基本信息

書名:硬件系統工程師寶典

版 次:1

頁 數:356

字 數:569600

印刷時間:2015-1-1

開 本:16開

紙 張:膠版紙

印 次:1

包 裝:平裝

叢書名:EDA精品智匯館

國際標準書號ISBN:9787121249822

內容推薦


全書包括:硬件系統設計中的常見需求,設計中需要考慮的各類概要設計及開發平臺的歸納,SI的理論分析及滿足SI的常用設計方法,PI的理論分析及滿足PI的常用設計方法,EMC/EMI的理論分析及滿足EMC/EMI的常用設計方法,DFX的理論分析及滿足DFX的常用設計方法,電路設計中常用各類器件的原理說明及常用電路的原理圖設計,對PCB設計中的佈局、佈線及PCB的板級仿真分析進行瞭歸納分類,對PCB設計的後續工作及PCB加工的技術要求進行瞭歸納總結。

目錄


第1章 需求分析 1
1.1 功能需求 1
1.1.1 供電方式及防護 1
1.1.2 輸入與輸出信號類別 2
1.1.3 無線通信功能 2
1.2 整體性能要求 7
1.3 用戶接口要求 8
1.4 功耗要求 9
1.5 成本要求 10
1.6 IP和NEMA防護等級要求 10
1.7 需求分析案例 11
1.8 本章小結 15
第2章 概要設計及開發平臺 16
2.1 ID及結構設計 16
2.2 軟件系統開發 18
2.2.1 無操作系統的軟件開發 19
2.2.2 有操作系統的軟件開發 20
2.2.3 軟件開發的一般流程 22
2.3 硬件系統概要設計 24
2.3.1 信號完整性的可行性分析 24
2.3.2 電源完整性的可行性分析 26
2.3.3 EMC的可行性分析 32
2.3.4 結構與散熱設計的可行性分析 34
2.3.5 測試的可行性分析 41
2.3.6 工藝的可行性分析 44
2.3.7 設計系統框圖及接口關鍵鏈路 46
2.3.8 電源設計總體方案 48
2.3.9 時鐘分配圖 51
2.4 PCB開發工具介紹 52
2.4.1 Cadence Allegro 54
2.4.2 Mentor系列 58
2.4.3 Zuken系列 62
2.4.4 Altium系列 62
2.4.5 PCB封裝庫助手 63
2.4.6 CAM350 71
2.4.7 Polar Si9000 73
2.5 RF及三維電磁場求解器工具 82
2.5.1 ADS 82
2.5.2 ANSYS Electromagnetics Suite 84
2.5.3 CST 85
2.5.4 AWR Design Environment 86
2.6 本章小結 86
第3章 信號完整性(SI)分析方法 87
3.1 信號完整性分析概述 87
3.2 信號的時域與頻域 88
3.3 傳輸線理論 90
3.4 信號的反射與端接 97
3.5 信號的串擾 101
3.6 信號完整性分析中的時序設計 103
3.7 S參數模型 108
3.8 IBIS模型 111
3.9 本章小結 113
第4章 電源完整性(PI)分析方法 114
4.1 PI分析概述 114
4.2 PI分析的目標 120
4.3 PI分析的設計實現方法 122
4.3.1 電源供電模塊VRM設計 122
4.3.2 直流壓降及通流能力 122
4.3.3 電源內層平面的設計 123
4.4 本章小結 128
第5章 EMC/EMI分析方法 129
5.1 EMC/EMI分析概述 129
5.2 EMC標準 130
5.3 PCB的EMC設計 130
5.3.1 EMC與SI、PI綜述 130
5.3.2 模塊劃分及佈局 131
5.3.3 PCB疊層結構 132
5.3.4 濾波在EMI處理中的應用 139
5.3.5 EMC中地的分割與匯接 140
5.3.6 EMC中的屏蔽與隔離 140
5.3.7 符合EMC的信號走線與回流 141
5.4 本章小結 144
第6章 DFX分析方法 145
6.1 DFX分析概述 145
6.2 DFM——可制造性設計 145
6.2.1 印制板基板材料選擇 146
6.2.2 制造的工藝及制造水平 148
6.2.3 PCB設計的工藝要求(PCB工藝設計要考慮的基本問題) 148
6.2.4 PCB佈局的工藝要求 152
6.2.5 PCB佈線的工藝要求 154
6.2.6 絲印設計 155
6.3 DFT——設計的可測試性 156
6.4 DFA——設計的可裝配性 156
6.5 DFE——面向環保的設計 156
6.6 本章小結 157
第7章 硬件系統原理圖詳細設計 158
7.1 原理圖封裝庫設計 158
7.2 原理圖設計 161
7.2.1 電阻特性分析 162
7.2.2 電容特性分析 169
7.2.3 電感特性分析 174
7.2.4 磁珠特性分析 177
7.2.5 BJT應用分析 179
7.2.6 MOSFET應用分析 184
7.2.7 LDO應用分析 193
7.2.8 DC/DC應用分析 196
7.2.9 處理器 205
7.2.10 常用存儲器 207
7.2.11 總線、邏輯電平與接口 226
7.2.12 ESD防護器件 252
7.2.13 硬件時序分析 254
7.2.14 Datasheet與原理圖設計的前前後後 255
7.3 Pspice仿真在電路設計中的應用 257
7.4 本章小結 261
第8章 硬件系統PCB詳細設計 262
8.1 PCB設計中的SI\PI\EMC\EMI\ESD\DFX 262
8.2 PCB的板框及固定接口定位 270
8.3 PCB的疊層結構:信號層與電源平面 272
8.3.1 PCB的板材:Core和PP,FPC 272
8.3.2 傳輸線之Si9000阻抗計算 278
8.3.3 PCB平面層敷銅 278
8.4 PCB佈局 279
8.4.1 PCB佈局的基本原則 280
8.4.2 PCB佈局的基本順序 281
8.4.3 PCB佈局的工藝要求及特殊元器件佈局 282
8.4.4 PCB佈局對散熱性的影響:上風口、下風口 282
8.5 PCB佈線 283
8.5.1 PCB佈線的基本原則 290
8.5.2 PCB佈線的基本順序 291
8.5.3 PCB走線中的Fanout處理 293
8.6 常見電路的佈局、佈線 295
8.6.1 電源電路的佈局、佈線 295
8.6.2 時鐘電路的佈局、佈線 297
8.6.3 接口電路的佈局、佈線 298
8.6.4 CPU最小系統的佈局、佈線 305
8.7 PCB級仿真分析 311
8.7.1 信號完整性前仿真分析 312
8.7.2 信號時序Timing前仿真分析 312
8.7.3 信號完整性後仿真分析 313
8.7.4 電源完整性後仿真分析 314
8.7.5 PCB級EMC/EMI仿真分析 316
8.8 本章小結 317
第9章 PCB設計後處理及Gerber輸出 318
9.1 板層走線檢查及調整 318
9.2 板層敷銅檢查及修整 319
9.3 絲印文字及LOGO 320
9.4 尺寸和公差標註 320
9.5 Gerber文檔輸出及檢查 320
9.6 PCB加工技術要求 327
9.7 本章小結 328
附錄A Orcad PSpice仿真庫(\capture\library\pspice和capture\library\pspice\advanls
目錄) 329
附錄B Cadence Allegro調試錯誤及解決方法 333
附錄C Allegro錯誤代碼對應表 342
參考文獻 347

在線試讀部分章節


前 言

對於剛剛進入電子系統設計殿堂的設計者,很多時候對電子設計領域已廣泛使用的開發平臺沒有一個總體的認識,使自己的開發設計局限於某一個或幾個平臺,無法跟隨業界的主流開發環境,無法在眾多的開發工具中找到屬於自己的“倚天屠龍”。如果長時間局限於一個界限范圍內,當設計水平到達一定程度後就會出現屬於自己特有的職業生涯瓶頸或技術瓶頸。目前電子系統設計主流的開發平臺、主流的系統設計流程是怎樣的呢?
對於初入硬件系統設計領域的開發者來說,在進行一個新的項目或一個新的系統設計時,如果在系統開發時先對需求和系統的設計框架有一個清晰的認識,再逐步深入系統設計的方方面面,就能在系統開發中做到遊刃有餘,並在設計開發的過程中逐步開闊自己的眼界,使自己的系統設計架構能力不斷得到提高,為現在及以後的系統架構設計和系統開發風險的評估奠定堅實的基礎。如何在系統開發前對系統中的常見需求有一個清晰的認識,把控用戶的需求和系統的概要設計架構呢?
隨著技術的發展,大量數據的處理需求隨處可見,硬件系統作為大數據及高速率處理的平臺,隨之出現的是高速電路設計的需求。高速電路設計突出“高速”,其設計思路已不能再局限於傳統的物理互聯設計,其互聯通道充斥著各種寄生參數,並且傳輸線理論也廣泛應用於高速互聯設計。隨著系統的復雜高速互聯,信號完整性(SI)問題、電源完整性(PI)問題、EMC/EMI問題及滿足DFM工藝設計要求的DFX要求隨之而來。高速系統設計中,對如此多的問題和知識點能否抽絲剝繭找到一個切口,慢慢地滲入其中,深入設計的深處,並能夠不再對煩瑣的、可怕的專業術語感到恐懼,不斷萃取這些知識用於實際設計,不斷前進、不斷提升自己呢?
在電路的原理性設計中,常用的分立元器件及各功能的IC種類不是無限的,能否對常用器件的性能、使用方法及註意事項進行歸類總結,便於在設計中進行參考呢?
不積跬步無以至千裡,不積小流無以成江海。PCB的設計是由無數的點、線、面綜合連接而成,傾註瞭PCB設計工程師的心血。在煩瑣的互聯中是否有規律可循,能否對PCB設計中的各類技巧、方法進行整理、歸納,以規范性的文檔用於日常的設計並在設計中反復驗證,提煉出屬於自己的PCB設計思想呢?
PCB的加工都有一定的加工技術要求,與PCB廠家進行有效的溝通,將自己的設計思想及要求讓PCB廠家完完全全、明明白白地理解是保證加工出的PCB與設計的PCB無限接近的基礎。能否對PCB加工的技術要求進行規范的文檔說明,使PCB自己能夠對廠家進行詳盡的介紹呢?
帶著對以上諸多疑問的苦苦思索,我們開始瞭本書的構思及編寫。
本書從實際電路設計入手,按照硬件系統的設計流程,對需求分析、概要設計、原理圖的詳細設計、PCB的詳細設計及在電路設計中的信號完整性、電源完整性、電磁兼容性、DFX進行瞭綜合論述並對每一部分內容都進行瞭分類和總結。
第1章在需求分析部分對硬件系統設計中的常見需求進行瞭歸類,並對其中涉及的部分方案、方法和IC廠家進行瞭對應的銜接。
第2章在概要設計部分對概要設計中常常需要考慮的各類設計的可行性進行瞭分類歸納及說明,如信號完整性的可行性分析、電源完整性的可行性分析、EMC/EMI的可行性分析等;在開發平臺部分對目前業內主流的PCB設計平臺、PCB仿真分析平臺及3D電磁場分析平臺進行瞭概述。
第3章在信號完整性分析部分詳細說明瞭信號完整性產生的原因及相應的解決方法,並對信號完整性分析中常用的IBIS模型和S參數模型進行瞭說明。
第4章在電源完整性分析部分分析瞭電源完整性產生的原因,並對電容的去耦特性、平面的去耦特性、平面的諧振特性及電源完整性中的目標阻抗設計方法進行瞭說明。
第5章在EMC/EMI分析部分分析瞭EMC/EMI問題,並對PCB設計中滿足EMC/EMI的佈局、佈線及疊層的常用設計方法進行瞭分類和總結。
第6章在DFX分析部分對設計中的DFX進行瞭歸類說明,並詳細論述瞭PCB中的工藝設計要求及滿足PCB工藝設計要求的常用設計方法。
第7章在硬件系統原理圖詳細設計部分對電路設計中常用的各類器件進行瞭原理性說明,並對其在電路設計中的應用進行瞭歸類和總結。
第8章在硬件系統PCB詳細設計部分從PCB的佈局、佈線及PCB的板級仿真角度進行瞭歸類論述,對PCB的佈局、佈線註意事項及方法進行瞭詳細的說明。
第9章在確認PCB的加工圖紙階段,對PCB的後續處理及PCB加工技術要求進行瞭歸類及詳細說明。
本書在編寫的過程中查閱瞭大量的資料,文中的很多技術觀點與設計思路都是各位同行在教學和工程設計中共同探討的結果,在此向提供資料的同事、朋友及各大電子設計論壇的電子設計愛好者表示真誠的感謝。本書在編寫的過程中也得到瞭親人的大力支持,在此表示衷心的感謝。
由於作者的水平有限,錯誤和疏漏之處在所難免,歡迎廣大專家和讀者指正。


張志偉 王新才
2014年4月