我大部分的職業(yè)生涯都是在電子行業(yè)的各種崗位上度過的，最近20年一直從事與印制電路板設(shè)計(jì)有關(guān)的工作，這令我感到非常開心，通過寫文章和研討會(huì)報(bào)告，也結(jié)識(shí)了許多業(yè)內(nèi)人士。我很幸運(yùn)地受邀參與全球各地的研討會(huì)。同行們對(duì)我也一直很好。
　　優(yōu)秀的PCB設(shè)計(jì)人員是具有出色圖形認(rèn)知能力的藝術(shù)家。這么多年后，我依然驚奇于設(shè)計(jì)師觀看計(jì)算機(jī)屏幕、抓取走線的始端，然后布放走線、通過眾多的等效屏幕使其到達(dá)線網(wǎng)的另一端的才能，并且他們總是能精確地知道自己在哪兒。完成后的電路板看上去美極了，幾乎就是一件藝術(shù)品。這個(gè)工作有時(shí)被貶低為“點(diǎn)的連接而已”，但其實(shí)它遠(yuǎn)不止如此。
　　最近20年來，PCB設(shè)計(jì)人員不得不面對(duì)另一類需求。電路板已經(jīng)開始像一個(gè)具有電阻、電容和電感的組件，而不僅僅是一個(gè)互連平臺(tái)。因此PCB設(shè)計(jì)者需要對(duì)電子元器件和電流有所了解—不需要很多，不必成為工程師，但確實(shí)應(yīng)該知道工程師所知道的很多知識(shí)。
　　在學(xué)術(shù)訪問期間觸動(dòng)我的是，即使PCB設(shè)計(jì)師能夠處理很復(fù)雜的電路和要求，他們也很少有人受過正規(guī)的電子學(xué)訓(xùn)練，因此即使走線的阻抗匹配很重要，他們中的很多人也不知道阻抗的含義。他們必須關(guān)心串?dāng)_和EMI問題，但卻不知道這些是什么或是怎么發(fā)生的，當(dāng)然還有地彈現(xiàn)象。
　　在UP傳媒集團(tuán)Pete Waddell的支持下，我在20世紀(jì)90年代早期的好幾個(gè)PCB設(shè)計(jì)展會(huì)上開辦了基礎(chǔ)電子學(xué)方面的研討會(huì)。Prentice Hall在2003年出版了我關(guān)于PCB設(shè)計(jì)的著作Signal Integrity Issues and Printed Circuit Board Design，希望這能對(duì)很多設(shè)計(jì)人員提供有用的幫助。雖然我對(duì)這些成就感到滿意，但總覺得它不像預(yù)想中那么突出。
　　這種感覺促使我編寫了當(dāng)前這本書。
　　主題本書的主題是電流：它是什么，它怎么流動(dòng)，以及它如何起作用。每一章在特定的條件下討論了電流的特定性質(zhì)。
　　結(jié)構(gòu)安排本書分為四部分：
　　第一部分　電流的性質(zhì)第二部分　基本電路中電流的流動(dòng)第三部分　電壓源和電流源第四部分　電路板上的電流電子學(xué)的基本粒子是電子，該領(lǐng)域稱為電子學(xué)不是偶然的。宇宙中所有元素都由質(zhì)子、中子和電子構(gòu)成。質(zhì)子帶正電荷，電子帶負(fù)電荷�；�本粒子（事實(shí)上是整個(gè)宇宙）是“電荷中性的”，我的意思是，質(zhì)子和電子的數(shù)量幾乎到處相等。
　　如果電子不移動(dòng)，那什么也不會(huì)發(fā)生。我們可以有由電荷的定域差引起的靜電場(chǎng)，這些電荷場(chǎng)很重要。但是，直到電子開始在這些場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)，游戲才開始真正有趣。當(dāng)電子移動(dòng)時(shí)，根據(jù)定義我們就有了電流，這是電子學(xué)的一切所在。
　　第一部分包括電流的基本性質(zhì)。第1章介紹電流（電子流）的基本定義。具體而言，1A電流是1s內(nèi)通過一個(gè)表面的6.25×1018個(gè)電子的流量。第2章介紹了幾個(gè)電流概念，從頻率和波形到傳播速度再到電流的測(cè)量，以及如何進(jìn)行這些測(cè)量。第3章介紹五個(gè)基本的電流定律。
　　電流在回路中流動(dòng)。
　　回路中的電流處處恒定。
　　歐姆定律（電流、電壓和阻抗間的關(guān)系）。
　　基爾霍夫第一定律（進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的電流等于流出節(jié)點(diǎn)的電流）。
　　基爾霍夫第二定律（回路電壓之和為0）。
　　重要的是要認(rèn)識(shí)到，即使需要求解最復(fù)雜的電路，從概念上說，上述這些就是所需要的一切。AC（交流）和電抗的引入增加了電路的復(fù)雜性，但從概念上說，增加得并不多。簡(jiǎn)單地將一個(gè)電路拆為n個(gè)獨(dú)立的回路，用基爾霍夫和歐姆定律建立一個(gè)聯(lián)立方程組，再使用矩陣代數(shù)求解。從概念上說，這很直觀（說起來容易），電子與電氣工程（EE）專業(yè)的典型課程包含了很多這方面的教材。EE課程體系的其他課程包括了如何實(shí)際求解那些電路問題和計(jì)算的技術(shù)。
　　第二部分包括各種電路概念，從電阻電路開始，接著是電抗電路（電容和電感），然后是阻抗（將所有這些元件組合在一起時(shí)所發(fā)生的）。其余章節(jié)包括時(shí)間常數(shù)、變壓器、差分電流和半導(dǎo)體等內(nèi)容。
　　重要的是注意到，實(shí)際上我們面對(duì)的僅有三種無源元件：電阻、電容和電感。從真正意義上講，這些元件占據(jù)了頻譜的特殊位置。電容在一端（當(dāng)頻率趨向無窮大時(shí)，阻抗趨于0，電壓相移趨于–90°），電感在另一端（當(dāng)頻率趨向無窮大時(shí)，阻抗趨于無窮大，相移趨于+90°）。電阻占據(jù)兩者之間的特殊位置（阻抗與頻率無關(guān)，相移為0）。這三個(gè)事實(shí)放之四海皆準(zhǔn)，永遠(yuǎn)不會(huì)改變。
　　第三部分包括電壓源和電流源。如果我們想得到電流（即電子流），那么需要知道電子從哪里來以及如何迫使它們移動(dòng)。
　　第四部分處理由印制電路板引入的特定問題。大多數(shù)（應(yīng)該承認(rèn)不是全部）電子系統(tǒng)里面都有電路板。如果頻率足夠高（或者如我指出的，真正的問題是如果上升時(shí)間足夠快），或者電流足夠大，電路板將會(huì)出現(xiàn)哪些需要處理的特殊問題。
　　各章節(jié)包括了像電流和走線溫度、傳輸線和反射、耦合電流/EMI/串?dāng)_）、電流分布、趨膚效應(yīng)、介質(zhì)損耗以及過孔等內(nèi)容。
　　最后要說的是，最后一章處理了由電流引起的信號(hào)完整性問題。在我的職業(yè)生涯中，關(guān)于電路板信號(hào)完整性問題在電子行業(yè)的發(fā)展中經(jīng)歷了四個(gè)階段。第一個(gè)階段微不足道，沒有任何問題；第二個(gè)階段主要涉及電路板自身電感引起的問題；第三個(gè)階段涉及高頻引起的視在電阻的變化（即趨膚效應(yīng)或介質(zhì)損耗），這些不是真正的電阻改變，但它們的表現(xiàn)就像是電阻變化了；第四個(gè)階段發(fā)生于諧波頻率非常高以及波長(zhǎng)非常短的情況下，以致在如此短的物理距離內(nèi)極難求解。第22章介紹了處理這些問題的各種設(shè)計(jì)方法。
　　本書還有三個(gè)附錄：附錄A涉及麥克斯韋方程組和位移電流的概念；附錄B介紹并給出了眼圖的簡(jiǎn)要解釋；附錄C更多的是個(gè)人筆記。在我的職業(yè)生涯中，我多次聽說過關(guān)于PCB消亡的預(yù)測(cè)，但每一次他們都錯(cuò)了，且總是由于相同的原因，附錄C給出了我的觀點(diǎn)并解釋了理由。
　　但當(dāng)你認(rèn)識(shí)到當(dāng)今幾乎所有的電子元器件都是在電路板上互連的，我相信讀者面看起來就不會(huì)窄了。無疑，在電視機(jī)和計(jì)算機(jī)中有電路板，在報(bào)警器、灌溉控制、調(diào)光器、洗衣機(jī)和烘干機(jī)、冰箱、烤箱、定時(shí)器、時(shí)鐘，以及不計(jì)其數(shù)的其他產(chǎn)品中也有電路板，且誰又能數(shù)得清現(xiàn)代汽車中有多少塊電路板呢？讀者對(duì)象本書是針對(duì)PCB設(shè)計(jì)人員和可能成為PCB設(shè)計(jì)人員的人們編寫的。本書沒有嚴(yán)格的EE專業(yè)學(xué)位課程所要求的深度。然而，它對(duì)在其他學(xué)位課程中重視電子學(xué)簡(jiǎn)介的學(xué)生是有益的。這樣的課程可見于大學(xué)層次、貿(mào)易學(xué)校層次、社區(qū)學(xué)院或針對(duì)現(xiàn)在的設(shè)計(jì)人員以增加他們基礎(chǔ)知識(shí)的特定課程中。不管是什么原因，對(duì)當(dāng)初在學(xué)校里初次學(xué)到的知識(shí)已感覺“生疏”的工程師們而言，本書也是有益的。
　　本書有意以簡(jiǎn)單易懂的方式來寫作，將數(shù)學(xué)認(rèn)證最小化。電子學(xué)的性質(zhì)是電子的流動(dòng)，是隨時(shí)間變化的現(xiàn)象，按照定義，這涉及微積分的情形。我敢肯定EE專業(yè)的學(xué)生在受教育階段學(xué)到的微積分知識(shí)比他們?cè)�認(rèn)為的要更多。一些公式的使用是不可避免的，歐姆定律就是其中一個(gè)，但我試圖盡量少地使用公式，而僅使用本領(lǐng)域中我認(rèn)為最重要的那些。
　　致謝我已經(jīng)在PCB設(shè)計(jì)行業(yè)工作20多年了。在這段時(shí)間里，有很多人幫助、指引我成長(zhǎng)，因此我也希望尋求有助于該行業(yè)和從業(yè)人士成長(zhǎng)的方式。尤其是Pete Waddell先生鼓勵(lì)我先寫些文章，然后開辦研討會(huì)，并提供給我進(jìn)行這些工作的交通工具，本書正是起始于那個(gè)早期鼓勵(lì)的最終成果。
　　在此過程中，很多與我有關(guān)的人總是幫助和鼓勵(lì)我，我也從中學(xué)到了很多。他們涉及所有參與關(guān)于信號(hào)完整性問題研討會(huì)的人們，人數(shù)太多而難以統(tǒng)計(jì)和提及。
　　Dave Graves是我滿20年的合作伙伴，我很感激他這么多年來的支持和奉獻(xiàn)。我也經(jīng)常給他看我寫的文章和報(bào)告的草稿，我無法告訴你當(dāng)他的回應(yīng)是“不得要領(lǐng)！你在想說什么？”時(shí)，我曾經(jīng)從頭開始了多少次。由于他的評(píng)述和支持，一切都變得更好。由于我已經(jīng)退休了，我們也已經(jīng)在各走各的人生路，但我依然懷念那段友誼。
　　我也要感謝三家供應(yīng)商，他們這些年來對(duì)我的文章和研討會(huì)活動(dòng)提供了慷慨的支持。Mentor Graphics公司、HyperLynx公司（現(xiàn)在是Mentor的一部分）和Polar Instruments公司當(dāng)我需要軟件許可和技術(shù)支持時(shí)總是隨時(shí)給我提供幫助。我感謝他們?cè)谶M(jìn)行這些支持時(shí)沒有試圖通過任何方式對(duì)我施加任何控制。
　　我享受書稿的寫作過程，現(xiàn)在完稿了，我感慨良多，但有很多人是“真正地”對(duì)這個(gè)項(xiàng)目的最終完成感到高興，特別是我非技術(shù)背景的妻子，她覺得或許現(xiàn)在我可以真正退休了。
　　最后，我感謝來自Prentice Hall出版社的Bernard Goodwin先生的支持和鼓勵(lì)，這是他第二次幫助并指導(dǎo)我完成出版流程，我期望他和讀者一起來判定這一切都是值得的。