求，所以不宜改为国标，且考虑到软件界面的使用习惯，书中英文内容采用正体格式。
从本书的构思到完成，花了1 年多的时间。在写作本书的过程获得了很多人的帮助，
包括我的领导、同事、老师、朋友和家人，感谢他们提供的写作素材、仿真模型、材料以
及其他的帮助。特别感谢陈崇涛和张涛两位领导的帮助，在本书的写作过程他们给了很多
建议和帮助，在完稿之后帮忙审稿也花费了很多时间和精力；感谢西安电子科技大学的李
玉山教授、华为技术专家杨丹先生、华为技术专家莫道春先生、《硬件十万个为什么》的创
始人朱晓明先生、是德科技数字测试市场经理杜吉伟先生给本书作序、写推荐语，在学习
和工作中他们都有给我很多的帮助；特别感谢本书的编辑柴东老师以及其他不知道名字的
老师，在本书的出版过程中鼎力相助，使本书能这么快的送到读者的面前。
最后，要特别感谢我的家人，尤其是对有两个小天使的父亲，利用业余时间写书，简
直就是一种奢侈，但有了他们的理解、照料和奉献，使我安心地完成本书的写作。
要感谢的人很多，无法在此一一列举，在此一并对大家道一声：感谢！
由于时间和篇幅的原因并没有把所有使用ADS 进行信号完整性和电源完整性相关的内
容都编写在本书中。另外，本书中难免会存在错误或者理解不到位的点，如有发现，请读
者朋友们指正。相关问题可发送邮件至[email protected]，或者添加本人的微信号
sipiemc。也可以在“信号完整性”公众号下方留言，公众号的微信号是：SI_PI_EMC。
为便于读者阅读和学习，特提供部分模型和工程文件，所有的模型和工程文件不能用
于商业目的。获取方式添加作者微信号，我会定期处理。
蒋修国
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