開發基礎篇

第1章概述

1.1手機組成介紹

1.1.1功能機

1.1.2智能機

1.1.3手機的電子料和結構料

1.2手機硬件功能介紹

1.2.14G通信模塊

1.2.2藍牙(BT)功能

1.2.3指紋功能

1.2.4定位繫統

1.2.5WiFi介紹

1.2.6NFC介紹

1.2.7FM介紹

1.2.8紅外(IR)介紹

1.2.9無線充電介紹

1.3各種傳感器介紹

1.3.1磁場傳感器(Msensor)

1.3.2重力加速度傳感器(Gsensor)

1.3.3陀螺儀傳感器(Gyrosensor)

1.3.4距離傳感器(Dsensor)

1.3.5光線傳感器(Lsensor)

1.3.6氣壓傳感器(Psensor)

1.3.7溫度傳感器(Tsensor)

1.3.8霍爾開關(Hall Switch)

1.4其他結構件介紹

1.4.1屏蔽罩(Shielding Case)

1.4.2SIM卡座(SIM Socket)

1.4.3SD卡座(SD Socket)

1.4.4LCD模組(LCM) 

1.4.5攝像頭(Camera) 

1.4.6按鍵(Key) 

1.4.7數據接口(USB)

1.4.8揚聲器(Speaker)

1.4.9話筒(MIC)

1.4.10發動機(MOT)

1.4.11聽筒(REC)

1.4.12音頻接口(Audio Jack)

1.5小結

1.6習題

第2章手機平臺發展及EDA介紹

2.1手機網絡介紹

2.1.11G時代——頻分多址(FDMA)

2.1.22G時代——時分多址(TDMA)

2.1.33G時代——碼分多址(CDMA)

2.1.44G時代——增強LTE(LTEA) 

2.1.55G時代——新空口(NR)

2.2手機芯片主要廠家介紹

2.2.1華為

2.2.2MTK

2.2.3高通

2.2.4蘋果

2.2.5三星

2.2.6展訊

2.3EDA介紹

2.3.1初識線路板

2.3.2高階板(HDI)介紹

2.3.3EDA簡介

2.3.4設計軟件介紹

2.3.5安裝Cadence 16.6設計環境

2.4小結

2.5習題

第3章OrCAD使用介紹

3.1工程的建立和設置

3.1.1創建項目

3.1.2設置顏色和參數

3.1.3工程管理器使用

3.1.4新建頁面

3.1.5復制其他項目頁面

3.1.6刪除頁面

器件庫管理

3.2.器件庫

3.2.2添加器件庫

3.2.3創建Part

3.2.4創建異形Part

3.2.5Part屬性管理

3.2.6創器件

3.2.7Part的復制和刪除

3.3原理圖編輯

3.3.1頁面重命名

3.3.2放置Part

3.3.3同頁面建立互連

3.3.4不同頁面建立互連

3.3.5總線的使用和命名

3.3.6放置地和電源

3.3.7Part的更新

3.3.8添加文本(Text)

3.3.9添加圖形(Picture)

3.3.10批量更改Footprint的名字

3.4工程預覽

3.4.器件位號

3.4.2查詢網絡

3.4.3其他查詢

3.4.4統計引腳數量

3.5原理圖輸出

3.5.1DRC檢查

3.5.2輸出Netlist文件

3.5.3輸出PDF文件

3.5.器件清單(BOM)

3.6小結

3.7習題

第4章Allegro 16.6使用介紹

4.1項目的建立和設置

4.1.1創建一個項目

4.1.2項目文件命名規則

4.1.3快捷鍵介紹

4.2器件庫管理

4.2.器件庫路徑

4.2.2創建Padstack和命名規則

4.2.3創建Package symbol

4.2.4創建異形Shape symbol

4.2.5創建異形Package symbol

4.2.6新建Mechanical symbol

4.2.7建庫向導

4.2.8其他 Symbol

4.2.9PCB庫文件導出

4.3PCB文件操作

4.3.1工作界面介紹

4.3.2各種文件的擴展名介紹

4.3.3各層包含內容介紹

4.3.4圖層添加和刪除

4.3.5Move功能介紹

4.3.6Mirror功能介紹

4.3.7Change功能介紹

4.3.8其他Edit功能介紹

4.3.9導入結構圖

4.3.10設置板層

4.3.11創建板框(Outline)

4.3.1器件放置區(Package Keepin)

4.3.13創建允許走線區(Route Keepin)

4.3.14創建禁止走線區(Route Keepout)

4.3.15添加線(Line)

4.3.16添加文本(Text)

4.3.17查看屬性

4.3.18查看間距

4.3.19導入原理圖

器件布局(Placement)

4.4.1快器件(Quickplace)

4.4.2手器件(Manually)

4.4.3交換位置(Swap)

4.4.4布局規則介紹

4.器件移動(Move)

4.器件鏡像(Mirror)

4.4.7設置Group

4.4.8鼠線(Rats)操作

4.4.9高亮(Highlight)功能

4.4.10去除高亮(Dehighlight)功能

4.4器件鎖定(Fix)

4.4器件解鎖(Unfix)

4.4器件封裝更新

4.4.14導出2D和3D文件

4.5走線規則(Router Rule)設置

4.5.1添加過孔(Via)

4.5.2設置線寬(Physical)

4.5.3設置線距(Spacing)

4.5.4設置區域規則(Region)

4.5.5建立Bus Class

4.5.6建立Pin Pair

4.5.7建立差分走線(Differential Pair)

4.5.8規則的輸入和輸出

4.5.9Tech文件

4.6走線(Router)介紹

4.6.1手動走線

4.6.2差分走線

4.6.3過孔編輯

4.6.4Slide功能介紹

4.6.5Delete功能介紹

4.6.6復用走線(SubDrawing)功能

4.6.7創建銅箔(Shape)

4.6.8Shape優先級設置

4.6.9合並Shape

4.6.10避空(Void)Shape

4.6.11Shape邊界(Boundry)修改

4.6.12去除孤島(Island)Shape

4.7走線檢查

4.7.1DB Doctor使用

4.7.2DRC(Short)檢查

4.器件完全放置

4.7.4連線(Open)檢查

4.7.5絲印檢查

4.7.6定位基準點(Fiducial或Mark)放置

4.7.7漏銅(Soldermask)處理

4.8資料輸出

4.8.1Artwork設置

4.8.2輸出鑽孔(Drill)文件

4.8.3用CAM350檢查Gerber文件

4.9小結

4.10習題

第5章射頻(RF)部分

5.1射頻的擺件

5.1.1屏蔽罩的介紹

5.1.2π形電路擺件

5.1.3收發器的擺件

5.1.42G射頻功放擺件

5.1.54G射頻功放擺件

5.1.6RF天線擺件

5.1.7四合一芯片擺件

5.1.8NFC擺件

5.2走線規則

5.2.1微帶線

5.2.2IQ線

5.2.3電源線

5.2.4GND處理

5.3小結

5.4習題

第6章電源部分

6.1電源樹介紹

6.1.1電源的種類及電壓

6.1.2DCDC

6.1.3LDO

6.1.4PMU

6.1.5PMI

6.1.6電壓采樣電路

6.1.7USB充電電路

6.2重要電源

6.2.13個核心電源

6.2.2電池電源VBAT

6.2.3SIM卡電源VSIM

6.2.4SD卡電源 VMCH

6.2.5發動機電源VIBR

6.2.6攝像頭電源VCAM

6.器件擺放

6.3.1電容擺放

6.3.2電感擺放

6.3.3隔離和靠近

6.4電源走線

6.4.1線寬的通流能力

6.4.2通孔的通流能力

6.4.3旁路電容和TVS管

6.4.4菊花鏈布線

6.4.5星形布線

6.4.6總分布線

6.4.7與敏感線隔離

6.5小結

6.6習題

第7章音頻部分介紹

7.1音頻的組成介紹

7.2話筒電路

7.2.1擺件規則

7.2.2走線規則

7.3Speaker電路

7.3.1擺件規則

7.3.2走線規則

7.4Audio PA電路

7.4.1擺件規則

7.4.2走線規則

7.5Receiver電路

7.5.1擺件規則

7.5.2走線規則

7.6Audio Jack電路

7.6.1FM天線

7.6.2Audio Jack接口

7.7小結

7.8習題

第8章時鐘介紹

8.1實時時鐘

8.2邏輯電路主時鐘

8.2.1邏輯電路主時鐘的作用

8.2.2電路的擺放

8.3其他時鐘

8.4走線要求

8.5小結

8.6習題

第9章MIPI繫統介紹

9.1MIPI接口介紹

9.1.1MIPI的用途

9.1.2MIPI的定義

9.器件擺件

9.2MIPI設備介紹

9.2.1前攝像頭

9.2.2後攝像頭

9.2.3輔攝像頭

9.2.4高清屏

9.3MIPI走線介紹

9.4小結 

9.5習題

實戰操作篇

第10章高通SDM439

10.1高通SDM439介紹(原理圖部分)

10.1.1電源繫統

10.1.2時鐘繫統 

10.1.3射頻繫統 

10.1.4音頻繫統 

10.1.5MIPI繫統 

1器件擺放

10.2.1導入原理圖

10.2.2TOP面擺件

10.2.3BOTTOM面擺件

10.2.4導出2D和3D圖

10.3走線介紹

10.3.1信號層規劃

10.3.2DDR線復用

10.3.3走線的優先級

10.3.4重要線處理

10.3.5檢查連通性

10.4小結

10.5習題

第11章整理資料

11.1設計文件

11.2制板文件

11.2.1阻抗文件

11.2.2制板說明

11.2.3拼板文件

11.2.4GERBER文件

11.2.5IPC文件

11.2.6ODB文件

11.3生產文件

11.3.1鋼網文件

11.3.2夾具文件

11.3.3位號文件

11.3.4坐標文件

11.4FPC制板文件

11.4.1BOM文件

11.4.2加工文件

11.5小結

11.6習題

第12章生產問題處理

12.1工程確認

12.1.1板材確認

12.1.2疊層確認

12.1.3阻抗線確認

12.1.4綠油橋確認

12.1.5塞孔確認

12.1.6其他

12.2試產報告

12.2.1焊盤與實物不符

12.器件包裝方式

12.器件干涉

12.2.4爐溫曲線

12.3小結

12.4習題

第13章信號完整性仿真和電源完整性仿真

13.1信號完整性

13.1.1信號完整性仿真文件提交

13.1.2信號完整性仿真報告分析

13.1.3根據信號完整性報告進行相應的優化

13.2電源完整性

13.2.1電源完整性仿真文件提交

13.2.2電源完整性報告分析

13.2.3根據電源完整性報告優化PCB設計

13.3小結 

13.4習題

附錄A電子技術專業術語

附錄B常用PCB封裝術語

隨著網絡的普及和人們溝通效率的提高，手機已經成為人們日常生活、戶外出行的工具。在地鐵、汽車、餐廳到處可以見到大家通過手機聊微信、打電話、上網的場景，人們對手機的依賴性增強，同時也促使手機的設計水平不斷地提高。
近些年來，EDA在國內發展得很快，人纔的需求也越來越大，特別是隨著5G的普及，高密高階板設計的EDA工程師嚴重缺乏，已經出現了EDA工程師薪資高於硬件工程師的趨勢。一個優秀的EDA工程師需要有全面的知識結構，不僅要了解電子方面自身工作需要的知識，還要有機械安裝、機械制圖、線路板生產、貼片、測試以及軟件方面的知識儲備，屬於多知識面結合的復合型人纔。EDA設計是實踐性很強的工作，EDA工程師重要的是在設計規則中積累經驗。為了提高學習的實用性效率，本書按照EDA工程師具體的工作流程安排章節，避免了菜單式的講解。
本書分為兩篇，開發基礎篇（第1~9章）詳細介紹Cadence Allegro軟件的使用及手機線路板的重要組成部分，從手機的硬件框架和機構器件開始，引入手機線路板設計； 實戰操作篇（第10~13章）介紹一個手機線路板設計的案例供讀者學習，並講解EDA工程師如何處理生產中遇到的問題等。
在開發基礎篇，第1章介紹手機的基本組成及常用的硬件模塊、傳感器、結構組件。第2章介紹線路板和EDA的基礎知識，讓讀者更快進入實踐學習中。第3章詳細講解OrCAD的使用方法器件庫管理、原理圖放置Part、原理圖編輯和工程文件管理、輸出方法。第4章是本書的重點，繫統講述Allegro的使用方法，包括器件庫管理、Padstack建立和新建各種 Package的方法，PCB的詳細操作、Rule的設置和走線操作等。第1~4章為基礎知識，從第5章開始有視頻講解，掃描書中二維碼即可觀看。第5章介紹五大繫統中重要和龐大的射頻繫統，隨著進入5G時代，射頻繫統的規模也會更加龐大。第6章講解手機繫統中電源樹、電源分布、走線和通孔的通流能力以及走線的3種方式，一個好的電源繫統是手機繫統運行的基礎保障。第7章介紹手機繫統中常用的MIC、Speaker、Receiver、Audio Jack和Audio PA電路。第8章介紹手機繫統中常用實時時鐘和邏輯電路主時鐘兩大時鐘繫統。第9章講解手機MIPI繫統的作用、常用的驅動設備和手機中MIPI接口的分配。
在實戰操作篇，第10章介紹高通SDM439平臺五大繫統硬件模塊的原理圖部分、PCB擺件和走線，以及信號層的規劃、走線優先級和走線優化。第11章逐步介紹如何制作設計文件、制板文件和生產文件，講解制板文件和生產文件的作用和包含的文件信息。第12章介紹如何進行工程確認文件的反饋，試產報告問題的分析和解決方法。第13章講解信號完整性仿真和電源完整性仿真的概念和如何提交、分析仿真報告，以及EDA工程師如何根據仿真報告來調整走線。
本書由上海衛紅實業有限互連工作室和深圳EDA設計智彙館的工程師歷時一年編寫而成，感謝小伙伴的努力付出，上海衛紅實業有限互連工作室長期從事手機高密板的培訓工作，鋻於市場上缺乏可用的培訓教材，於是將平時培訓的資料歸納總結起來出版。單亞威和李凱負責資料圖片和專業術語的收集，張彬負責實戰部分的編寫和視頻錄制，EDA設計智彙館創始人林超文先生在章節的規劃和後期的修改中做了大量的工作。感謝清華大學出版社的趙佳霓編輯，在編寫的過程中給了我們專業的寫作指導，使本書能順利出版。

雖然筆者根據廣大EDA同仁提供的建議進行了多次修改，但書中難免存在錯漏，懇請廣大讀者給予批評和指正。

編者
2021年1月