電路設計、模擬與PCB設計——從模擬電路、數字電路、射頻電路、控制電路到信號完整性分析（第2版）

本書系統論述了電路的原理圖設計、電路模擬、印製電路板設計與信號完整性分析,涵蓋了模擬電路、數字電路、射 頻電路、控制電路等。全書包括三部分:第一部分(第1~6章)介紹電路設計與模擬,在介紹了常用的電路模擬軟件的基 礎上,詳細講解了 Altium Designer模擬電路模擬、ADS射頻電路模擬、ModelSim 數字電路模擬、Proteus單片機電路仿 真,舉例說明瞭基本單元電路的設計與模擬方法;第二部分(第7~9章)以 AltiumDesigner為設計工具,介紹了電路原理 圖和PCB設計流程、原則、方法及註意事項;第三部分(第10章和第11章)介紹了電路中的信號完整性規則及模擬方法。 本書以培養讀者具備一般電路設計、模擬和 PCB設計的能力為宗旨,可作為高等院校電子類專業“EDA 技術”課程 的教材,也可作為“電路分析”“模擬電路”“數字電路”等理論課程或相關實驗課程的輔助教材,還可作為相關工程技術人 員的參考用書。

 

目錄

 

 

 

 

第一部分電路設計與模擬

 

第1章電路設計與模擬簡介

 

1.1緒論

 

1.2模擬電路設計及模擬工具

 

1.2.1NI Multisim

 

1.2.2Cadence PSpice

 

1.2.3Synopsys HSpice

 

1.2.4華大九天Empyrean

 

1.3數字電路設計及模擬工具

 

1.3.1ModelSim

 

1.3.2Quartus Prime

 

1.3.3Vivado

 

1.3.4Robei EDA

 

1.4射頻電路設計及模擬工具

 

1.4.1ADS

 

1.4.2HFSS

 

1.4.3CST

 

1.4.4中望電磁模擬

 

1.5控制電路設計及模擬工具

 

1.6電路板設計及模擬工具

 

1.6.1Altium Designer

 

1.6.2Allegro PCB Designer

 

1.6.3PADS

 

1.6.4嘉立創EDA

 

1.6.5KiCad EDA

 

 

第2章Spice模擬描述與模型

 

2.1電子電路Spice描述

 

2.1.1Spice模型及程序結構

 

2.1.2Spice程序相關命令

 

2.2電子元器件及Spice模型

 

2.2.1基本元器件

 

2.2.2電壓和電流源

 

2.2.3傳輸線

 

2.2.4二極管和晶體管

 

2.3從用戶數據中創建Spice模型

 

2.3.1Spice模型的建立方法

 

2.3.2運行Spice模型向導

 

第3章電子電路設計與模擬

 

3.1直流工作點分析

 

3.1.1建立新的直流工作點分析工程

 

3.1.2添加新的模擬庫

 

3.1.3構建直流分析電路

 

3.1.4設置直流工作點分析參數

 

3.1.5直流工作點模擬結果分析

 

3.2直流掃描分析

 

3.2.1打開前面的設計

 

3.2.2設置直流掃描分析參數

 

3.2.3直流掃描模擬結果分析

 

3.3瞬態分析

 

3.3.1建立新的瞬態分析工程

 

3.3.2構建瞬態分析電路

 

3.3.3設置瞬態分析參數

 

3.3.4瞬態模擬結果分析

 

3.4傅里葉分析

 

3.4.1建立新的傅里葉分析工程

 

3.4.2構建傅里葉分析電路

 

3.4.3設置傅里葉分析參數

 

3.4.4傅里葉模擬結果分析

 

3.4.5修改電路參數重新執行傅里葉分析

 

3.5交流小信號分析

 

3.5.1建立新的交流小信號分析工程

 

3.5.2構建交流小信號分析電路

 

3.5.3設置交流小信號分析參數

 

3.5.4交流小信號模擬結果分析

 

3.6噪聲分析

 

3.6.1建立新的噪聲分析工程

 

3.6.2構建噪聲分析電路

 

3.6.3設置噪聲分析參數

 

3.6.4噪聲模擬結果分析

 

3.7參數掃描分析

 

3.7.1打開前面的設計

 

3.7.2設置參數掃描分析參數

 

3.7.3參數掃描結果分析

 

3.8溫度分析

 

3.8.1建立新的溫度分析工程

 

3.8.2構建溫度分析電路

 

3.8.3設置溫度分析參數

 

3.8.4溫度模擬結果分析

 

3.9蒙特卡洛分析

 

3.9.1建立新的蒙特卡洛分析工程

 

3.9.2構建蒙特卡洛分析電路

 

3.9.3設置蒙特卡洛分析參數

 

3.9.4蒙特卡洛模擬結果分析

 

第4章射頻電路設計與模擬

 

4.1S參數模擬

 

4.1.1S參數的概念

 

4.1.2S參數在電路模擬中的應用

 

4.1.3S參數模擬面板與模擬控制器

 

4.1.4S參數模擬過程

 

4.1.5基本S參數模擬

 

4.1.6匹配電路設計

 

4.1.7參數優化

 

4.2諧波平衡法模擬

 

4.2.1諧波平衡法模擬基本原理及功能

 

4.2.2諧波平衡法模擬面板與模擬控制器

 

4.2.3諧波平衡法模擬的一般步驟

 

4.2.4單音信號HB模擬

 

4.2.5參數掃描

 

4.3功率分配器的設計與模擬

 

4.3.1功率分配器的基本原理

 

4.3.2等分型功率分配器

 

4.3.3等分型功率分配器設計實例

 

4.3.4比例型功率分配器設計

 

4.3.5Wilkinson功率分配器

 

4.3.6Wilkinson功率分配器設計實例

 

4.3.7電路模擬與優化

 

4.3.8版圖模擬

 

4.4印刷偶極子天線的設計與模擬

 

4.4.1印刷偶極子天線

 

4.4.2偶極子天線設計

 

4.4.3優化模擬

 

第5章數字電路設計與模擬

 

5.1數字電路設計及模擬流程

 

5.1.1數字電路設計流程

 

5.1.2ModelSim工程模擬流程

 

5.2模擬激勵及文件

 

5.2.1利用波形編輯器產生激勵

 

5.2.2採用描述語言生成激勵

 

5.3VHDL模擬

 

5.3.1VHDL文件編譯

 

5.3.2VHDL設計優化

 

5.3.3VHDL設計模擬

 

5.4Verilog模擬

 

5.4.1Verilog文件編譯

 

5.4.2Verilog設計優化

 

5.4.3Verilog設計模擬

 

5.4.4單元庫

 

5.5針對不同器件的時序模擬

 

5.5.1ModelSim對Altera器件的時序模擬

 

5.5.2ModelSim對Xilinx器件的時序模擬

 

第6章控制電路設計與模擬

 

6.1Proteus系統模擬基礎

 

6.2Proteus中的單片機模型

 

6.351系列單片機系統模擬

 

6.3.151系列單片機基礎

 

6.3.2在Proteus中進行源程序設計與編譯

 

6.3.3在Keil μVision中進行源程序設計與編譯

 

6.3.4Proteus和Keil μVision聯合調試

 

6.4用51單片機實現電子秒錶設計實例

 

6.5AVR系列單片機模擬

 

6.5.1AVR系列單片機基礎

 

6.5.2Proteus和IAR EWB for AVR聯合開發

 

6.6用AVR單片機實現數字電壓表設計實例

 

第二部分電路原理圖及PCB設計

 

 

第7章印製電路板設計基礎

 

7.1印製電路板基礎知識

 

7.1.1印製電路板的發展

 

7.1.2印製電路板的分類

 

7.2PCB材質及生產加工流程

 

7.2.1常用PCB結構及特點

 

7.2.2PCB生產加工流程

 

7.2.3PCB疊層定義

 

7.3常用電子元器件特性及封裝

 

7.3.1電阻元器件特性及封裝

 

7.3.2電容元器件特性及封裝

 

7.3.3電感元器件特性及封裝

 

7.3.4二極管元器件特性及封裝

 

7.3.5三極管元器件特性及封裝

 

7.4集成電路芯片封裝

 

7.5自定義元器件設計流程

 

第8章電路原理圖設計

 

8.1原理圖繪制流程

 

8.1.1原理圖設計規劃

 

8.1.2原理圖繪制環境參數設置

 

8.2原理圖元器件庫設計

 

8.2.1元器件原理圖符號術語

 

8.2.2為LM324器件創建原理圖符號封裝

 

8.2.3為XC2S300E6PQ208C器件創建原理圖符號封裝

 

8.2.4分配器件模型

 

8.2.5元器件主要參數功能

 

8.3原理圖繪制及檢查

 

8.3.1繪制原理圖

 

8.3.2添加設計圖紙

 

8.3.3放置原理圖符號

 

8.3.4連接原理圖符號

 

8.3.5檢查原理圖設計

 

8.4導出原理圖至PCB

 

8.4.1設置導入PCB編輯器工程選項

 

8.4.2使用同步器將設計導入PCB編輯器

 

8.4.3使用網表實現設計間數據交換

 

第9章印製電路板PCB設計

 

9.1PCB設計流程及基本使用

 

9.1.1PCB層標簽

 

9.1.2PCB視圖查看命令

 

9.1.3自動平移

 

9.1.4顯示連接線

 

9.2PCB繪圖對象及繪圖環境參數

 

9.2.1電氣連接線

 

9.2.2普通線

 

9.2.3焊盤

 

9.2.4過孔

 

9.2.5弧線

 

9.2.6字符串

 

9.2.7原點

 

9.2.8尺寸

 

9.2.9填充

 

9.2.10固體區

 

9.2.11多邊形覆銅

 

9.2.12禁止布線對象

 

9.2.13捕獲向導

 

9.2.14PCB選項對話框參數設置

 

9.2.15柵格尺寸設置

 

9.2.16視圖配置

 

9.2.17PCB坐標系統的設置

 

9.2.18設置選項快捷鍵

 

9.3PCB元器件封裝庫設計

 

9.3.1使用IPC Footprint Wizard創建元器件PCB封裝

 

9.3.2使用Footprint Wizard創建元器件PCB封裝

 

9.3.3使用IPC Footprints Batch Generator創建元器件PCB封裝

 

9.3.4不規則焊盤和PCB封裝的繪制

 

9.3.5添加3D封裝描述

 

9.3.6檢査元器件PCB封裝

 

9.4PCB設計規則

 

9.4.1添加設計規則

 

9.4.2如何檢查規則

 

9.4.3AD軟件中相關規則

 

9.5PCB佈局設計

 

9.5.1PCB形狀和尺寸設置

 

9.5.2PCB佈局規則的設置

 

9.5.3PCB佈局原則

 

9.5.4PCB佈局中的其他操作

 

9.6PCB布線設計

 

9.6.1交互布線線寬和過孔大小設置

 

9.6.2交互布線線寬和過孔大小規則設置

 

9.6.3處理交互布線沖突

 

9.6.4其他交互布線選項

 

9.6.5交互多布線

 

9.6.6交互差分對布線

 

9.6.7交互布線長度對齊

 

9.6.8自動布線

 

9.6.9布線中淚滴的處理

 

9.6.10設計中關鍵布線策略

 

9.7PCB覆銅設計

 

9.8PCB設計檢查

 

第三部分信號完整性分析與設計

 

第10章信號完整性設計

 

10.1信號完整性

 

10.1.1信號時序完整性

 

10.1.2信號波形完整性

 

10.1.3元器件及PCB分佈參數

 

10.2電源分配系統及影響

 

10.2.1理想的電源不存在

 

10.2.2電源總線和電源層

 

10.2.3印製電路板的去耦電容配置

 

10.2.4信號線路及其信號迴路

 

10.2.5電源分配方面考慮的電路板設計規則

 

10.3信號反射及其消除

 

10.3.1信號傳輸線定義

 

10.3.2信號傳輸線分類

 

10.3.3信號反射的定義

 

10.3.4信號反射的計算

 

10.3.5消除信號反射

 

10.3.6傳輸線的布線規則

 

10.4信號串擾及其消除

 

10.4.1信號串擾的產生

 

10.4.2信號串擾的類型

 

10.4.3抑制串擾的方法

 

10.5電磁乾擾及其消除

 

10.5.1濾波

 

10.5.2磁性元器件

 

10.5.3器件的速度

 

10.6差分信號原理及設計規則

 

10.6.1差分線的阻抗匹配

 

10.6.2差分線的端接

 

10.6.3差分線的一些設計規則

 

第11章電路板模擬和輸出

 

11.1IBIS模型原理及功能

 

11.1.1IBIS模型生成

 

11.1.2IBIS輸出模型

 

11.1.3IBIS輸入模型

 

11.1.4IBIS其他參數

 

11.1.5IBIS文件格式

 

11.1.6IBIS模型驗證

 

11.2信號完整性模擬

 

11.2.1SI模擬操作流程

 

11.2.2檢查原理圖和PCB圖之間的元器件連接

 

11.2.3疊層參數的設置

 

11.2.4信號完整性規則設置

 

11.2.5為元器件分配IBIS模型

 

11.2.6執行信號完整性分析

 

11.2.7觀察信號完整性分析結果

 

11.3電源完整性模擬

 

11.3.1PDN分析器接口及設置

 

11.3.2在PCB編輯器中進行可視化渲染

 

11.3.3顯示控制和選項

 

11.3.4負載下模擬

 

11.3.5模擬設置

 

11.3.6通過串聯器件擴展網絡

 

11.3.7電壓調節器模型

 

11.3.8定位電源完整性問題

 

11.4生成加工PCB相關文件

 

11.4.1生成輸出工作文件

 

11.4.2設置打印工作選項

 

11.4.3生成CAM文件

 

11.4.4生成料單文件

 

11.4.5生成光繪文件

 

11.4.6生成鑽孔文件

 

11.4.7生成貼片機文件

 

11.4.8生成PDF格式文件

 

11.4.9CAM編輯器

 

11.4.10生成3D視圖

 

附錄AAltium Designer 23.0快捷鍵

 

A.1通用環境快捷鍵

 

A.2通用編輯器快捷鍵

 

A.3SCH/SCHLIB編輯器快捷鍵

 

A.4PCB/PCBLIB編輯器快捷鍵

 

附錄B設計實例原理圖

 

附錄C元器件及PCB絲印識別