具备完整的高速信号仿真的重要性

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仅看近 30 年的发展，以 PC为代表的行业几度繁荣而后归于平静，从最早的百兆级处理器速度倍频直到今天的几个 GHz 级别，总线位宽从 16 位扩展到今天的 64 位，以 Intel 为首的行业龙头公司将CPU的处理能力整整提升了成百上千倍。

在总线宽度和处理器速度达到瓶颈后的近 10 年里，整个行业将突破的战场放在了高速接口上，外部串行高速接口的速率从 Gbps 迅速飞升到几十个 Gbps，为了实现更高的吞吐量，还采用了复杂的高阶调制和增加链路宽度的办法。

这一切简直是以“迅雷不及掩耳盗铃之势”汹涌而至，作为“攻城狮”的你做好准备了么？

所谓“重剑无锋，大巧不工”，在这些纷繁复杂的技术背后，信号完整性一直是整个高速数字系统设计成败的关键，也是“攻城狮”毕生的修行。而借助仿真工具进行信号完整性的分析和预测，并通过准确有效的测试测量工具进行验证和调试已经是公认的重要设计验证手段。

然而如何在高速链路的设计验证中有哪些新利器以及如何选用合适的工具？如何在设计仿真阶段综合考虑真实链路情况规避各种陷阱？如何针对传输链路进行准确的评估以寻求最佳的性能和成本比？如何对系统级产品最终性能做出准确的评估？如何对时钟抖动进行准确的评估以便为系统留出足够的裕量……

这将是“攻城狮”们需要去面对和考虑的 ...

为什么说具备完整的高速信号仿真知识现在非常重要？

行业需求大

随着中美贸易战的加剧，我国在制造 2025 中加大芯片设计制造的力度。现在众多的企业都开始转向苦练内功，以提升核心竞争力。相关 IC集成电路和高速信号互联的人才需求是首当其冲的问题，围绕国家所需，急需培养专业化所需要人才，构建人才产业核心优势。

人才薪资高

仿真分析工程师目前的平均起薪已达到 15k＋，且呈现出逐年增长的趋势。北京、深圳、上海、杭州等城市人才需求最旺盛。

我们都知道接地，滤波和屏蔽是解决高速电路设计很多问题的“三大法宝”；但同时，数据速度传输效率越来越高，供电电压越来越低，电路板密度越来高，这些变化会导致以往的经验不能够完全解决我们遇到的各种信号问题或者甚至是错误结论。作为电子工程师，对高速电路信号完整性问题是否能有准确的理性量化分析？这种做定量化的分析专业仿真工具到底如何准确使用？

要想做好信号完整性分析设计，又需要掌握哪些必备技能呢？

第一：基础理论。

这一点是必须要掌握的，那到底学习 SI 知识，有没有捷径呢？由于 SI 知识涉及的范围比较广，不同的产品涉及的内容不同；不同的产品需要覆盖的知识面不同，相应的 SI 设计方法就不同。全面掌握 SI 需要花费大量的时间和精力，面对更深层次的问题，对于基础知识要求会比较高。

所以，我们可以选择掌握某类产品，选择其中的一部分学习，这一部分是和你的工作息息相关的。快速掌握到解决 90%问题的知识，尽快具备 SI 设计能力。比如下图：

这张图中大部分走线速率 100-200M，不是很高。它的拓扑结构有点对点的，有一点对多点的，做 SI 设计时，所涉及的信号完整性分析也不多，把最基本的掌握后，这些问题 90%就能解决了。

对于时钟信号来说，有一类是普通时钟。这类信号在布线中，要求不是很严格。还有一类时钟信号，分析起来会相对复杂。有一些复杂的系统，会有一些专门的时钟模块，走线时要求会比较高，就会涉及到信号质量的问题。

如何判断信号质量的好坏，不同的电路，不同的信号要求不一样。对于高速同步电路。比如说 DDR 的存储电路来说，除了要掌握基本的 SI 理论，还需要掌握时序这方面的知识。对于高速串行互联来说，５G，１０G，１２.５G，２５G，２８G，像这一类的高速互联信号，它对于 SI 的基础理论要求会比较严格。几乎所有的 SI 基础知识都需要了解，才能把高速串行互联设计好，这样在设计中，所存在的风险才会低一些。

第二：工具软件。

要学会使用仿真软件，以及测试的仪器，仪表的使用也要学会。学习软件是比较容易的，可以不必要浪费太多时间。学习基本操作后，可在实际应用中进一步熟练。

仿真软件比较多；要选择适合自己的软件；不同的软件侧重点不同，选择适合自己的软件可以提高自己的工作效率。而 cadence 收购并整合了 Pspice 的功能，涵盖了电子设计的整个流程，包括系统级设计，功能验证，IC 综合及布局布线，模拟、混合信号及射频 IC 设计，全定制集成电路设计，IC 物理验证，PCB 设计和硬件仿真建模等。Cadence 是对复杂 EDA 设计的首选。

第三：项目实操，将理论与软件应用到实际项目中反复验证

这一步难住了很多工程师，成为比较关键的一道坎。仿真和设计方法基于基础理论，但具体如何操作，这里面涉及到经验的积累，这也与基础理论掌握是否扎实有关。是否能融会贯通，举一反三。另外观摩别人设计过程，可以避免走弯路。

有些工程师说，我基础知识也掌握了，仿真软件也会用了，仿真时也能出波形。但是一到实际应用中，却无从下手。这要怎么办呢？

项目实操，将理论与软件应用到实际项目中反复验证

仿真设计方法需要很多工程经验积累，也需要基础知识积累。这方面在书本中是很难学到的。如果想走捷径的话，就需要有经验的人去带你，去观摩他做设计（过程和方法），学习经验、学习如何何考虑问题、如何解决问题、如何分析问题；以及需要不断的项目实操，将理论与软件应用到实际项目中反复验证。

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