前言

目前，PCB設計系統中最典型的電性能分析主要包括信號完整性（Signal Integrity，SI）分析、電源完整性（Power Integrity，PI）分析和電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）分析三大方向。近年來，對SI和PI的研究取得了突飛猛進的發展；相對而言，對EMC的研究比較成熟。目前，在芯片封裝或PCB 的設計和調試的各個階段，人們對SI和PI的設計流程和分析驗證都格外重視。

SI指的是信號在傳輸過程中保持其時域和頻域特性的能力；傳統的SI分析包括信號的插入損耗分析和回波損耗分析，以及信號傳輸的眼圖、抖動、串擾、浴盆曲線和誤碼率等。PI指的是封裝芯片電源引腳處的供電電壓的量值精度和穩定性，其衡量指標是芯片供電電壓的波動范圍及噪聲等；傳統的PI分析包括電源本身的頻域諧振分析、時域噪聲分析和去耦電容的放置方法等。

受限于技術水平和軟件支持等因素，既往的許多針對SI和PI的研究都是“孤立”進行的，即研究SI時假設其電源是理想的，研究PI時也不考慮信號翻轉對其產生的影響。如果系統頻率比較低，這樣的假設尚可接受，但當系統頻率較高時，忽略SI與PI之間的影響會帶來諸多問題。

ANSYS 2019仿真軟件在PCB的SI、PI與EMC協同設計優化，以及機箱屏蔽效能和孔縫電磁泄漏仿真方面，一直處于業界領先水平，其仿真結果可以直接與GJB151A等測試標準進行對比，從而在虛擬樣機階段評估設計方案的EMC裕量。ANSYS的EMC仿真方案，在技術層面上包括硬件設計全流程中的系統設計、電路設計和元器件選型，從研究EMC的關鍵環節入手，通過系統、全面的仿真，解決EMC和干擾問題，同時還兼顧散熱和結構振動等多物理域的可靠性設計；在流程層面，強調系統EMC指標的合理分配，系統與元器件的協同設計，EMC設計流程的固化和設計仿真經驗的積累等；在實施部署層面，能夠兼顧分散式個人設計模式和團隊設計模式，提供集中的基于高性能計算的仿真資源分配能力和基于分布式云存儲的仿真知識管理模式。ANSYS 2019的電磁場仿真軟件內含一系列混合算法，包括頻域有限元、時域有限元、高階有限元、矩量法有限元、物理光學法、有限元/積分邊界法、場到場數據鏈接，可以靈活處理微米級到數十千米范圍目標的電磁計算。

本書具有如下特點。

理論與軟件操作相結合。將SI和PI理論研究與ANSYS 2019軟件的SI、PI與EMC協同分析相結合，對高速電路設計中存在的SI、PI和EMC問題進行了分析和研究，并提出了相應的解決方法。

與設計實例相結合。本書結合Altera公司的STRATIX GX開發板、DDR板卡與STRATIX GX開發板的互連系統、PCI-E板卡等設計實例，對其中的SI和PI問題進行了分析與研究，使讀者不僅掌握了理論知識與軟件操作方法，還將其應用到實際設計中。

系統性與獨立性。本書基本涵蓋了高速電路板設計中SI、PI、EMC及電熱分析的基

本問題，讀者既可以全面、系統地學習，也可以有針對性地閱讀部分內容。

本書共9章，其中第8章由蔡富佳編寫，其余由周潤景編寫，全書由周潤景統稿。參加本書編寫的還有張紅敏和周敬。

為便于讀者閱讀、學習，特提供本書范例的下載資源，請訪問華信教育資源網（www.hxedu.com.cn）下載該資源；為了與軟件實際操作的結果保持一致，未對書中由軟件生成的截屏圖進行標準化處理。

本書得到了國家自然科學基金的支持（高速數字系統的信號與電源完整性聯合分析及優化設計，項目批準號：61161001，2012.1—2015.12）。本書的出版得到了Cadence公司Principal應用工程師胡勁松先生和電子工業出版社張劍先生的大力支持，還有很多讀者提出了寶貴的意見，在此一并表示感謝！

由于ANSYS仿真工具的功能非常強大，不可能通過一本書將其全部內容詳盡介紹，加上時間與水平有限，書中難免存在錯誤和疏漏之處，敬請讀者批評指正。

編著者