推荐序一
国外业界同行将包括信号完整性（SI）、电源完整性（PI）、电磁完整性（EMI）在内
的广义信号完整性也统称作电气完整性（Electrical Integrity, EI），实质是突出了电子系统
电气功能-性能属性上优劣的本质内涵。我国电子信息产业界在自主研发高端电子系统时，
不可回避地要面对高速度高密度诸多方面的仿真分析难题和提升设计指标的技术挑战。国
内的业界同人从21 世纪初逐步涉足广义信号完整性分析技术领域，到如今已经是快速跟进、
与国际电气完整性技术前沿全面对接。
是德（Keysight）公司的EDA 软件，是国内外业界耳熟能详的知名品牌。其和是德自
身的测试仪器同步雄起，从惠普（HP）、安捷伦（Aglient），到如今的是德，一直都是位
居电子科技界EDA 软件工具和测试仪器口碑的领头雁。令人称道的是，其ADS（Advanced
Design System）先进设计系统软件，已经在高速PCB、封装等SI/PI 仿真分析与设计等领域
获得了业界的广泛认同和采纳。
这部以电子设计师为受众的《ADS 信号完整性仿真与实战》新书，将SI/PI 的概念铺垫、
原理介绍以及仿真分析技术有机地融为一体。书中以ADS 软件为依托、以PCB 为主要对象，
选择差分串行总线USB（数据率为4.5GB/s）、HDMI、PCIe 以及单端并行总线DDR4（传
输速率为3.2GT/s）等传输平台；纳入IBIS、AMI 及SPICE 等模型参数。重点针对包括反
射、串扰、电源纹波在内的各种电气不完整的实际案例；清晰阐释如何分析各种传输线及
S-参数的实质性变动；完整介绍信号完整性以及电源完整性的仿真流程和方法。在读者进行
信号完整性仿真的流程中，可以随书起舞，逐步进入SI 分析技术实际案例的实战状态！
Eric 的新书《信号完整性与电源完整性分析》（第三版）中文版即将出版，这是一部
SI 原理性教材。但书中有50 多幅插图采用了是德软件，其中有一半用的又是其ADS 软件。
修国的这部《ADS 信号完整性仿真与实战》，与三年前张涛编著的《ADS 高速电路信号完
整性应用实例》一起，都是以ADS 为平台的SI 实用型教材。在信号完整性分析仿真与设计
调试技术领域，这三部书以ADS 为纽带，相映生辉、相得益彰！
修国的这本书是在我国研发电子信息新产品中为解决所面临的信号完整性问题而奉献
的心血之作。在此，我谨代表国内SI 业界同人向作者致以由衷的谢忱！
西安电子科技大学 教育部超高速电路设计与EMC 重点实验室 李玉山
2019.02
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推荐序二
很多硬件工程师可能都面临过这样一个问题—为什么我的原理图设计完全正确，PCB
连线也没问题，但是电路调试时，系统就是不能正常工作？这种情况的出现很可能就是遇
到了信号完整性和电源完整性问题。
在21 世纪初，电路的信号还只有几十兆赫兹，集成电路规模还不大，所以我们的主要
精力在设计和优化电路上，工程师只要电路设计正确了，PCB 没有连接错误，即使版图实
现有一些差异，对电路正常工作没有太大影响。但是如今硬件高度集成化，硬件系统越来
越简单，但芯片信号的最高速率已经达到几十吉赫兹，PCB 连线几个毫米长度的差异，或
电源和地平面的形状不同，都会对信号质量产生巨大的影响，甚至造成电路无法正常工作。
这就是很多硬件工程师在学校里面很少接触，但是工作中又不得不面对的信号电源完整性
问题，可以这么说，在硬件系统高度集成化的今天，不懂信号完整性的硬件工程师是不合
格的。
信号完整性至今在大多数高校课程中仍然没有设置，而是依靠工程师在实际工作中自
己摸索学习。但信号完整性设计跨越电路、电磁场、信号与系统多个领域的内容，工程实
现上又和PCB 设计的很多细节相关，依靠经验去分析是很困难的。幸好现在有ADS 这样的
仿真软件，可以协助工程师深入和细致的分析和定位这类问题。
ADS 作为业界领先的电子系统仿真软件，功能是极为强大和全面的，过去出版的书籍，
大多数集中于介绍它在射频微波领域的应用（因为这是它最初的功能），或者侧重于介绍
软件操作。而本书则是一本系统介绍ADS 在信号完整性设计领域应用的书籍。作者结合自
己在PCB 和EDA 行业多年的实践经验，对信号完整性的基本概念、仿真工具的实际操作
与建模、PCB 的物理实现必须关注的设计细节，结合DDR、HDMI、USB 等常见的应用场
景，进行了系统而全面的介绍，真正做到了深入浅出。读者不需要高深的理论功底，就能
快速上手解决实际问题，同时在这个过程中逐步认识和理解信号完整性的各种设计理念，
真正做到了不但授之以鱼，更授之以渔。
相信这本书能够帮助广大的硬件工程师设计出更加稳定可靠的电子系统！
华为技术有限公司 高速高频互连实验室 杨丹
2019.02
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前 言
在写作本书之前，由张涛等编写的《ADS 高速电路信号完整性应用实例》一书已经得
到了很多读者的认可。但书中由于没有包含信号完整性和电源完整性的基础理论以及一些
基本的使用方法，又加之新版本的ADS 软件有一些关于信号完整性和电源完整性新的功能
推出，所以都促成了本书的成稿，这正好可以与之互补。
本书是一本面向需要使用ADS 进行信号完整性和电源完整性仿真工程师和学生的书。
本书结合笔者多年的硬件设计和信号完整性仿真及测试的实际工作经验进行编写。全书内
容一共分为了13 章，主要是以ADS 软件为依托，结合信号完整性和电源完整性的基础理
论以及实际的案例，完整地介绍了使用ADS 进行信号完整性以及电源完整性仿真的流程和
方法，最终都以实际的案例呈现给读者，包括了信号完整性和电源完整性的基本概念、ADS
软件基本架构以及简单使用、PCB 材料及层叠设计、IBIS 模型、SPICE 模型以及S 参数的
应用、阻抗端接匹配仿真、串扰仿真，以及使用专门的工具进行阻抗、过孔、DDR4、高速
串行通道、PCB 信号以及电源完整性仿真分析等。本书内容翔实，实用性强。
第1 章主要介绍了信号完整性和电源完整性的基本概念，只有了解了相关的基本概念
之后，才会理解后面介绍到的内容。第2 章介绍了ADS 的基本概念和框架以及简要介绍了
ADS 各个相关模块的使用。第3 章介绍了PCB 材料、层叠设计以及PCB 材料对信号完整
性的影响，主要介绍了CILD 的基本应用以及如何进行传输线阻抗的计算。第4 章介绍了主
要介绍传输线、PCB 主要的传输线类型、ADS 中各种传输线模型库以及模型库中的元件；
介绍了与传输线相关的理想传输线、有损传输线与信号完整性的关系；着重介绍了阻抗、
阻抗匹配与反射和端接等内容。第5 章主要介绍了过孔结构、仿真以及过孔设计的注意事
项，详细介绍了Via designer 的使用，包括过孔仿真、多个变量的扫描、仿真结果的输出、
仿真模型在ADS 和EMPro 中的应用等。第6 章主要介绍了串扰的基本概念以及影响串扰大
小的一些因素。通过对这些因素的研究和分析，不仅获得了一些结论，还通过对这些参数
的仿真，介绍了如何在ADS 中新建工程、新建原理图、使用数据显示窗口，以及ADS 的
高级应用，如参数扫描仿真等。第7 章主要介绍S 参数的基本概念以及使用ADS 仿真传输
线的S 参数，使用ADS 级联多段S 参数、对S 参数的处理以及在ADS 中编辑无源链路的
规范，通过对比规范可以判断无源链路是否满足设计的要求。最后，详细介绍了如何把S
参数转换为时域阻抗。第8 章主要从基本的模型概念着手，介绍了IBIS 和SPICE 模型的应
用，同时介绍了在ADS 中如何产生宽带SPICE 模型和W-element 模型以及在ADS 中的应
用。第9 章以一个实际的总线为例介绍了ADS 前仿真，主要介绍了眼图以及眼图模板的概
念、如何设计ADS 的眼图模板以及调用、并针对HDMI 的设计和仿真做了详细的介绍。以
HDMI 为例介绍了如何阅读总线规范，并从规范中获得仿真和测试需要的电气参数并围绕规
范要求着重介绍了如何仿真HDMI 相应的参数。最后，介绍了HDMI 在设计时的注意事项。
第10 章主要介绍DDR 总线的基本概念以及DDR4 的电气规范，包括如何在ADS 中的仿真
ODT、地址、控制、命令、时钟以及数据和数据选通信号，ADS DDR bus 仿真器针对DDR4
眼图模板的仿真和在ADS 中如何进行SSN 仿真，最后介绍了DDR4 在设计中的注意事项。
第11 章主要介绍通道仿真、IBIS-AMI 模型、USB 总线及电气参数，详细介绍了通道仿真
中的逐比特模式和统计模式，并以USB 总线为例子详细介绍了两种类型的仿真，最后介绍
了在没有IBIS-AMI 模型时的通道仿真方法和带串扰通道的仿真流程。第12 章主要介绍PCB
仿真的基本流程以及信号完整性的后仿真，详细介绍如何导入PCB 文件、编辑PCB 文件、
SIPro 使用，包括如何提取传输线模型、获取仿真的结果和模型、仿真后对数据的处理以及
对导出模型的使用。第13 章主要介绍了电源完整性基础知识以及相关的仿真，从原理方案
设计到电源系统的仿真，具体包含了电源完整性的基本概念、PDN 的组成部分、目标阻抗
的计算、电源完整性直流仿真、电热联合仿真和电源完整性交流仿真以及自动优化。
特此说明，本书所有的工程案例仿真都是基于ADS 2017 版本进行仿真和编写的，读者
如果使用的版本不同可能会有部分功能不同。另外书中使用的电路图考虑到美国软件的要
求，所以不宜改为国标，且考虑到软件界面的使用习惯，书中英文内容采用正体格式。
从本书的构思到完成，花了1 年多的时间。在写作本书的过程获得了很多人的帮助，
包括我的领导、同事、老师、朋友和家人，感谢他们提供的写作素材、仿真模型、材料以
及其他的帮助。特别感谢陈崇涛和张涛两位领导的帮助，在本书的写作过程他们给了很多
建议和帮助，在完稿之后帮忙审稿也花费了很多时间和精力；感谢西安电子科技大学的李
玉山教授、华为技术专家杨丹先生、华为技术专家莫道春先生、《硬件十万个为什么》的创
始人朱晓明先生、是德科技数字测试市场经理杜吉伟先生给本书作序、写推荐语，在学习
和工作中他们都有给我很多的帮助；特别感谢本书的编辑柴东老师以及其他不知道名字的
老师，在本书的出版过程中鼎力相助，使本书能这么快的送到读者的面前。
最后，要特别感谢我的家人，尤其是对有两个小天使的父亲，利用业余时间写书，简
直就是一种奢侈，但有了他们的理解、照料和奉献，使我安心地完成本书的写作。
要感谢的人很多，无法在此一一列举，在此一并对大家道一声：感谢！
由于时间和篇幅的原因并没有把所有使用ADS 进行信号完整性和电源完整性相关的内
容都编写在本书中。另外，本书中难免会存在错误或者理解不到位的点，如有发现，请读
者朋友们指正。相关问题可发送邮件至sipiemc@foxmail.com，或者添加本人的微信号
sipiemc。也可以在“信号完整性”公众号下方留言，公众号的微信号是：SI_PI_EMC。
为便于读者阅读和学习，特提供部分模型和工程文件，所有的模型和工程文件不能用
于商业目的。获取方式添加作者微信号，我会定期处理。
蒋修国
2019 年2 月16 日于深圳
