硬件系统工程师宝典
目 录内容简介
第1章 需求分析 1
1.1 功能需求 1
1.1.1 供电方式及防护 1
1.1.2 输入与输出信号类别 2
1.1.3 无线通信功能 2
1.2 整体性能要求 7
1.3 用户接口要求 8
1.4 功耗要求 9
1.5 成本要求 10
1.6 IP和NEMA防护等级要求 10
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1.1 功能需求 1
1.1.1 供电方式及防护 1
1.1.2 输入与输出信号类别 2
1.1.3 无线通信功能 2
1.2 整体性能要求 7
1.3 用户接口要求 8
1.4 功耗要求 9
1.5 成本要求 10
1.6 IP和NEMA防护等级要求 10
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全书包括：硬件系统设计中的常见需求，设计中需要考虑的各类概要设计及开发平台的归纳，SI的理论分析及满足SI的常用设计方法，PI的理论分析及满足PI的常用设计方法，EMC/EMI的理论分析及满足EMC/EMI的常用设计方法，DFX的理论分析及满足DFX的常用设计方法，电路设计中常用各类器件的原理说明及常用电路的原理图设计，对PCB设计中的布局、布线及PCB的板级仿真分析进行了归纳分类，对PCB设计的后续工作及PCB加工的技术要求进行了归纳总结。
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第1章 需求分析 1
1.1 功能需求 1
1.1.1 供电方式及防护 1
1.1.2 输入与输出信号类别 2
1.1.3 无线通信功能 2
1.2 整体性能要求 7
1.3 用户接口要求 8
1.4 功耗要求 9
1.5 成本要求 10
1.6 IP和NEMA防护等级要求 10
1.7 需求分析案例 11
1.8 本章小结 15
第2章 概要设计及开发平台 16
2.1 ID及结构设计 16
2.2 软件系统开发 18
2.2.1 无操作系统的软件开发 19
2.2.2 有操作系统的软件开发 20
2.2.3 软件开发的一般流程 22
2.3 硬件系统概要设计 24
2.3.1 信号完整性的可行性分析 24
2.3.2 电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 结构与散热设计的可行性分析 34
2.3.5 测试的可行性分析 41
2.3.6 工艺的可行性分析 44
2.3.7 设计系统框图及接口关键链路 46
2.3.8 电源设计总体方案 48
2.3.9 时钟分配图 51
2.4 PCB开发工具介绍 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封装库助手 63
2.4.6 CAM350 71
2.4.7 Polar Si9000 73
2.5 RF及三维电磁场求解器工具 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 本章小结 86
第3章 信号完整性（SI）分析方法 87
3.1 信号完整性分析概述 87
3.2 信号的时域与频域 88
3.3 传输线理论 90
3.4 信号的反射与端接 97
3.5 信号的串扰 101
3.6 信号完整性分析中的时序设计 103
3.7 S参数模型 108
3.8 IBIS模型 111
3.9 本章小结 113
第4章 电源完整性（PI）分析方法 114
4.1 PI分析概述 114
4.2 PI分析的目标 120
4.3 PI分析的设计实现方法 122
4.3.1 电源供电模块VRM设计 122
4.3.2 直流压降及通流能力 122
4.3.3 电源内层平面的设计 123
4.4 本章小结 128
第5章 EMC/EMI分析方法 129
5.1 EMC/EMI分析概述 129
5.2 EMC标准 130
5.3 PCB的EMC设计 130
5.3.1 EMC与SI、PI综述 130
5.3.2 模块划分及布局 131
5.3.3 PCB叠层结构 132
5.3.4 滤波在EMI处理中的应用 139
5.3.5 EMC中地的分割与汇接 140
5.3.6 EMC中的屏蔽与隔离 140
5.3.7 符合EMC的信号走线与回流 141
5.4 本章小结 144
第6章 DFX分析方法 145
6.1 DFX分析概述 145
6.2 DFM——可制造性设计 145
6.2.1 印制板基板材料选择 146
6.2.2 制造的工艺及制造水平 148
6.2.3 PCB设计的工艺要求（PCB工艺设计要考虑的基本问题） 148
6.2.4 PCB布局的工艺要求 152
6.2.5 PCB布线的工艺要求 154
6.2.6 丝印设计 155
6.3 DFT——设计的可测试性 156
6.4 DFA——设计的可装配性 156
6.5 DFE——面向环保的设计 156
6.6 本章小结 157
第7章 硬件系统原理图详细设计 158
7.1 原理图封装库设计 158
7.2 原理图设计 161
7.2.1 电阻特性分析 162
7.2.2 电容特性分析 169
7.2.3 电感特性分析 174
7.2.4 磁珠特性分析 177
7.2.5 BJT应用分析 179
7.2.6 MOSFET应用分析 184
7.2.7 LDO应用分析 193
7.2.8 DC/DC应用分析 196
7.2.9 处理器 205
7.2.10 常用存储器 207
7.2.11 总线、逻辑电平与接口 226
7.2.12 ESD防护器件 252
7.2.13 硬件时序分析 254
7.2.14 Datasheet与原理图设计的前前后后 255
7.3 Pspice仿真在电路设计中的应用 257
7.4 本章小结 261
第8章 硬件系统PCB详细设计 262
8.1 PCB设计中的SI\PI\EMC\EMI\ESD\DFX 262
8.2 PCB的板框及固定接口定位 270
8.3 PCB的叠层结构：信号层与电源平面 272
8.3.1 PCB的板材：Core和PP，FPC 272
8.3.2 传输线之Si9000阻抗计算 278
8.3.3 PCB平面层敷铜 278
8.4 PCB布局 279
8.4.1 PCB布局的基本原则 280
8.4.2 PCB布局的基本顺序 281
8.4.3 PCB布局的工艺要求及特殊元器件布局 282
8.4.4 PCB布局对散热性的影响：上风口、下风口 282
8.5 PCB布线 283
8.5.1 PCB布线的基本原则 290
8.5.2 PCB布线的基本顺序 291
8.5.3 PCB走线中的Fanout处理 293
8.6 常见电路的布局、布线 295
8.6.1 电源电路的布局、布线 295
8.6.2 时钟电路的布局、布线 297
8.6.3 接口电路的布局、布线 298
8.6.4 CPU最小系统的布局、布线 305
8.7 PCB级仿真分析 311
8.7.1 信号完整性前仿真分析 312
8.7.2 信号时序Timing前仿真分析 312
8.7.3 信号完整性后仿真分析 313
8.7.4 电源完整性后仿真分析 314
8.7.5 PCB级EMC/EMI仿真分析 316
8.8 本章小结 317
第9章 PCB设计后处理及Gerber输出 318
9.1 板层走线检查及调整 318
9.2 板层敷铜检查及修整 319
9.3 丝印文字及LOGO 320
9.4 尺寸和公差标注 320
9.5 Gerber文档输出及检查 320
9.6 PCB加工技术要求 327
9.7 本章小结 328
附录A Orcad PSpice仿真库（\capture\library\pspice和capture\library\pspice\advanls
目录） 329
附录B Cadence Allegro调试错误及解决方法 333
附录C Allegro错误代码对应表 342
参考文献 347
^ 收 起
1.1 功能需求 1
1.1.1 供电方式及防护 1
1.1.2 输入与输出信号类别 2
1.1.3 无线通信功能 2
1.2 整体性能要求 7
1.3 用户接口要求 8
1.4 功耗要求 9
1.5 成本要求 10
1.6 IP和NEMA防护等级要求 10
1.7 需求分析案例 11
1.8 本章小结 15
第2章 概要设计及开发平台 16
2.1 ID及结构设计 16
2.2 软件系统开发 18
2.2.1 无操作系统的软件开发 19
2.2.2 有操作系统的软件开发 20
2.2.3 软件开发的一般流程 22
2.3 硬件系统概要设计 24
2.3.1 信号完整性的可行性分析 24
2.3.2 电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 结构与散热设计的可行性分析 34
2.3.5 测试的可行性分析 41
2.3.6 工艺的可行性分析 44
2.3.7 设计系统框图及接口关键链路 46
2.3.8 电源设计总体方案 48
2.3.9 时钟分配图 51
2.4 PCB开发工具介绍 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封装库助手 63
2.4.6 CAM350 71
2.4.7 Polar Si9000 73
2.5 RF及三维电磁场求解器工具 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 本章小结 86
第3章 信号完整性（SI）分析方法 87
3.1 信号完整性分析概述 87
3.2 信号的时域与频域 88
3.3 传输线理论 90
3.4 信号的反射与端接 97
3.5 信号的串扰 101
3.6 信号完整性分析中的时序设计 103
3.7 S参数模型 108
3.8 IBIS模型 111
3.9 本章小结 113
第4章 电源完整性（PI）分析方法 114
4.1 PI分析概述 114
4.2 PI分析的目标 120
4.3 PI分析的设计实现方法 122
4.3.1 电源供电模块VRM设计 122
4.3.2 直流压降及通流能力 122
4.3.3 电源内层平面的设计 123
4.4 本章小结 128
第5章 EMC/EMI分析方法 129
5.1 EMC/EMI分析概述 129
5.2 EMC标准 130
5.3 PCB的EMC设计 130
5.3.1 EMC与SI、PI综述 130
5.3.2 模块划分及布局 131
5.3.3 PCB叠层结构 132
5.3.4 滤波在EMI处理中的应用 139
5.3.5 EMC中地的分割与汇接 140
5.3.6 EMC中的屏蔽与隔离 140
5.3.7 符合EMC的信号走线与回流 141
5.4 本章小结 144
第6章 DFX分析方法 145
6.1 DFX分析概述 145
6.2 DFM——可制造性设计 145
6.2.1 印制板基板材料选择 146
6.2.2 制造的工艺及制造水平 148
6.2.3 PCB设计的工艺要求（PCB工艺设计要考虑的基本问题） 148
6.2.4 PCB布局的工艺要求 152
6.2.5 PCB布线的工艺要求 154
6.2.6 丝印设计 155
6.3 DFT——设计的可测试性 156
6.4 DFA——设计的可装配性 156
6.5 DFE——面向环保的设计 156
6.6 本章小结 157
第7章 硬件系统原理图详细设计 158
7.1 原理图封装库设计 158
7.2 原理图设计 161
7.2.1 电阻特性分析 162
7.2.2 电容特性分析 169
7.2.3 电感特性分析 174
7.2.4 磁珠特性分析 177
7.2.5 BJT应用分析 179
7.2.6 MOSFET应用分析 184
7.2.7 LDO应用分析 193
7.2.8 DC/DC应用分析 196
7.2.9 处理器 205
7.2.10 常用存储器 207
7.2.11 总线、逻辑电平与接口 226
7.2.12 ESD防护器件 252
7.2.13 硬件时序分析 254
7.2.14 Datasheet与原理图设计的前前后后 255
7.3 Pspice仿真在电路设计中的应用 257
7.4 本章小结 261
第8章 硬件系统PCB详细设计 262
8.1 PCB设计中的SI\PI\EMC\EMI\ESD\DFX 262
8.2 PCB的板框及固定接口定位 270
8.3 PCB的叠层结构：信号层与电源平面 272
8.3.1 PCB的板材：Core和PP，FPC 272
8.3.2 传输线之Si9000阻抗计算 278
8.3.3 PCB平面层敷铜 278
8.4 PCB布局 279
8.4.1 PCB布局的基本原则 280
8.4.2 PCB布局的基本顺序 281
8.4.3 PCB布局的工艺要求及特殊元器件布局 282
8.4.4 PCB布局对散热性的影响：上风口、下风口 282
8.5 PCB布线 283
8.5.1 PCB布线的基本原则 290
8.5.2 PCB布线的基本顺序 291
8.5.3 PCB走线中的Fanout处理 293
8.6 常见电路的布局、布线 295
8.6.1 电源电路的布局、布线 295
8.6.2 时钟电路的布局、布线 297
8.6.3 接口电路的布局、布线 298
8.6.4 CPU最小系统的布局、布线 305
8.7 PCB级仿真分析 311
8.7.1 信号完整性前仿真分析 312
8.7.2 信号时序Timing前仿真分析 312
8.7.3 信号完整性后仿真分析 313
8.7.4 电源完整性后仿真分析 314
8.7.5 PCB级EMC/EMI仿真分析 316
8.8 本章小结 317
第9章 PCB设计后处理及Gerber输出 318
9.1 板层走线检查及调整 318
9.2 板层敷铜检查及修整 319
9.3 丝印文字及LOGO 320
9.4 尺寸和公差标注 320
9.5 Gerber文档输出及检查 320
9.6 PCB加工技术要求 327
9.7 本章小结 328
附录A Orcad PSpice仿真库（\capture\library\pspice和capture\library\pspice\advanls
目录） 329
附录B Cadence Allegro调试错误及解决方法 333
附录C Allegro错误代码对应表 342
参考文献 347
^ 收 起
目 录内容简介
全书包括：硬件系统设计中的常见需求，设计中需要考虑的各类概要设计及开发平台的归纳，SI的理论分析及满足SI的常用设计方法，PI的理论分析及满足PI的常用设计方法，EMC/EMI的理论分析及满足EMC/EMI的常用设计方法，DFX的理论分析及满足DFX的常用设计方法，电路设计中常用各类器件的原理说明及常用电路的原理图设计，对PCB设计中的布局、布线及PCB的板级仿真分析进行了归纳分类，对PCB设计的后续工作及PCB加工的技术要求进行了归纳总结。
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