前言

目前，PCB设计系统中最典型的电性能分析主要包括信号完整性（Signal Integrity，SI）分析、电源完整性（Power Integrity，PI）分析和电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）分析三大方向。近年来，对SI和PI的研究取得了突飞猛进的发展；相对而言，对EMC的研究比较成熟。目前，在芯片封装或PCB 的设计和调试的各个阶段，人们对SI和PI的设计流程和分析验证都格外重视。

SI指的是信号在传输过程中保持其时域和频域特性的能力；传统的SI分析包括信号的插入损耗分析和回波损耗分析，以及信号传输的眼图、抖动、串扰、浴盆曲线和误码率等。PI指的是封装芯片电源引脚处的供电电压的量值精度和稳定性，其衡量指标是芯片供电电压的波动范围及噪声等；传统的PI分析包括电源本身的频域谐振分析、时域噪声分析和去耦电容的放置方法等。

受限于技术水平和软件支持等因素，既往的许多针对SI和PI的研究都是“孤立”进行的，即研究SI时假设其电源是理想的，研究PI时也不考虑信号翻转对其产生的影响。如果系统频率比较低，这样的假设尚可接受，但当系统频率较高时，忽略SI与PI之间的影响会带来诸多问题。

ANSYS 2019仿真软件在PCB的SI、PI与EMC协同设计优化，以及机箱屏蔽效能和孔缝电磁泄漏仿真方面，一直处于业界领先水平，其仿真结果可以直接与GJB151A等测试标准进行对比，从而在虚拟样机阶段评估设计方案的EMC裕量。ANSYS的EMC仿真方案，在技术层面上包括硬件设计全流程中的系统设计、电路设计和元器件选型，从研究EMC的关键环节入手，通过系统、全面的仿真，解决EMC和干扰问题，同时还兼顾散热和结构振动等多物理域的可靠性设计；在流程层面，强调系统EMC指标的合理分配，系统与元器件的协同设计，EMC设计流程的固化和设计仿真经验的积累等；在实施部署层面，能够兼顾分散式个人设计模式和团队设计模式，提供集中的基于高性能计算的仿真资源分配能力和基于分布式云存储的仿真知识管理模式。ANSYS 2019的电磁场仿真软件内含一系列混合算法，包括频域有限元、时域有限元、高阶有限元、矩量法有限元、物理光学法、有限元/积分边界法、场到场数据链接，可以灵活处理微米级到数十千米范围目标的电磁计算。

本书具有如下特点。

理论与软件操作相结合。将SI和PI理论研究与ANSYS 2019软件的SI、PI与EMC协同分析相结合，对高速电路设计中存在的SI、PI和EMC问题进行了分析和研究，并提出了相应的解决方法。

与设计实例相结合。本书结合Altera公司的STRATIX GX开发板、DDR板卡与STRATIX GX开发板的互连系统、PCI-E板卡等设计实例，对其中的SI和PI问题进行了分析与研究，使读者不仅掌握了理论知识与软件操作方法，还将其应用到实际设计中。

系统性与独立性。本书基本涵盖了高速电路板设计中SI、PI、EMC及电热分析的基

本问题，读者既可以全面、系统地学习，也可以有针对性地阅读部分内容。

本书共9章，其中第8章由蔡富佳编写，其余由周润景编写，全书由周润景统稿。参加本书编写的还有张红敏和周敬。

为便于读者阅读、学习，特提供本书范例的下载资源，请访问华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）下载该资源；为了与软件实际操作的结果保持一致，未对书中由软件生成的截屏图进行标准化处理。

本书得到了国家自然科学基金的支持（高速数字系统的信号与电源完整性联合分析及优化设计，项目批准号：61161001，2012.1—2015.12）。本书的出版得到了Cadence公司Principal应用工程师胡劲松先生和电子工业出版社张剑先生的大力支持，还有很多读者提出了宝贵的意见，在此一并表示感谢！

由于ANSYS仿真工具的功能非常强大，不可能通过一本书将其全部内容详尽介绍，加上时间与水平有限，书中难免存在错误和疏漏之处，敬请读者批评指正。

编著者