Cadence高速PCB设计

随着网络的普及和人们沟通效率的提高，手机已经成为人们日常生活、户外出行的工具。在地铁、汽车、餐厅到处可以见到大家通过手机聊微信、打电话、上网的场景，人们对手机的依赖性增强，同时也促使手机的设计水平不断地提高。
近些年来，EDA在国内发展得很快，人才的需求也越来越大，特别是随着5G的普及，高密高阶板设计的EDA工程师严重缺乏，已经出现了EDA工程师薪资高于硬件工程师的趋势。一个优秀的EDA工程师需要有全面的知识结构，不仅要了解电子方面自身工作需要的知识，还要有机械安装、机械制图、线路板生产、贴片、测试以及软件方面的知识储备，属于多知识面结合的复合型人才。EDA设计是实践性很强的工作，EDA工程师*重要的是在设计规则中积累经验。为了提高学习的实用性效率，本书按照EDA工程师具体的工作流程安排章节，避免了菜单式的讲解。
本书分为两篇，开发基础篇（第1~9章）详细介绍Cadence Allegro软件的使用及手机线路板的重要组成部分，从手机的硬件框架和机构器件开始，引入手机线路板设计； 实战操作篇（第10~13章）介绍一个手机线路板设计的案例供读者学习，并讲解EDA工程师如何处理生产中遇到的问题等。
在开发基础篇，第1章介绍手机的基本组成及常用的硬件模块、传感器、结构组件。第2章介绍线路板和EDA的基础知识，让读者更快进入实践学习中。第3章详细讲解OrCAD的使用方法，包括元器件库管理、原理图放置Part、原理图编辑和工程文件管理、输出方法。第4章是本书的重点，系统讲述Allegro的使用方法，包括PCB元器件库管理、Padstack建立和新建各种 Package的方法，PCB的详细操作、Rule的设置和走线操作等。第1~4章为基础知识，从第5章开始有视频讲解，扫描书中二维码即可观看。第5章介绍五大系统中*重要和庞大的射频系统，随着进入5G时代，射频系统的规模也会更加庞大。第6章讲解手机系统中电源树、电源分布、走线和通孔的通流能力以及走线的3种方式，一个好的电源系统是手机系统运行的基础保障。第7章介绍手机系统中常用的MIC、Speaker、Receiver、Audio Jack和Audio PA电路。第8章介绍手机系统中常用实时时钟和逻辑电路主时钟两大时钟系统。第9章讲解手机MIPI系统的作用、常用的驱动设备和手机中MIPI接口的分配。
在实战操作篇，第10章介绍高通SDM439平台五大系统硬件模块的原理图部分、PCB摆件和走线，以及信号层的规划、走线优先级和走线优化。第11章逐步介绍如何制作设计文件、制板文件和生产文件，讲解制板文件和生产文件的作用和包含的文件信息。第12章介绍如何进行工程确认文件的反馈，试产报告问题的分析和解决方法。第13章讲解信号完整性仿真和电源完整性仿真的概念和如何提交、分析仿真报告，以及EDA工程师如何根据仿真报告来调整走线。
本书由上海卫红实业有限公司易元互连工作室和深圳EDA设计智汇馆的工程师历时一年编写而成，感谢小伙伴的努力付出，上海卫红实业有限公司易元互连工作室长期从事手机高密板的培训工作，鉴于市场上缺乏可用的培训教材，于是将平时培训的资料归纳总结起来出版。单亚威和李凯负责资料图片和专业术语的收集，张彬负责实战部分的编写和视频录制，EDA设计智汇馆创始人林超文先生在章节的规划和后期的修改中做了大量的工作。感谢清华大学出版社的赵佳霓编辑，在编写的过程中给了我们专业的写作指导，使本书能顺利出版。

虽然笔者根据广大EDA同仁提供的建议进行了多次修改，但书中难免存在错漏，恳请广大读者给予批评和指正。

编者
2021年1月

本书系统讲述如何使用Cadence Allegro软件设计高阶手机线路板，从Allegro的使用方法开始，逐步深入讲解手机的硬件架构和设计。 本书分为两篇，开发基础篇（第1~9章）详细介绍Cadence Allergo软件的使用及手机线路板的重要组成部分，包括元件库管理、Padstack建立及PCB的详细操作，从手机的硬件框架和机构器件开始，引入手机线路板设计；实战操作篇（第10~13章）逐步讲解一个手机线路板设计的实战案例，以及EDA工程师如何处理生产中遇到的问题，如何根据仿真报告来调整走线等，助力读者快速上手PCB设计。 本书面向PCB设计的初学者，对手机线路板设计感兴趣的各类工程技术人员，也可作为相关培训机构的参考用书。

开发基础篇

第1章概述

1.1手机组成介绍

1.1.1功能机

1.1.2智能机

1.1.3手机的电子料和结构料

1.2手机硬件功能介绍

1.2.14G通信模块

1.2.2蓝牙(BT)功能

1.2.3指纹功能

1.2.4定位系统

1.2.5WiFi介绍

1.2.6NFC介绍

1.2.7FM介绍

1.2.8红外(IR)介绍

1.2.9无线充电介绍

1.3各种传感器介绍

1.3.1磁场传感器(Msensor)

1.3.2重力加速度传感器(Gsensor)

1.3.3陀螺仪传感器(Gyrosensor)

1.3.4距离传感器(Dsensor)

1.3.5光线传感器(Lsensor)

1.3.6气压传感器(Psensor)

1.3.7温度传感器(Tsensor)

1.3.8霍尔开关(Hall Switch)

1.4其他结构件介绍

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模组(LCM) 

1.4.5摄像头(Camera) 

1.4.6按键(Key) 

1.4.7数据接口(USB)

1.4.8扬声器(Speaker)

1.4.9话筒(MIC)

1.4.10发动机(MOT)

1.4.11听筒(REC)

1.4.12音频接口(Audio Jack)

1.5小结

1.6习题

第2章手机平台发展及EDA介绍

2.1手机网络介绍

2.1.11G时代——频分多址(FDMA)

2.1.22G时代——时分多址(TDMA)

2.1.33G时代——码分多址(CDMA)

2.1.44G时代——增强LTE(LTEA) 

2.1.55G时代——新空口(NR)

2.2手机芯片主要厂家介绍

2.2.1华为

2.2.2MTK

2.2.3高通

2.2.4苹果

2.2.5三星

2.2.6展讯

2.3EDA介绍

2.3.1初识线路板

2.3.2高阶板(HDI)介绍

2.3.3EDA简介

2.3.4设计软件介绍

2.3.5安装Cadence 16.6设计环境

2.4小结

2.5习题

第3章OrCAD使用介绍

3.1工程的建立和设置

3.1.1创建项目

3.1.2设置颜色和参数

3.1.3工程管理器使用

3.1.4新建页面

3.1.5复制其他项目页面

3.1.6删除页面

3.2元器件库管理

3.2.1创建元器件库

3.2.2添加和删除元器件库

3.2.3创建Part

3.2.4创建异形Part

3.2.5Part属性管理

3.2.6创建分裂元器件

3.2.7Part的复制和删除

3.3原理图编辑

3.3.1页面重命名

3.3.2放置Part

3.3.3同页面建立互连

3.3.4不同页面建立互连

3.3.5总线的使用和命名

3.3.6放置地和电源

3.3.7Part的更新

3.3.8添加文本(Text)

3.3.9添加图形(Picture)

3.3.10批量更改Footprint的名字

3.4工程预览

3.4.1查询元器件位号

3.4.2查询网络

3.4.3其他查询

3.4.4统计引脚数量

3.5原理图输出

3.5.1DRC检查

3.5.2输出Netlist文件

3.5.3输出PDF文件

3.5.4输出元器件清单(BOM)

3.6小结

3.7习题

第4章Allegro 16.6使用介绍

4.1项目的建立和设置

4.1.1创建一个项目

4.1.2项目文件命名规则

4.1.3快捷键介绍

4.2PCB元器件库管理

4.2.1设置元器件库路径

4.2.2创建Padstack和命名规则

4.2.3创建Package symbol

4.2.4创建异形Shape symbol

4.2.5创建异形Package symbol

4.2.6新建Mechanical symbol

4.2.7建库向导

4.2.8其他 Symbol

4.2.9PCB库文件导出

4.3PCB文件操作

4.3.1工作界面介绍

4.3.2各种文件的扩展名介绍

4.3.3各层包含内容介绍

4.3.4图层添加和删除

4.3.5Move功能介绍

4.3.6Mirror功能介绍

4.3.7Change功能介绍

4.3.8其他Edit功能介绍

4.3.9导入结构图

4.3.10设置板层

4.3.11创建板框(Outline)

4.3.12创建元器件放置区(Package Keepin)

4.3.13创建允许走线区(Route Keepin)

4.3.14创建禁止走线区(Route Keepout)

4.3.15添加线(Line)

4.3.16添加文本(Text)

4.3.17查看属性

4.3.18查看间距

4.3.19导入原理图

4.4元器件布局(Placement)

4.4.1快速摆放元器件(Quickplace)

4.4.2手动摆放元器件(Manually)

4.4.3交换位置(Swap)

4.4.4布局规则介绍

4.4.5元器件移动(Move)

4.4.6元器件镜像(Mirror)

4.4.7设置Group

4.4.8鼠线(Rats)操作

4.4.9高亮(Highlight)功能

4.4.10去除高亮(Dehighlight)功能

4.4.11元器件锁定(Fix)

4.4.12元器件解锁(Unfix)

4.4.13元器件封装更新

4.4.14导出2D和3D文件

4.5走线规则(Router Rule)设置

4.5.1添加过孔(Via)

4.5.2设置线宽(Physical)

4.5.3设置线距(Spacing)

4.5.4设置区域规则(Region)

4.5.5建立Bus Class

4.5.6建立Pin Pair

4.5.7建立差分走线(Differential Pair)

4.5.8规则的输入和输出

4.5.9Tech文件

4.6走线(Router)介绍

4.6.1手动走线

4.6.2差分走线

4.6.3过孔编辑

4.6.4Slide功能介绍

4.6.5Delete功能介绍

4.6.6复用走线(SubDrawing)功能

4.6.7创建铜箔(Shape)

4.6.8Shape优先级设置

4.6.9合并Shape

4.6.10避空(Void)Shape

4.6.11Shape边界(Boundry)修改

4.6.12去除孤岛(Island)Shape

4.7走线检查

4.7.1DB Doctor使用

4.7.2DRC(Short)检查

4.7.3元器件完全放置

4.7.4连线(Open)检查

4.7.5丝印检查

4.7.6定位基准点(Fiducial或Mark)放置

4.7.7漏铜(Soldermask)处理

4.8资料输出

4.8.1Artwork设置

4.8.2输出钻孔(Drill)文件

4.8.3用CAM350检查Gerber文件

4.9小结

4.10习题

第5章射频(RF)部分

5.1射频的摆件

5.1.1屏蔽罩的介绍

5.1.2π形电路摆件

5.1.3收发器的摆件

5.1.42G射频功放摆件

5.1.54G射频功放摆件

5.1.6RF天线摆件

5.1.7四合一芯片摆件

5.1.8NFC摆件

5.2走线规则

5.2.1微带线

5.2.2IQ线

5.2.3电源线

5.2.4GND处理

5.3小结

5.4习题

第6章电源部分

6.1电源树介绍

6.1.1电源的种类及电压

6.1.2DCDC

6.1.3LDO

6.1.4PMU

6.1.5PMI

6.1.6电压采样电路

6.1.7USB充电电路

6.2重要电源

6.2.13个核心电源

6.2.2电池电源VBAT

6.2.3SIM卡电源VSIM

6.2.4SD卡电源 VMCH

6.2.5发动机电源VIBR

6.2.6摄像头电源VCAM

6.3电源元器件摆放

6.3.1电容摆放

6.3.2电感摆放

6.3.3隔离和靠近

6.4电源走线

6.4.1线宽的通流能力

6.4.2通孔的通流能力

6.4.3旁路电容和TVS管

6.4.4菊花链布线

6.4.5星形布线

6.4.6总分布线

6.4.7与敏感线隔离

6.5小结

6.6习题

第7章音频部分介绍

7.1音频的组成介绍

7.2话筒电路

7.2.1摆件规则

7.2.2走线规则

7.3Speaker电路

7.3.1摆件规则

7.3.2走线规则

7.4Audio PA电路

7.4.1摆件规则

7.4.2走线规则

7.5Receiver电路

7.5.1摆件规则

7.5.2走线规则

7.6Audio Jack电路

7.6.1FM天线

7.6.2Audio Jack接口

7.7小结

7.8习题

第8章时钟介绍

8.1实时时钟

8.2逻辑电路主时钟

8.2.1逻辑电路主时钟的作用

8.2.2电路的摆放

8.3其他时钟

8.4走线要求

8.5小结

8.6习题

第9章MIPI系统介绍

9.1MIPI接口介绍

9.1.1MIPI的用途

9.1.2MIPI的定义

9.1.3元器件摆件

9.2MIPI设备介绍

9.2.1前摄像头

9.2.2后摄像头

9.2.3辅摄像头

9.2.4高清屏

9.3MIPI走线介绍

9.4小结 

9.5习题

实战操作篇

第10章高通SDM439

10.1高通SDM439介绍(原理图部分)

10.1.1电源系统

10.1.2时钟系统 

10.1.3射频系统 

10.1.4音频系统 

10.1.5MIPI系统 

10.2元器件摆放

10.2.1导入原理图

10.2.2TOP面摆件

10.2.3BOTTOM面摆件

10.2.4导出2D和3D图

10.3走线介绍

10.3.1信号层规划

10.3.2DDR线复用

10.3.3走线的优先级

10.3.4重要线处理

10.3.5检查连通性

10.4小结

10.5习题

第11章整理资料

11.1设计文件

11.2制板文件

11.2.1阻抗文件

11.2.2制板说明

11.2.3拼板文件

11.2.4GERBER文件

11.2.5IPC文件

11.2.6ODB文件

11.3生产文件

11.3.1钢网文件

11.3.2夹具文件

11.3.3位号文件

11.3.4坐标文件

11.4FPC制板文件

11.4.1BOM文件

11.4.2加工文件

11.5小结

11.6习题

第12章生产问题处理

12.1工程确认

12.1.1板材确认

12.1.2叠层确认

12.1.3阻抗线确认

12.1.4绿油桥确认

12.1.5塞孔确认

12.1.6其他

12.2试产报告

12.2.1焊盘与实物不符

12.2.2元器件包装方式

12.2.3元器件干涉

12.2.4炉温曲线

12.3小结

12.4习题

第13章信号完整性仿真和电源完整性仿真

13.1信号完整性

13.1.1信号完整性仿真文件提交

13.1.2信号完整性仿真报告分析

13.1.3根据信号完整性报告进行相应的优化

13.2电源完整性

13.2.1电源完整性仿真文件提交

13.2.2电源完整性报告分析

13.2.3根据电源完整性报告优化PCB设计

13.3小结 

13.4习题

附录A电子技术专业术语

附录B常用PCB封装术语

EDA在国内发展的很快，人才的需求也越来越大，特别是随着5G的普及，高密高阶板设计的EDA工程师严重缺乏，已经出现了EDA工程师薪资高于硬件工程师的趋势。EDA设计是实践性很强的工作，EDA工程师重要的是在设计规则中的经验积累。为了提高学习的实用性效率，本书按照EDA工程师具体的工作流程来安排章节，避免了菜单的式讲解，内容翔实。