本书以Cadence公司目前的主流版本Allegro16.6工具为基础，详细介绍了基于FPGA的高速板卡PCB设计的整个流程。其中的设计方法和设计技巧更是结合了笔者多年的设计经验。全书共18章，主要内容除了介绍软件的一些基本操作和技巧外，还包括高速PCB设计的精华内容，如层叠阻抗设计、高速串行信号的处理、射频信号的PCB设计、PCIe的基础知识及其金手指的设计要求，特别是在规则设置方面结合案例做了具体的分析和讲解。本书结合具体的案例展开，其内容旨在告诉读者如何去做项目，每个流程阶段的设计方法是怎样的，哪些东西该引起我们的注意和重视，一些重要的模块该如何去处理等。结合实际的案例，配合大量的图表示意，并配备实际操作视频，力图针对该板卡案例，以*直接、简单的方式，让读者更快地掌握其中的设计方法和技巧，因此实用性和专业性非常强。书中的技术问题及后期推出的一系列增值视频，会通过论坛（www.dodopcb.com)进行交流和公布，读者可交流与下载。
内容简介 本书以 Cadence公司目前的主流版本 Allegro6.6工具为基础,详细介绍了基于FGA的高速板卡PCB 设计的整个流程。其中的设计方法和设计技巧更是结合了笔者多年的设计经验。全书共18章,主要内容除 了介绍软件的一些基本操作和技巧外,还包括高速PCB设计的精华内容,如层叠阻抗设计、高速串行信号 的处理、射频信号的PCB设计、PCle的基础知识及其金手指的设计要求,特别是在规则设置方面结合案例 做了具体的分析和讲解。 本书结合具体的案例展开,其内容旨在告诉读者如何去做项目,每个流程阶段的设计方法是怎样的 哪些东西该引起我们的注意和重视,一些重要的模块该如何去处理等。结合实际的案例,配合大量的图表 示意,并配备实际操作视频,力图针对该板卡案例,以最直接、简单的方式,让读者更快地掌握其中的设 计方法和技巧,因此实用性和专业性非常强。 书中的技术问题及后期推出的一系列增值视频,会通过论坛(ww.dodopcb.com)进行交流和公布, 读者可交流与下载。 本书适用于科研和研发部门电子技术人员及相关科技人员参考,也可以作为高等院校相关专业的教学 参考书。 未经许可,不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。 版权所有,侵权必究。 图书在版编目(C|P)数据 基于 Cadence Allegro的rPGA高速板卡设计/罗新林,林超文,周佳辉主编;深圳市英达维诺电路科技有限 公司组编.一北京:电子工业出版社,2018.5 (电子工程师成长之路) ISBN978-7-121-34112-0 Ⅰ.①基…Ⅱ.①罗…②林…③周…④深…Ⅲ.①印刷电路-计算机辅助设计-应用软件 Ⅳ.①TN410.2 中国版本图书馆CP数据核字(2018)第083113号 策划编辑:张迪(zhangdu@phei.com.cn) 责任编辑:底波 印刷:三河市君旺印务有限公司 装订:三河市君旺印务有限公司 出版发行:电子工业出版社 北京市海淀区万寿路173信箱邮编100036 开本:787×10921/16印张:23.25字数:595千字 版次:2018年5月第1版 印次:2018年5月第1次印刷 定价:79.00元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题,请向购买书店调换。若书店售缺,请与本社发行部联系, 联系及邮购电话:(010)88254888,8825888 质量投诉请发邮件至zts@phei.com.cn,盗版侵权举报请发邮件至dhq@phei.com.cn。 本书咨询联系方式:(010)88254469;zhangdi@phei.com.cn 前言 在多年的职业生涯中,自从2002年涉足硬件高速设计这个行业后,对每一个项目进行 技术总结和分享已经成为我的一种兴趣。从2008年开始,我写了许多原创技术文章,并陆 续发表在各个电子论坛,获得了业内人士的一致好评。也是从这一年开始,和论坛合作利用 周末时间举办各种技术沙龙,帮助了硬件PCB设计的初学者。后来,电子工业出版社的王 敬栋找到了我,邀请我编写EDA和硬件开发相关书籍,并且邀请我担任“EDA设计智汇馆 高手速成系列丛书”的编委会主任。在那以后,我就爱上了写作,因为编委会主任是有写 作义务的,我曾半开玩笑地对身边的朋友们说,不是我写作能力有多强,是缘于我上了 “贼船”了,不得不写。 在写这本书之前,其实业界已经有很多关于 Cadence allegro6.6的应用书籍了,但是大 多缺少实际的工程案例和实用性。所以我希望这本书能够让读者更快地掌握高速PCB设计 的思路,其中的设计方法和设计技巧更是结合了我多年的设计经验。全书共18章,主要内 容除了介绍软件的一些基本操作和技巧外,还包括高速PCB设计的精华内容,如层叠阻抗 设计、高速串行信号的处理、射频信号的PCB设计、PCle的基础知识及其金手指的设计要 求,特别是在规则设置方面结合案例做了具体的分析和讲解。 我们3个人被认为是PCB技术研讨会圈子里的“常客”。我们都很欣赏对方的成就和个 人魅力,并且彼此尊重、相互学习。因此,我们在2016年联合创办了一家设计公司,专注 于为企业提供高速硬件设计一站式服务和高速PCB设计培训,并在2017年勇夺第五届IPC 中国PCB设计师大赛亚军。经过这几年的创业,我意识到我们所举办的高速PCB设计培训 是可以作为一个伟大的事业继续扩大经营的,同时我们在培训过程中收集了很多学员的疑问 和经验,因此,我们希望这些经验能够让更多的工程师和学生受益,希望这本书能够带给读 者专业的学习参考,同时也为刚入行的年轻人带来鼓舞与希望 本书从构思到编写完成,历时一年有余。书中内容融合了我们多年工作的教训、心得和 体会。本书中有些选项设置或操作命令,由于我们在平时实际工作中基本上不使用,故在书 中没有做详细介绍。若有读者对某些操作命令感兴趣,可直接与我们进行沟通。本书反馈邮 箱为26005192@qcom,真诚希望能得到来自读者的宝贵意见和建议。 高速PCB设计领域不断发展,同时我们也在不断学习的过程中,由于我们的技术水平 和实践能力有限,书中错漏之处在所难免,也可能会有一些新技术无法反映在本书中,故敬 请读者批评指正。为帮助读者学习和理解,我们开通了读者交流和视频学习论坛: www.dodopcb.com 由于日常工作繁忙,本书的编写只能利用业余时间完成,在生活上,父母和爱人给予我 充分的理解和大力支持。同时,在技术领域的成长过程中,得到了众多同事、朋友的大力帮 助,在此向他们表示衷心的感谢。 林超文 作者简介 罗新林深圳市英达维诺电路科技股份有限公司广州设计部经理。EDA设计智汇馆 (www.pcbwinner.com)金牌讲师。在PCB设计方面有着10年的设计经验,在硬件互连设计 和PCB仿真领域有着自己独到的设计方法和理念。精通 Cadence、PADS、AD、 Hyperlynx、 Sigrity等多种PCB设计与仿真工具。带领广州分公司团队长期奋战在PCB设计与仿真一线 岗位,涵盖的设计包括计算机通信产品、多媒体产品、医疗仪器设备、交通运输设备、数码 消费类产品等,有着丰富的设计与仿真经验。 林超文深圳市英达维诺电路科技股份有限公司创始人兼首席技术官。EDA设计智汇 馆(w.pcbwinner.com)首席讲师。在硬件互连设计领域有18年的管理经验,精通Ca ence、 Mentor、PADS、AD、 Hyperlynx等多种PCB设计与仿真工具。担任IPC中国PCB设 计师理事会会员,推动PC互连设计技术与标准在中国的普及;长期带领公司的PCB设计 团队攻关军工、航天、通信、工控、医疗、芯片等领域的高精尖设计与仿真项目。出版多本 EDA书籍,系列书籍被业界人士称为“高速PCB设计宝典”。 周佳辉深圳市英达维诺电路科技股份有限公司深圳设计部经理。EDA设计智汇馆 (www.pcbwinner.com)金牌讲师。精通Cadence、PADS等PCB设计软件。具有丰富的PCB 设计实战经验和工程经验,为《PADS电路板设计超级手册》、《 PADS VX.2从零开始做工 程之高速PCB设计》等书的作者。长期在多所高校举办高速PCB设计技术讲座,广受师生 好评 深圳市英达维诺电路科技股份有限公司成立于2016年5月,专注于硬件研发、高速 PCB设计、SLPI仿真、EMC设计整改、企业培训、PCB制板、SMT贴装等服务。公司骨干 设计团队具有10年以上研发经验,具有系统设计、EMC、S及DFM等成功设计经验。超过 2000款高速PCB设计项目,贴近客户需求,以客户满意为工作准则 公司愿景:成为中国一流的硬件外包设计服务商! 战略定位:联合后端优秀制造资源,倾力打造业务高度集中的专才型企业,为客户提供 专业精品服务。 V 目 录 第1章网表 ,·,,,,, 1.1OCAD导出 Allegro网表 1.2 Allegro导入 OrCAD网表前的准备 1.3 Allegro导入OCAD网表… ……………………………4 1.4放置元器件 1.50CAD导出 Allegro网表常见错误解决方法 1.5.1位号重复 5668 1.5.2未分配封装… 1.5.3同一个 Symbol中出现 Pin number重复 8 1.5.4同一个 Symbol中出现 Pin name重复 ………………………………9 1.5.5封装名包含非法字符… 1.5.6元器件缺少 Pin Number 1.6 Allegro导入 OrCAD网表常见错误解决方法… 10 1.6.1导入的路径没有文件 10 1.6.2找不到元器件封装 1.6.3缺少封装焊盘 1.6.4网表与封装引脚号不匹配 ,,,,,,,,,,,,,,来,,,,,,,,,,,, 第2章 LP Wizard和 Allegro创建封装 13 2.1 LP Wizard的安装和启动 ………………13 2.2 LP Wizard软件设置 2.3 Allegro软件设置 …14 2.4运用 LP Wizard制作SOP8封装 15 2.5运用 LP Wizard制作QFN封装… 20 2.6运用 LP Wizard制作BGA封装… ……24 2.7运用 LP Wizard制作 Header封装… ………………………29 2.8 Allegro元件封装制作流程 2.9导出元件库…… ……………………………………………39 2.10PCB上更新元件封装 39 第3章快捷键设置 3.1环境变量… 41 3.2查看当前快捷键设置…… 3.3 Script的录制与快捷键的添加… 42 3.4快捷键的常用设置方法 3.5skil的使用 3.6 Stroke录制与使用 45 第4章 Allegro设计环境及常用操作设置 48 4. 1 User preference常用操作设置… 48 4.2 Design Parameter Editor参数设置… …………67 4.2.1 Display选项卡设置讲解… ,,,,单, 4.2.2 Design选项卡设置讲解 4.3格点的设置……… 4.3.1格点设置的基本原则… 4.3.2 Allegro格点的设置方法及技巧… 第5章结构 76 5.1手工绘制板框 …………………76 5.2导入DXF文件 5.3重叠顶、底层DXF文件 80 54将DXF中的文字导入到 Allegro 81 5.5Logo导入 Allegro…… …………83 5.6闭合的DXF转换成板框…………………………84 5.7不闭合的DXF转换成板框… 85 5.8导出DXF结构图 第6章布局……………………………………………89 6.1 Allegro布局常用操作 89 6.2飞线的使用方法和技巧… 91 6.3布局的工艺要求… 6.3.1特殊元件的布局 6.3.2通孔元件的间距要求 6.3.3压接元件的工艺要求 96 6.3.4相同模块的布局… 6.3.5PCB板辅助边与布局…… 6.3.6辅助边与母板的连接方式:V-CUT和邮票孔 6.4布局的基本顺序 101 6.4.1整板禁布区的绘制 ……………………101 6.4.2交互式布局……………………………………104 6.4.3结构件的定位 6.4.4整板信号流向规划… 112 6.4.5模块化布局……… 113 6.4.6主要关键芯片的布局规划 第7章层叠阻抗设计 ……115 7.1PCB板材的基础知识… 115 7.1.1覆铜板的定义及结构…… 115 7.1.2铜箔的定义、分类及特点 115 7.1.3PCB板材的分类… 116 7.1.4半固化片( prepreg或pp)的工艺原理 ……117 7.1.5p(半固化片)的特性………………118 7.1.6pp(半固化片)的主要功能……………… 118 7.1.7基材常见的性能指标 118 7.1.8pp(半固化片)的规格 ……119 7.1.9pp压合厚度的计算说明… ………………………120 7.1.10多层板压合后理论厚度计算说明……… ……………121 7.2阻抗计算(以一个8层板为例) 122 7.2.1微带线阻抗计算 122 7.2.2带状线阻抗计算 ………………………………………………………………………124 7.2.3共面波导阻抗计算… ……125 7.2.4阻抗计算的注意事项 126 7.3层叠设计 127 7.3.1层叠和阻抗设计的几个阶段… …………………………………127 7.3.2PCB层叠方案需要考虑的因素 …………………………………129 7.3.3层叠设置的常见问题 129 7.3.4层叠设置的基本原则 130 7.3.5什么是假8层…… 131 7.3.6如何避免假8层………… ………………………132 7.4fpga高速板层叠阻抗设计 ………………………133 7.4.1生益的S1000-2板材参数介绍 133 7.4.2fpga板层叠确定 …………………134 7.4.3 Cross section界面介绍 134 7.4.412层板常规层压结构 ………………………………………135 7.4.5PCle板卡各层铜厚、芯板及p厚度确定…………135 7.4.6阻抗计算及各层阻抗线宽确定 ….141 第8章电源地处理 …………………………………………145 8.1电源地处理的基本原则… ··· 146 8.1.1载流能力 8.1.2电源通道和滤波…… 148 8.1.3直流压降 ………………150 8.1.4参考平面… 152 8.1.5其他要求… ………………………152 8.2电源地平面分割… ……153 8.2.1电源地负片铜皮处理 ……………………………………………154 8.2.2电源地正片铜皮处理…………………………158 8.3常规电源的种类介绍及各自的设计方法 8.3.1电源的种类 ……162 8.3.2POE电源介绍及设计方法 163 8.3.348V电源介绍及设计方法………………… 8.3.4开关电源的设计 164 8.3.5线性电源的设计… 167 第9章高速板卡PCB整板规则设置… 9.1整板信号的分类 …168 9.1.1电源地类 …168 9.1.2关键信号类(时钟、复位)……… 172 9.1.3509射频信号类…………… …175 9.1.475g阻抗线类………………………………176 9.1.51009差分信号分类… …177 Ⅸ 9.1.68592差分信号分类 181 9.1.7总线的分类… 18 9.2物理类规则的建立 ……………182 9.2.1单端物理约束需要设置的几个参数讲解……… …183 9.2.2 Default/50g单端信号类规则建立 9.2.3电源地类规则建立… 9.2.450g单端射频信号类规则建立 …185 9.2.5759单端信号类规则建立 186 9.2.6100g差分信号类规则建立………………………………186 92.785g差分信号类规则建立…………………187 9.2.81.0BGA的物理区域规则建立 187 9.2.90.8BGA的物理区域规则建立 188 9.2.10过孔参数的设置… …188 9.3物理类规则分配………… ………………………………………………190 9.3.1电源地类规则分配… 190 9.3.250g单端射频信号类规则分配 191 93.3759单端信号类规则分配 ………192 9.3.4100g差分信号类规则分配 ………………………192 9.3.5859差分信号类规则分配……………………… ………192 9.3.61.0BGA的物理区域规则的分配和用法…………………………………………193 9.4间距规则设置 196 9.4.1 Spacing约束的 Default参数设置 196 9.4.2关键信号(时钟、复位)的 Spacing类规则设置……………………………198 9.4.3差分信号的 Spacin类规则设置 9.44RF信号的 Spacing类规则设置 199 9451.0BGA的 Spacing类规则设置 ……200 94.60.8BGA的 Spacing类规则设置…………201 9.4.7同网络名间距规则设置 202 9.5间距类规则分配………………………………………202 9.6等长规则设置 204 第10章布线 ………………205 10.1 Allegro布线的常用基本操作… 205 10.1.1 Add Connect指令选项卡详解 205 10.1.2 Working Layers的用法…………… 207 10.1.3 Add Connect右键菜单常用命令讲解 208 10.1.4拉线常用设置推荐………………………………………………208 10.1.5布线调整 Slide指令选项卡详解… ………………………………………209 10.1.6改变走线宽度和布线层的 Change命令的用法 210 10.1.7快速等间距修线 10.1.8进行布线优化的 Custom Smooth命令的用法 ……………………212 10.2布线常用技巧与经验分享…… 213 10.3修线常用技巧与经验分享 …………………………218 10.4常见元件 Fanout处理 ……222 10.4.1SOP/QFP等密间距元件的 Fanout… …………………………………224 10.4.2分离元件(小电容)的 Fanout………………………225 10.4.3分离元件(排阻)的 Fanout……………………………………226 10.4.4分离元件(BGA下小电容)的 Fanout 226 10.4.5分离元件(Bulk电容)的 Fanout …227 10.4.6BGA的 Fanout………… ………………227 10.5常见BGA布线方法和技巧… 229 10.5.11.0 mm pitch BGA的布线方法和技巧 229 10.5.20.8 mm pitch BGA的布线方法和技巧 230 10.5.30.65 mm pitch BGA的布线方法和技巧……………231 10.5.40.5 mm pitch BGA布线方法和技巧 10.5.50.4 mm pitch BGA布线方法和技巧… 235 10.6布线的基本原则及思路 ………237 10.6.1布线的基本原则 ………………………………………………237 10.6.2布线的基本顺序… …237 10.6.3布线层面规划 238 10.6.4布线的基本思路 238 第11章PC|e信号的基础知识及其金手指设计要求……… 240 11.1PCIe总线概述… 240 11.2PCIe总线基础知识介绍 242 11.2.1数据传输的拓扑结构……………………………242 11.2.2PCIe总线使用的信号 ……………244 11.3PCe金手指的设计要求 …………248 11.3.1金手指的封装和板厚要求 ………………248 11.3.2金手指下方平面处理………………………………249 11.3.3金手指焊盘出线和打孔要求 249 11.3.4PCle电源处理… 250 11.3.5 PCle ac耦合电容的处理…… 251 11.3.6PCle差分信号的阻抗和布线要求 …………………………………251 第12章HSMC高速串行信号处理 253 12.1HSMC高速信号介绍及其设计要求 12.1. 1 HSMC高速信号介绍 12.1.2HsMC布线要求………………………………………………255 12.1.3HSMC布局要求 56 12.2HSMC信号规则设置 256 12.3HSMC扇出…………………………………………257 12.4HSMC高速信号的布线 ……………………………………259 12.4.1差分线通用布线要求 …………………………………………25 12.4.2参考平面 259 12.4.3BGA内部出线… …261 12.4.4差分对内等长处理及绕线要求 261 第13章射频信号的处理 ……264 13.1射频信号的相关知识………………………………… 264