序 言 1
認識“小廣東”阿毛——毛忠宇這位同門小師弟有20多年了,他記憶力超強,幾十年前的芝麻舊事都能翻出來;說話風趣(就是普通話還不夠標準),愛好廣泛,從流行的紅木家私到各種茗茶飲品,樣樣都能點評幾句;而且愛鑽研,在日常工作中總會編點應用小程序來“偷偷懶”,業務能力挺強,因軟硬件皆有涉及,從板級設計到封裝芯片協同設計都有深厚的積累,並常常提出些獨到的想法和見解。
記得去年鼕天阿毛與我談過出版SI方面書籍的想法,提到市面上關於高速設計方面的書很多,但是缺乏基於具體實際產品開發應用方面的書籍,如能借助目前團隊眾多的實際產品實例,從產品開發角度來介紹高速設計理念,則既不需要涉及太多太深的理論,又能讓開發工程師方便應用這些知識快速解決手中的實際問題,將是對業界SI知識的一個很好的補充。當時我深有同感,想不到大半年時間已經成冊。縱觀手稿,前面幾個章節介紹了關於PCB設計制作的一些重要內容,這是他們的強項,不懂PCB的制造及設計SI又如何能落地!後面的章節針對高速數據加速卡實際產品案例展開,詳細介紹了如何有效解決目前工程師面臨的絕大部分各種接口的高速總線信號完整性問題,當然也少不了高速設計中最麻煩的孔處理;最後介紹了如何有效解決熱門的電源完整性問題,並且推薦了阿毛自我感覺良好的幾個小程序。筆者曾有幸參觀過他們公司設備齊全的高速實驗室,對書中如何有效利用測試方法處理電容模型寄予厚望。
希望本書能帶給大家一個不同角度的視野,使得產品開發時使用SI仿真方法更接地氣;也希望他們能根據書中內容再通過網絡平臺安排一些線下的培訓課程,設計相應的測試對比實驗,效果會更佳。
陳蘭兵
2017年秋於上海
序 言 2
本書作者在寫第一本《IC封裝基礎與工程設計實例》的時候,就找我作序,當時被我拒絕了。原因很簡單,市面上牛人牛作品太多,多得讓人無從分辨,真要寫好書,就要耐得住寂寞,沒有“板凳一坐十年冷”的精神是不行的,不能走“暢銷”路線。
隨著互聯網的普及,我們真正進入了一個信息爆炸的時代。按理說學習這事應該很容易纔對,因為信息資源隨手可得,但人們慢慢發現,學習並非易事,很多所謂的“學習”往往讓人“聽了興奮,過了無痕”。這時,對工程師們來說,找到靠譜的向導和貨真價實的參考書尤為重要。作者在完成第一部作品之後,所在的團隊陸陸續續出版了10多部作品,都是基於一線的工程實踐案例編寫的,其對電子工程技術的專注與無私分享精神讓人欽佩。
我認為,一部優秀的工程技術作品首先要有撲面而來的干貨。如果通篇皆是理論而沒有工程實踐,就不能算是合格的作品,理論和實踐必須“知行合一”。在瀏覽本書目錄之後,疑慮即被打消,FPGA、DDR4、PCIe、USB、QSFP+等都是主流高速應用,甚至對PCB板材、高速過孔、電容模型、電源等都有介紹,作者用一個功能完整的高速大數據加速卡項目作為主線貫穿了全書內容,以實際量產的工程作品作為案例而不是DEMO應用,這很難得。工程師們最需要的就是能手把手照著做、有參考意義的書,本書毫無疑問是滿足了這個需求的。其次,作者的“售後服務”也很有特色,在EDA365網站開闢的答疑版塊和公眾號讓人很容易聯繫到作者本人進行答疑交流,而不是賣完書就撒手不管,體現了對讀者負責的態度。
好書是用來讀的,而不是用來收藏的。每逢世界讀書日,朋友圈裡都會有很多關於閱讀問題的探討,我們的人均閱讀量比起歐美等發達國家來說要少很多,我們真的不愛學習嗎?問題在哪裡?我想,除了我們缺乏良好的閱讀習慣之外,書本身的吸引力也是影響因素之一。我們很多人不是不願意學習和讀書,而是缺乏好書,缺乏貨真價實能理論聯繫實際的優秀作品。為何優秀的作品不容易見到?其實不僅書籍作品如此,生活中很多東西都是這樣的,甚至連馬桶蓋都要去日本買,真的是因為國人崇洋媚外嗎?我想,根源還是在於我們缺乏足夠優秀的產品。要想有優秀的產品,就必須具備工匠精神。什麼是工匠精神?我想就是能經得住各種短期利益誘惑,能專心致志,板凳一坐十年冷,把一件產品做到極致的那種精神。電子科技產品要靠實實在在的技術研發和大量的工程實踐積累纔有可能做到極致,而在這些技術研發工作中,高速互連技術又是基礎支撐,基礎支撐平臺扎實了,上層建築纔更加穩固。
在很多500強大公司裡,往往信號完整性仿真工作就有幾十號人的團隊,其他如電磁兼容性、PCB Layout、可制造性工藝、高速板材與連接器選型驗證、測試等分工通常一應俱全,有了完善的底層基礎技術支撐,上層建築纔能水到渠成。可惜的是,限於資金、規模等很多原因,很多中小型企業往往並不具備這樣專業分工的資源,隨著信號速率越來越快,底層的基礎技術研究常常成為很多中小企業的困擾。例如在單片機時代,PCB上一條導線隨便繞板兩圈布線,隻要能連通,繫統就能跑起來。但在DDR、PCIe等高速信號大量應用的場景下,兩根線差1cm可能就無法正常工作,硬件研發工程師們不得不嚴肅地對待信號完整性、電源完整性等問題。市面上關於信號完整性仿真類的書已經有不少,但大多偏向軟件使用或理論教學,真正以成功量產的真實產品為案例的不多,本書的出版無疑為電子工程師們多提供了一種選擇。
這些年我們國家的科技實力取得了長足的進步,FAST天眼、量子通信、大飛機、航母等讓人目不暇接,在這些大型工程的背後,是無數前僕後繼的工程師們的汗水與智慧,相信總有一天我們的電子科技水平會趕上甚至超過西方發達國家。在有些領域,比如手機產品,華為、小米、oppo/vivo等已經走出國門並取得了不錯的成績,隻要工匠精神不息,相信其他領域也會一一突破,總有一天國人不再去日本買馬桶蓋。
蔣學東
2017年10月於深圳
前 言
1995年剛走出校門,當時所接觸電子產品的信號速率不是太高,PCB設計大多隻需按Design Rule或憑自己的經驗處理即可,信號完整性問題不是很突出,甚至還沒有信號完整性的概念。隨著時間的推移,各類高速芯片相繼出現,從產品設計到產品交付的時間越來越短,這種僅憑經驗設計及調試硬件的方式已不能滿足產品開發的需求,針對新出現的問題,國內一些公司開始在產品開發過程中引入信號及電源完整性仿真手段。
當時國內在信號與電源完整性方面的研究還處於空白階段,加上互聯網交流也剛開始,很難找到信號與電源完整性方面的實用參考材料。作者在國內接觸的第一本SI方面的書籍為Howard Johnson英文版的High-Speed Digital Design,這本原著由陳蘭兵在一次去國外出差時買回,當時在公司內被集體研究並廣為傳播,可以說這本書對國內PCB設計時使用信號與電源完整性方法的發展起到了革命性的作用。現在信號與電源完整性的研究在國內已非常普及,出現了許多關於信號與電源完整性應用方面的參考書籍。關於國內信號與電源完整性的發展歷程可以參考筆者的《華為研發14載:那些一起奮鬥過的互連歲月》一書,其中相關章節內容基本上是國內信號與電源完整性仿真發展的一個縮影。
雖然現在市面上有著種類繁多的關於信號與電源完整性仿真的書籍,但在通過EDA365平臺與廣大網友交流時總會聽到這樣的聲音:
(1)缺少信號與電源完整性仿真在實際產品中的全過程實例;
(2)市面上信號與電源完整性仿真這類書籍總體上原理偏多,即使有例子也不夠繫統;
(3)內容重復較多,原創內容較少等。
針對這種狀況,為了方便初學者更快地掌握信號與電源完整性仿真的方法及工具使用,並在此基礎上快速上手進行項目仿真,本書的編寫以一個成功開發的高速數據加速卡產品為信號與電源完整性仿真對像,全書自始至終介紹了此高速產品在開發過程中各類信號接口的仿真過程,對於涉及的信號與電源完整性仿真方面的理論則以較為簡單的圖文結合的方式展開,以方便讀者更好地理解。除此之外,為增加讀者的繫統性知識,還加入了PCB制造及電容S參數模型夾具設計方面的內容,並在最後免費提供兩個作者自己開發的用於提高PI仿真效率的軟件工具。因而本書除了內容繫統、完整外,更偏於實用性,即使是一個完全沒有信號與電源完整性仿真概念的電子工程師,也可以在極短的時間內掌握常見信號的信號與電源完整性仿真流程及方法,並對項目進行初步仿真設計。
本書內容共分為14章,繫統地介紹了一個實際產品開發過程中所用的全部接口信號的SI與P