了得網工業技術_電路設計、仿真與PCB設計——從模擬電路、數字電路、射頻電路、

產品特色

編輯推薦

? 內容全面：繫統全面介紹了模擬電路、數字電路、射頻電路、控制電路中常用EDA仿真工具及使用方法，電路原理圖設計、PCB布局布線及信號與電源完整性仿真等。
? 實用性強：詳細講授Altium Designer、Advanced Design System、ModelSim、Proteus等EDA軟件最新版本進行電子電路和PCB設計及仿真的使用方法。
? 資源豐富：本書講解內容配備了相應的教學課件和工程文件，方便讀者對相關內容深入學習和實操練習。
【教學資源】

? 教學課件
? 實例文件
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內容簡介

本書繫統論述了電路的原理圖設計、電路仿真、印制電路板設計與信號完整性分析,涵蓋了模擬電路、數字電路、射
頻電路、控制電路等。全書包括三部分:第一部分(第1~6章)介紹電路設計與仿真,在介紹了常用的電路仿真軟件的基
礎上,詳細講解了 Altium Designer模擬電路仿真、ADS射頻電路仿真、ModelSim 數字電路仿真、Proteus單片機電路仿
真,舉例說明了電路的設計與仿真方法;第二部分(第7~9章)以 AltiumDesigner為設計工具,介紹了電路原理
圖和PCB設計流程、原則、方法及注意事項;第三部分(第10章和第11章)介紹了電路中的信號完整性規則及仿真方法。
本書以培養讀者具備一般電路設計、仿真和 PCB設計的能力為宗旨,可作為高等院校電子類專業“EDA 技術”課程
的教材,也可作為“電路分析”“模擬電路”“數字電路”等理論課程或相關實驗課程的輔助教材,還可作為相關工程技術人
員的參考用書。

作者簡介

崔岩松：北京郵電大學電子工程學院教授，博士生導師，長期從事EDA技術、多媒體通信與集成電路領域的教學和研究工作。先後開設“電路仿真與PCB設計”“模擬集成電路設計”“三維集成電路設計”等多門本科生及研究生課程，“電路仿真與PCB設計”課程獲評北京高校優質本科課程、北京高校優質本科教學課件。指導本科生獲得全國大學生電子設計競賽全國一等獎、全國電賽Intel杯嵌入式邀請賽全國一等獎、全國電賽瑞薩杯信息科技前沿專題邀請賽全國一等獎、藍橋杯電子賽EDA設計與開發賽區全國總決賽第一名、全國大學生集成電路創新創業大賽NI杯等。獲國家科學技術進步獎二等獎、國家一流本科課程、北京市高等教育教學成果獎二等獎、首屆北京高校優秀大學生學科競賽指導教師、全國大學生電子設計競賽30周年突出貢獻獎(個人)、全國高等學校創新創業教育工作突出者、藍橋杯百佳指導教師電子賽首名等國家級及省部級獎勵30餘項。

第一部分電路設計與仿真

第1章電路設計與仿真簡介

1.1緒論

1.2模擬電路設計及仿真工具

1.2.1NI Multisim

1.2.2Cadence PSpice

1.2.3Synopsys HSpice

第一部分電路設計與仿真

第1章電路設計與仿真簡介

1.1緒論

1.2模擬電路設計及仿真工具

1.2.1NI Multisim

1.2.2Cadence PSpice

1.2.3Synopsys HSpice

1.2.4華大九天Empyrean

1.3數字電路設計及仿真工具

1.3.1ModelSim

1.3.2Quartus Prime

1.3.3Vivado

1.3.4Robei EDA

1.4射頻電路設計及仿真工具

1.4.1ADS

1.4.2HFSS

1.4.3CST

1.4.4中望電磁仿真

1.5控制電路設計及仿真工具

1.6電路板設計及仿真工具

1.6.1Altium Designer

1.6.2Allegro PCB Designer

1.6.3PADS

1.6.4嘉立創EDA

1.6.5KiCad EDA

第2章Spice仿真描述與模型

2.1電子電路Spice描述

2.1.1Spice模型及程序結構

2.1.2Spice程序相關命令

2.器件及Spice模型

2.2.器件

2.2.2電壓和電流源

2.2.3傳輸線

2.2.4二極管和晶體管

2.3從用戶數據中創建Spice模型

2.3.1Spice模型的建立方法

2.3.2運行Spice模型向導

第3章電子電路設計與仿真

3.1直流工作點分析

3.1.1建立新的直流工作點分析工程

3.1.2添加新的仿真庫

3.1.3構建直流分析電路

3.1.4設置直流工作點分析參數

3.1.5直流工作點仿真結果分析

3.2直流掃描分析

3.2.1打開前面的設計

3.2.2設置直流掃描分析參數

3.2.3直流掃描仿真結果分析

3.3瞬態分析

3.3.1建立新的瞬態分析工程

3.3.2構建瞬態分析電路

3.3.3設置瞬態分析參數

3.3.4瞬態仿真結果分析

3.4傅裡葉分析

3.4.1建立新的傅裡葉分析工程

3.4.2構建傅裡葉分析電路

3.4.3設置傅裡葉分析參數

3.4.4傅裡葉仿真結果分析

3.4.5修改電路參數重新執行傅裡葉分析

3.5交流小信號分析

3.5.1建立新的交流小信號分析工程

3.5.2構建交流小信號分析電路

3.5.3設置交流小信號分析參數

3.5.4交流小信號仿真結果分析

3.6噪聲分析

3.6.1建立新的噪聲分析工程

3.6.2構建噪聲分析電路

3.6.3設置噪聲分析參數

3.6.4噪聲仿真結果分析

3.7參數掃描分析

3.7.1打開前面的設計

3.7.2設置參數掃描分析參數

3.7.3參數掃描結果分析

3.8溫度分析

3.8.1建立新的溫度分析工程

3.8.2構建溫度分析電路

3.8.3設置溫度分析參數

3.8.4溫度仿真結果分析

3.9蒙特卡洛分析

3.9.1建立新的蒙特卡洛分析工程

3.9.2構建蒙特卡洛分析電路

3.9.3設置蒙特卡洛分析參數

3.9.4蒙特卡洛仿真結果分析

第4章射頻電路設計與仿真

4.1S參數仿真

4.1.1S參數的概念

4.1.2S參數在電路仿真中的應用

4.1.3S參數仿真面板與仿真控制器

4.1.4S參數仿真過程

4.1.5基本S參數仿真

4.1.6匹配電路設計

4.1.7參數優化

4.2諧波平衡法仿真

4.2.1諧波平衡法仿真基本原理及功能

4.2.2諧波平衡法仿真面板與仿真控制器

4.2.3諧波平衡法仿真的一般步驟

4.2.4單音信號HB仿真

4.2.5參數掃描

4.3功率分配器的設計與仿真

4.3.1功率分配器的基本原理

4.3.2等分型功率分配器

4.3.3等分型功率分配器設計實例

4.3.4比例型功率分配器設計

4.3.5Wilkinson功率分配器

4.3.6Wilkinson功率分配器設計實例

4.3.7電路仿真與優化

4.3.8版圖仿真

4.4印刷偶極子天線的設計與仿真

4.4.1印刷偶極子天線

4.4.2偶極子天線設計

4.4.3優化仿真

第5章數字電路設計與仿真

5.1數字電路設計及仿真流程

5.1.1數字電路設計流程

5.1.2ModelSim工程仿真流程

5.2仿真激勵及文件

5.2.1利用波形編輯器產生激勵

5.2.2采用描述語言生成激勵

5.3VHDL仿真

5.3.1VHDL文件編譯

5.3.2VHDL設計優化

5.3.3VHDL設計仿真

5.4Verilog仿真

5.4.1Verilog文件編譯

5.4.2Verilog設計優化

5.4.3Verilog設計仿真

5.4庫

5.5針對不同器件的時序仿真

5.5.1ModelSim對Altera器件的時序仿真

5.5.2ModelSim對Xilinx器件的時序仿真

第6章控制電路設計與仿真

6.1Proteus繫統仿真基礎

6.2Proteus中的單片機模型

6.351繫列單片機繫統仿真

6.3.151繫列單片機基礎

6.3.2在Proteus中進行源程序設計與編譯

6.3.3在Keil μVision中進行源程序設計與編譯

6.3.4Proteus和Keil μVision聯合調試

6.4用51單片機實現電子秒表設計實例

6.5AVR繫列單片機仿真

6.5.1AVR繫列單片機基礎

6.5.2Proteus和IAR EWB for AVR聯合開發

6.6用AVR單片機實現數字電壓表設計實例

第二部分電路原理圖及PCB設計

第7章印制電路板設計基礎

7.1印制電路板基礎知識

7.1.1印制電路板的發展

7.1.2印制電路板的分類

7.2PCB材質及生產加工流程

7.2.1常用PCB結構及特點

7.2.2PCB生產加工流程

7.2.3PCB疊層定義

7.3常器件特性及封裝

7.3.器件特性及封裝

7.3.4器件特性及封裝

7.3.5器件特性及封裝

7.4集成電路芯片封裝

7.5器件設計流程

第8章電路原理圖設計

8.1原理圖繪制流程

8.1.1原理圖設計規劃

8.1.2原理圖繪制環境參數設置

8.2器件庫設計

8.器件原理圖符號術語

8.2.2為LM324器件創建原理圖符號封裝

8.2.3為XC2S300E6PQ208C器件創建原理圖符號封裝

8.2.4分配器件模型

8.器件主要參數功能

8.3原理圖繪制及檢查

8.3.1繪制原理圖

8.3.2添加設計圖紙

8.3.3放置原理圖符號

8.3.4連接原理圖符號

8.3.5檢查原理圖設計

8.4導出原理圖至PCB

8.4.1設置導入PCB編輯器工程選項

8.4.2使用同步器將設計導入PCB編輯器

8.4.3使用網表實現設計間數據交換

第9章印制電路板PCB設計

9.1PCB設計流程及基本使用

9.1.1PCB層標簽

9.1.2PCB視圖查看命令

9.1.3自動平移

9.1.4顯示連接線

9.2PCB繪圖對像及繪圖環境參數

9.2.1電氣連接線

9.2.2普通線

9.2.3焊盤

9.2.4過孔

9.2.5弧線

9.2.6字符串

9.2.7原點

9.2.8尺寸

9.2.9填充

9.2.10固體區

9.2.11多邊形覆銅

9.2.12禁止布線對像

9.2.13捕獲向導

9.2.14PCB選項對話框參數設置

9.2.15柵格尺寸設置

9.2.16視圖配置

9.2.17PCB坐標繫統的設置

9.2.18設置選項快捷鍵

9.3器件封裝庫設計

9.3.1使用IPC Footprint Wizar器件PCB封裝

9.3.2使用Footprint Wizar器件PCB封裝

9.3.3使用IPC Footprints Batch Generato器件PCB封裝

9.3.4不規則焊盤和PCB封裝的繪制

9.3.5添加3D封裝描述

9.3.器件PCB封裝

9.4PCB設計規則

9.4.1添加設計規則

9.4.2如何檢查規則

9.4.3AD軟件中相關規則

9.5PCB布局設計

9.5.1PCB形狀和尺寸設置

9.5.2PCB布局規則的設置

9.5.3PCB布局原則

9.5.4PCB布局中的其他操作

9.6PCB布線設計

9.6.1交互布線線寬和過孔大小設置

9.6.2交互布線線寬和過孔大小規則設置

9.6.3處理交互布線衝突

9.6.4其他交互布線選項

9.6.5交互多布線

9.6.6交互差分對布線

9.6.7交互布線長度對齊

9.6.8自動布線

9.6.9布線中淚滴的處理

9.6.10設計中關鍵布線策略

9.7PCB覆銅設計

9.8PCB設計檢查

第三部分信號完整性分析與設計

第10章信號完整性設計

10.1信號完整性

10.1.1信號時序完整性

10.1.2信號波形完整性

10.器件及PCB分布參數

10.2電源分配繫統及影響

10.2.1理想的電源不存在

10.2.2電源總線和電源層

10.2.3印制電路板的去耦電容配置

10.2.4信號線路及其信號回路

10.2.5電源分配方面考慮的電路板設計規則

10.3信號反射及其消除

10.3.1信號傳輸線定義

10.3.2信號傳輸線分類

10.3.3信號反射的定義

10.3.4信號反射的計算

10.3.5消除信號反射

10.3.6傳輸線的布線規則

10.4信號串擾及其消除

10.4.1信號串擾的產生

10.4.2信號串擾的類型

10.4.3抑制串擾的方法

10.5電磁干擾及其消除

10.5.1濾波

10.5.器件

10.5.3器件的速度

10.6差分信號原理及設計規則

10.6.1差分線的阻抗匹配

10.6.2差分線的端接

10.6.3差分線的一些設計規則

第11章電路板仿真和輸出

11.1IBIS模型原理及功能

11.1.1IBIS模型生成

11.1.2IBIS輸出模型

11.1.3IBIS輸入模型

11.1.4IBIS其他參數

11.1.5IBIS文件格式

11.1.6IBIS模型驗證

11.2信號完整性仿真

11.2.1SI仿真操作流程

11.2.2檢查原理圖和PCB圖器件連接

11.2.3疊層參數的設置

11.2.4信號完整性規則設置

11.2器件分配IBIS模型

11.2.6執行信號完整性分析

11.2.7觀察信號完整性分析結果

11.3電源完整性仿真

11.3.1PDN分析器接口及設置

11.3.2在PCB編輯器中進行可視化渲染

11.3.3顯示控制和選項

11.3.4負載下仿真

11.3.5仿真設置

11.3.6通過串聯器件擴展網絡

11.3.7電壓調節器模型

11.3.8定位電源完整性問題

11.4生成加工PCB相關文件

11.4.1生成輸出工作文件

11.4.2設置打印工作選項

11.4.3生成CAM文件

11.4.4生成料單文件

11.4.5生成光繪文件

11.4.6生成鑽孔文件

11.4.7生成貼片機文件

11.4.8生成PDF格式文件

11.4.9CAM編輯器

11.4.10生成3D視圖

附錄AAltium Designer 23.0快捷鍵

A.1通用環境快捷鍵

A.2通用編輯器快捷鍵

A.3SCH/SCHLIB編輯器快捷鍵

A.4PCB/PCBLIB編輯器快捷鍵

附錄B設計實例原理圖

器件及PCB絲印識別

前言

本書第1版自2019年出版以來，先後5次印刷。作為
“電子信息科學與技術叢書”中的一本，本書既便於讀者學習並掌握電路設計、仿真分析及PCB設計制造的能力，也有助於電子信息類相關課程和實驗環節的教師授課使用。
隨著信息技術和人工智能技術的快速發展，電子設計自動化技術和相關軟件快速發展，同時國內的電子設計自動化技術得到了大力發展。本書采用最新EDA軟件版本進行講解，主要修訂如下：
第1章在介紹電子設計自動化技術發展及現狀基礎上，增加了優秀國內電子設計自動化技術軟件的介紹。
2023年11月
第1版前言

第2版
本書第1版自2019年出版以來，先後5次印刷。作為
“電子信息科學與技術叢書”中的一本，本書既便於讀者學習並掌握電路設計、仿真分析及PCB設計制造的能力，也有助於電子信息類相關課程和實驗環節的教師授課使用。

隨著信息技術和人工智能技術的快速發展，電子設計自動化技術和相關軟件快速發展，同時國內的電子設計自動化技術得到了大力發展。本書采用最新EDA軟件版本進行講解，主要修訂如下：

第1章在介紹電子設計自動化技術發展及現狀基礎上，增加了優秀國內電子設計自動化技術軟件的介紹。

第2章和第3章以Altium Designer 23.0軟件為例，更新了模擬電子電路設計及仿真技術。

第4章以ADS 2023軟件為例，更新射頻電子電路設計及仿真技術。

第5章以ModelSim 2020.4、Quartus Prime Lite 22.1、Vivado 2022.2軟件為例，更新數字電路設計及仿真技術。

第6章以Proteus 8.15軟件為例，更新單片機設計及程序仿真技術。

第7~9章以Altium Designer 23.0軟件為例，更新了電路原理圖設計、PCB布局和布線及繪制方法。

第10章和第11章以Altium Designer 23.0軟件為例，更新了PCB設計中信號完整性和電源完整性設計及仿真技術。

特別說明：因書中有些電路圖是軟件自動生成的，故電器件符號保持與軟件一致。

由於作者水平有限，書中難免存在不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。

作者
2023年11月

第1版前言

隨著計算機技術的發展，電子設計自動化技術(EDA)獲得了飛速的發展，在其推動下，現代電子產品幾乎滲透到社會的各個領域，有力地促進了社會生產力的發展和社會信息化程度的提高，同時也使現代電子產品性能進一步提高，產品更新換代的節奏也變得越來越快。

電子設計自動化技術的核心是電子電路、IC或繫統設計及仿真、電子繫統的制造及仿真。作者在多年從事電子電路設計及開發和講授“電路仿真與PCB設計”課程的基礎上，對電子電路設計、仿真與PCB設計方面的基礎知識、軟件使用、設計經驗等內容進行整理和總結後編寫完成此書。

本書分三部分共11章，其中第1章為電路設計與仿真概論；第2~6章主要介紹電路設計與仿真技術；第7~9章主要介紹電路原理圖及PCB設計；第10章和第11章主要介紹PCB信號完整性設計及仿真。各章知識點如下：

第1章介紹電子設計自動化技術的發展及現狀，並對當前應用於電子電路設計與仿真的主流軟件進行介紹。

第2章和第3章介紹電子電路仿真的基本工具Spice，包括Spice仿真描述語言和基本的Spice模型，並以Altium Designer 18.0為例，講解電子電路設計及仿真過程。

第4章介紹射頻電路設計及仿真常用的工具，並以ADS 2017為例，講解射頻電路設計及其S參數仿真，並給出兩個射頻電路設計及仿真的實例。

第5章介紹數字電路設計及仿真常用的工具，並以ModelSim 10.5為例，講解數字電路的設計及其邏輯仿真和時序仿真的方法，給出與其他FPGA開發工具軟件聯合進行仿真的實例。

第6章介紹單片機控制電路設計及仿真常用的工具，並以Proteus VSM為例，講解單片機電路的設計及單片機程序仿真。

第7~9章介紹電路原理圖和PCB設計的流程，並以Altium Designer 18.0為例，講解原理圖和PCB繪制方法，以及PCB設計中的布局、布線的規則。

第10章和第11章介紹信號完整性和電源完整性問題，並以Altium Designer 18.0為例，講解信號與電源完整性的仿真方法。

附錄部分給出了Altium Designer 18.0快捷鍵、設計實例的原理圖器件識別及絲印等。

需要說明的是，本書采用的Altium Designer 18.0、ModelSim 10.5、Proteus VSM及ADS 2017軟件漢化不完整，所以由其生成的部分圖形存在中英文混用的情形，其中器件圖形符號也是軟件庫自帶，非我國國標符號。

在本書的編寫過程中得到了大量的幫助和支持。特別感謝清華大學出版社盛東亮編輯對本書出版工作的支持。特別感謝張建、陳鐵方、陳乾、王小燕等對本書的資料進行整理及校對。感謝Altium公司大中華區大學計劃經理華文龍，提供了本書中Altium軟件電源完整性部分的推薦和介紹。感謝何賓、馮新宇、於斌、王博等作者，他們編著的關於電子設計及仿真的相關教材為本書的撰寫提供了很大的幫助。

盡管作者在編寫本書的過程中傾盡全力，但是由於水平有限，書中難免存在不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。

作者
2019年6月

媒體評論

鄧中亮北京郵電大學教授，國際歐亞科學院院士
《電路設計、仿真與PCB設計——從模擬電路、數字電路、射頻電路、控制電路到信號完整性分析》（第2版）是作者在多年從事電路設計和課程講授基礎上凝練而成的著作。書中對電路設計、仿真與PCB設計方面的基礎知識、軟件操作與設計經驗進行了充分的論述，並給出了大量實例分析。全書內容翔實，圖文並茂，無論是初學者還是經驗豐富的工程師都會從書中受益。
謝鳳英北京航空航天大學教授
《電路設計、仿真與PCB設計——從模擬電路、數字電路、射頻電路、控制電路到信號完整性分析》（第2版）是一本電子設計自動化技術的工程實踐著作。本書是對電子與電氣類專業具有普適性的基礎應用圖書，涵蓋多種電子設計自動化工具的功能講解，描述電路設計與仿真各個方面的知識，非常值得閱讀。
馬熙飛 Altium公司原大學計劃經理

鄧中亮北京郵電大學教授，國際歐亞科學院院士

《電路設計、仿真與PCB設計——從模擬電路、數字電路、射頻電路、控制電路到信號完整性分析》（第2版）是作者在多年從事電路設計和課程講授基礎上凝練而成的著作。書中對電路設計、仿真與PCB設計方面的基礎知識、軟件操作與設計經驗進行了充分的論述，並給出了大量實例分析。全書內容翔實，圖文並茂，無論是初學者還是經驗豐富的工程師都會從書中受益。

謝鳳英北京航空航天大學教授

《電路設計、仿真與PCB設計——從模擬電路、數字電路、射頻電路、控制電路到信號完整性分析》（第2版）是一本電子設計自動化技術的工程實踐著作。本書是對電子與電氣類專業具有普適性的基礎應用圖書，涵蓋多種電子設計自動化工具的功能講解，描述電路設計與仿真各個方面的知識，非常值得閱讀。

馬熙飛 Altium公司原大學計劃經理

Altium Designer是全球智能繫統設計自動化、電子產品設計解決方案的優秀平臺，該平臺致力於打破技術創新的障礙，讓工程師可以最大限度地利用最新設備和技術設計新一代電子產品。《電路設計、仿真與PCB設計——從模擬電路、數字電路、射頻電路、控制電路到信號完整性分析》（第2版）全方位地介紹了Altium Designer在電路設計與仿真中的基本方法與使用技巧，並結合大量的案例講解如何進行電子電路器件庫符號制作、原理圖繪制、電路板布局布線、信號完整性和電源完整性仿真等，是一本難得的佳作！

孟松 Keysight EDA原中國區總經理

射頻電路中存在的分布參數提高了電路設計難度，準確高效的仿真是射頻電路設計的關鍵技術。《電路設計、仿真與PCB設計——從模擬電路、數字電路、射頻電路、控制電路到信號完整性分析》（第2版）采用ADS軟件詳細描述了射頻電路的S參數仿真和諧波平衡法仿真方法，並以功率分配器、印刷偶極子天線為例詳述了射頻電路的仿真與優化。廣大高校的師生或者企業一線的設計師都可以從書中發現值得參考的內容。

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