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| 編輯推薦： |
图书特点
专业：从理论上解释信号不完整、电源不完整以及电磁不兼容等问题产生的根源，提出实现信号完整性、电源完整性以及电磁兼容性的方法论。
系统：偏重工程应用，应能够帮助电子设计师全面掌握高速信号传输设计技术。
浅显：仅有很少的理论计算和公式推导，深入浅出地介绍高速信号传输相关技术中需要掌握的概念、理论和方法，大大降低了电子设计师掌握高速型号传输设计技术的门槛。
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| 內容簡介： |
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随着技术发展，电子设备研发过程中，必然涉及高速信息传输的问题，这个问题解决不好，信号就不能正确的传输，信号中包含的数据就会出错，电子设备就不能正常工作。 本书以类比的方式直观、感性地分析了信号完整性、电源完整性以及电磁兼容性的内涵和性质；以共房间讨论的多个小组类比电子设备群，解释电磁兼容性；以河道中的波浪类比电信号，描述信号完整性；以个人资金供给系统类比电源供电单元，阐述电源完整性。 本书可以帮助电子设计工程师系统地理解电磁兼容、信号完整性和电源完整性的概念和原理，以及工程实践中的电子元器件特性、信号传输及其回路、系统屏蔽和信号屏蔽等基本概念，深刻认识特征阻抗和地的意义，将电子产品的SI、PI和EMC等性能提升到一个合适的水平。
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| 關於作者： |
周拥军
西安交通大学计算机科学与应用专业学士
中国航空研究院计算机专业硕士
南京航空航天大学电子专业博士
长期从事航空电子产品研发和技术研究，多次获得国家科技成果奖，现为中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所首席信息官，研究员。
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| 目錄：
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第一篇 高速信号传输导论
第1章 高速信号传输工程化技术概论 2
1.1 高速信号传输工程化技术问题 2
1.1.1 高速信号传输工程化技术内容 2
1.1.2 高速信号传输的界定标准 3
1.2 高速信号传输的基础概念 4
1.2.1 电阻、电感和电容的概念 4
1.2.2 电阻器、电感器和电容器的概念 5
1.3 高速信号传输的信号完整性概述 6
1.3.1 信号传输线及信号回路 6
1.3.2 特征阻抗的概念 7
1.3.3 高速信号传输的反射现象 8
1.3.4 信号回路与地 10
1.3.5 信号类型及其特性 11
1.3.6 电缆传输线类型及其特性 12
1.3.7 PCB传输线类型及其特性 15
1.3.8 连接器传输线类型及其特性 18
1.3.9 信号完整性设计准则 20
1.4 高速信号传输的电源完整性概述 21
1.5 高速信号传输的电磁兼容性概述 22
1.5.1 电磁兼容与高速信号传输 23
1.5.2 系统级电磁屏蔽技术 24
1.5.3 信号级电磁屏蔽技术 25
1.5.4 电缆传输线类型及其屏蔽特性 25
1.5.5 PCB传输线类型及其屏蔽特性 27
1.5.6 连接器传输线类型及其屏蔽特性 29
1.5.7 电磁屏蔽与地 30
1.5.8 信号的电磁滤波技术 31
1.5.9 电磁兼容性设计准则概述 31
1.6 本章小结 32
第2章 高速信号传输技术的内涵 33
2.1 高速信号传输定义 34
2.1.1 信号传输的相关概念 34
2.1.2 数字信号的时域特性 36
2.1.3 数字信号的频域特性 36
2.1.4 电信号的传输速度 37
2.1.5 高速信号传输的界定 39
2.2 高速信号传输相关的三个方面 40
2.3 信号完整性的概念 41
2.3.1 信号完整性的定义 42
2.3.2 影响信号完整性的因素 42
2.3.3 信号完整性的意义 43
2.4 电源完整性的概念 44
2.4.1 电源完整性的定义 44
2.4.2 影响电源完整性的因素 45
2.4.3 电源完整性的意义 46
2.5 电磁兼容性的概念 46
2.5.1 电磁兼容性的定义 46
2.5.2 影响电磁不兼容性的因素 47
2.5.3 电磁兼容性的意义 48
2.6 高速信号传输的工程性 48
2.6.1 高速信号传输技术的复杂性 48
2.6.2 高速信号传输技术的简单性 50
2.7 本章小结 51
第2篇 高速信号传输技术基础
第3章 电阻、电感和电容 54
3.1 电阻特性 54
3.1.1 电阻的概念 55
3.1.2 电阻的物理意义 55
3.1.3 电阻的性质 56
3.2 电感特性 56
3.2.1 电感的概念 57
3.2.2 电感的物理意义 58
3.2.3 电感的性质 59
3.2.4 互感和环路电感 60
3.2.5 电感与趋肤效应 61
3.3 电容特性 62
3.3.1 电容的概念 63
3.3.2 电容的物理意义 64
3.3.3 电容的性质 64
3.4 本章小结 65
第4章 电阻器、电感器和电容器 67
4.1 现实世界中的电阻器 68
4.1.1 电阻器的种类和结构 68
4.1.2 电阻器的真实面目 69
4.1.3 电阻器的作用 70
4.2 现实世界中的电感器 71
4.2.1 电感器的种类和结构 71
4.2.2 电感器的真实面目 72
4.2.3 电感器的作用 73
4.2.4 电感器的技术指标 74
4.2.5 磁珠 75
4.3 现实世界中的电容器 76
4.3.1 电容器的种类和结构 77
4.3.2 电容器的真实面目 77
4.3.3 电容器的作用 78
4.3.4 电容器的技术指标 82
4.4 本章小结 83
第3篇 高速信号传输的信号完整性
第5章 信号传输线及特征阻抗 86
5.1 信号传输通道 87
5.1.1 电气连接 87
5.1.2 信号传输 89
5.1.3 信号环路 90
5.2 信号回路 91
5.2.1 直流分量的信号回路 92
5.2.2 交流分量的信号回路 94
5.3 信号传输速度 97
5.4 传输线及其特征阻抗 99
5.4.1 类比信号传输 100
5.4.2 单端信号传输线的特征阻抗 101
5.4.3 差分传输线的特征阻抗 104
5.4.4 特征阻抗的测量 105
5.5 特征阻抗的控制 106
5.5.1 信号的反射 106
5.5.2 控制瞬态阻抗 108
5.5.3 传输线的端接 109
5.6 电信号传输的极限 111
5.7 三个概念的关系 113
5.8 本章小结 113
第6章 常见的信号类型及其特性 114
6.1 模拟信号与数字信号 114
6.2 单端信号与差分信号 115
6.3 差分信号 116
6.4 高速信号传输类型 117
6.5 本章小结 117
第7章 电缆传输线及其特性 119
7.1 基本电缆传输线 119
7.1.1 单股电缆 120
7.1.2 单股屏蔽电缆 121
7.1.3 同轴电缆 122
7.1.4 三同轴电缆 123
7.1.5 双绞电缆 124
7.1.6 双绞屏蔽电缆 125
7.1.7 三绞屏蔽电缆 127
7.1.8 四绞屏蔽电缆 128
7.2 复杂的电缆传输线 129
7.2.1 网线 130
7.2.2 DVI传输电缆 132
7.3 电缆传输线设计思路 132
7.4 本章小结 133
第8章 PCB传输线及其特性 134
8.1 PCB传输线信号回路 134
8.2 PCB传输线的类型和特征 136
8.2.1 共面线 137
8.2.2 微带线 138
8.2.3 嵌入式微带线 139
8.2.4 带状线 140
8.2.5 双微带线 142
8.2.6 嵌入式双微带线 143
8.2.7 双带状线 143
8.3 层间变换的PCB传输线 145
8.4 PCB传输线设计思路 146
8.5 本章小结 147
第9章 连接器传输线及其特性 148
9.1 高速信号连接器 149
9.1.1 连接器基本性能指标 149
9.1.2 高速信号传输相关指标 150
9.2 连接器传输线类型 151
9.2.1 单端子 152
9.2.2 两同轴端子 152
9.2.3 三同轴端子 152
9.2.4 差分端子 153
9.2.5 两芯屏蔽端子 154
9.2.6 三芯屏蔽端子 154
9.2.7 四芯屏蔽端子 155
9.3 连接器传输线设计思路 156
9.4 本章小结 156
第10章 高速信号传输的信号完整性设计准则 157
第4篇 高速信号传输的电源完整性
第11章 电源供电系统及其特性 161
11.1 电源供电单元的特征 162
11.1.1 理想的电源供电单元 162
11.1.2 现实的电源供电单元 162
11.2 电源信号级次及其特性 166
11.3 电源信号类型及其特征 168
11.4 电源供电回路与地 168
11.5 本章小结 169
第12章 供电传输线及其特性 170
12.1 电缆供电传输线类型及其特性 170
12.2 PCB供电传输线类型及其特性 171
12.3 连接器供电传输线类型及其特性 172
12.4 供电中继电容器及其特性 172
12.5 本章小结 174
第13章 高速信号传输的电源完整性设计准则 175
13.1 供电电源信号 176
13.1.1 一次电源信号 176
13.1.2 二次电源信号 178
13.1.3 三次电源信号 179
13.2 电路板上的电源完整性 179
13.3 电源完整性设计准则 181
13.3.1 一次电源信号传输准则 181
13.3.2 二、三次电源信号传输准则 182
13.4 本章小结 183
第5篇 高速信号传输的电磁兼容性
第14章 正确认识电磁屏蔽 186
14.1 电磁屏蔽机理 187
14.2 系统级电磁屏蔽 188
14.3 信号级电磁屏蔽 189
14.4 电缆屏蔽层的实际作用 191
14.5 电缆传输线屏蔽特征 192
14.6 电磁兼容性设计准则 197
14.7 系统共地设计准则 198
14.8 本章小结 198
第15章 地的概念与作用 200
15.1 地的分类 200
15.1.1 大地 200
15.1.2 安全地 201
15.1.3 结构地 202
15.1.4 不正确的说法 203
15.2 信号回路共享 204
15.3 不同地的共地 205
15.4 本章小结 206
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| 內容試閱：
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从结绳记事、烽火示警、飞鸽传书到电报、电话、有线网，再到现在的卫星通信、5G通信，从传输抽象的符号、简洁的文字、有限的语音到实时高清影像，可以说人类的发展史，亦是一部信息传输技术的进化史。如今，我们生活在一个快速互联互通的时代全球有超过100亿台移动计算设备相互连接，并且每天都持续增加近百万台移动计算设备。小到手机、智能手表、冰箱、洗衣机、电视，大到汽车、高铁、飞机、空间站，以电或者部分以电作为信息媒介的设备无处不在。从实现简单控制主频MHz级的8位单片机、74系列的简单逻辑电路，到使用GHz多核CPU、GPU、千万门级可编程逻辑器件FPGA，为满足信息交互的需求，电子系统越来越复杂，传输和处理的信号频率也越来越高。随着物联网IoT以及万联网IoE的发展，海量、高速的数据存储、传输和处理需求，必将推进电子系统出现井喷式发展。
作为电子产品的使用者，相信很多人都听过如下言论：
① 手机要买品牌，不要，的质量太差，使用时老出问题，返修率高；
② 攒计算机主板要买品牌，虽然它贵点但比其他杂牌质量好，基本不会出什么问题；
③ 无线路由器要买品牌，国内知名大厂，质量和性能有保障；
同类型的产品，采用一样的核心芯片、元器件，一样的PCB ，甚至一样的外观尺寸，为什么不同品牌的电子产品留下的口碑差距这么大？
而作为电子系统的设计者，几乎每一位工程师都会遇到下述问题：
① 为什么我设计的模拟信号采集系统，采集的数值上下波动这么大噪声？
② 我设计的系统通信时误码率为什么这么高，经常导致链路中断阻抗、信号完整性？
③ 在实验室调试好的电子系统，怎么到了工程现场会出现这么多稀奇古怪的问题电磁干扰？
④ DC-DC模块电源、开关电源、分离电源器件、LDO，这么多电源，应该怎样选择电源完整性？
⑤ 本来工作很正常，我一摸机壳，系统就死机，这是怎么回事静电泄放通道？
⑥ 机壳地、电源地、信号地、数字地、模拟地，这些地之间有什么关系？一个复杂的电子系统中有很多板卡，板卡之间的地应该怎样连接共地处理？
这些问题如何解决？我们可以进行理论基础的学习。市面上关于高速信号传输的书籍很多，开篇就是麦克斯韦方程组、阻抗匹配、反射、振铃、地弹，理论依据很丰富，但太复杂、太深奥了，需要投入巨大的精力。还有一个选择，就是学习各种规范。相信很多电路设计工程师都接触过《公司硬件设计规范》等书籍，作为各大公司多年设计经验的总结，这些规范的价值毋庸置疑。规范告诉电子工程师设计时应该怎么做，至于为什么这么做，往往没有描述或者描述的过于简单。目前大量电子工程师也在按照这些规范进行设计工作，一旦系统出现一些稀奇古怪的问题，大部分人往往束手无策。
另外，对于电子产品设计者而言，设计什么样的产品才能算是一个优秀的产品？所有器件、线缆都选择最好的原材料？电子产品的功能越多越好？
而换作消费者的视角，在选择电子产品时，我们真正在意的是产品的可靠性、易用性、性价比等指标。
很多电子设计工程师在设计过程中往往重点关注产品的功能，在设计和调试时，完成功能调试往往就认为万事大吉了。想想有多少人在板卡和机箱上设计了万能的Reset按钮。有一次，笔者参加某重点项目，使用者直接说：能不能多提供好的产品给我们用？总是给我们地摊货！这些话着实令设计工程师汗颜。
为了回答上述问题，作者结合自己二十多年在电子产品设计领域的工作经验和教训，编写了《高速信号传输工程化技术概念与方法》。
《高速信号传输工程化技术概念与方法》第1篇为高速信号传输导论，从高速信号传输的概念入手，论述高速信号传输的正确性必然由三大支撑技术保证：信号完整性、电源完整性和电磁兼容性。以类比的方式直观而感性地分析信号完整性、电源完整性以及电磁兼容性的内涵和性质。
第2篇为高速信号传输技术基础，从物体所固有的电阻、电感和电容等特性为切入点，重新分析电阻、电感和电容的性质，以及它们对电流、电压和电磁场的作用，并给出一个对于信号完整性、电源完整性和电磁兼容性极其重要的结论：自然界的物体天生具有对电流、电压和电磁场的抵抗能力。然后，论述了电阻器、电感器和电容器与电阻、电感和电容特性的联系与区别，明确指出了现实中的电阻器、电感器和电容器不单单具有各自主要特性，还固有其他的特性，若忽略了其他特性，就无法理解信号不完整的真正原因。
第3篇为高速信号传输的信号完整性，阐释了信号、信号传输与信号传输线的概念和相关理论，强调了信号回路的重要性，信号传输线一定由信号路径、信号回路和两者之间的介质共同构成；给出了传输线中最著名的特征阻抗的概念和意义；论述了信号中的直流分量和交流分量，信号回路也存在直流分量的信号回路和交流分量的信号回路，以及它们各自的特点；给出了高速信号界定标准，分析了不同种类的电缆传输线及其特性，以及不同种类的PCB传输线及其特性；重要的是说明了一个道理，不同类型的传输线只适合于传输不同类型的电信号。当然，考虑到产品的制造成本和它的可制造性，信号传输线的选择未必是理论上的最佳方案，产品的信号完整性设计方案是相关理论要求与产品制造成本和可制造性的平衡结果。最后，给出了高速信号传输的信号完整性设计准则。
第4篇为高速信号传输的电源完整性，给出了设备一次、二次和三次电源信号的概念，把电源信号作为一个典型的电信号，分析了供电传输线、供电路径、供电回路以及电容器在供电系统的作用。对于电路板上的被供电电路，一个好的供电系统必须在供电传输线上合适的位置放置合适的电容器作为供电中继器。最后，给出了电源完整性设计准则。
第5篇为高速信号传输的电磁兼容性，重点讲述设备或系统级电磁屏蔽、信号级电磁屏蔽的概念、作用和设计原则，举例说明电缆屏蔽层在信号传输中的真正作用。这里要提醒设计工程师，电缆的屏蔽层不一定是电磁屏蔽体，极有可能是信号传输线之信号回路。最后，讨论了不同种类的地的含义、信号回路与地的关系、信号回路共享原则、共地的原则，从概念上消除对地的概念存在的误解。
《高速信号传输工程化技术概念与方法》在上述章节中给出了信号完整性、电源完整性和电磁兼容性设计的准则和方法，这些准则是概述式的，只是抛砖引玉，主要帮助读者对全书概念和原理有更加深入的理解，强调信号完整性要统筹兼顾产品性能指标、理论要求、产品成本和产品可制造性等多个方面。
为了更加清晰地阐述信号完整性、电源完整性和电磁兼容性的相关内容，《高速信号传输工程化技术概念与方法》给出了一些概念和一些类比，这些说法或描述未必是妥当的和准确的，不当之处请读者谅解。比如，给出了信号和电源的直流分量信号回路与交流分量信号回路的概念、系统级电磁屏蔽与信号级电磁屏蔽的概念、供电传输线与供电中继电容器的概念等；再如对电阻、电感、电容特性的类比，对电磁兼容性、信号完整性和电源完整性的类比，对信号传输线、特征阻抗的类比等。
《高速信号传输工程化技术概念与方法》从理论上解释了信号不完整、电源不完整以及电磁不兼容等问题产生的根源，提出了实现信号完整性、电源完整性以及电磁兼容性的方法论，主要是概念性的知识，仅有很少的理论计算和公式推导。因此，《高速信号传输工程化技术概念与方法》适用于从事电子产品设计的工程师、即将从事电子设计工程师的高校学生，以及从事电子相关专业技术管理的管理者，可以作为学习信号完整性、电源完整性以及电磁兼容性技术理论和从事相关技术实践的入门参考资料。
《高速信号传输工程化技术概念与方法》试图给出两个结论。
结论一：在理论和技术层面上，电子产品要实现信号完整性、电源完整性和电磁兼容性是没有问题的，之所以存在信号不完整、电源不完整以及电磁不兼容性问题，是由于必须考虑产品的成本和它的可实现性，不得不违规进行电子产品的研发。
结论二：必须应用信号完整性、电源完整性、电磁兼容性相关设计、仿真软件工具，而不单单是设计师的经验，才能更好地统筹兼顾信号完整性、电源完整性、电磁兼容性、产品成本和产品可实现性等多个方面的要求。
作为电子设计工程师，如果能够系统地理解电磁兼容、信号完整性和电源完整性的概念和原理，以及工程实践中的电子元器件特性、信号传输及其回路、系统屏蔽和信号屏蔽等基本概念，深刻认识特征阻抗和地的意义，一定会将电子产品的SI、PI和EMC等性能提升到一个合适的水平。
在这里，我向大家推荐一本好书，它帮助我系统地梳理了对信号完整性支离破碎的理解，并纠正了我许多错误的理解，它的许多内容在《高速信号传输工程化技术概念与方法》中被引用和诠释。它已经成为我的宝典，每当遇到新的问题时，我一定会把它搬出来继续学习和理解。相信它能够帮助您深入理解和掌握信号完整性、电源完整性和电磁兼容性。这本好书就是《信号完整性分析》Signal Integrity： Simplified，作者是Eric Bogatin，中方版由李玉山、李丽平翻译，由电子工业出版社出版。
我的同事黄涛博士不仅对全书进行了统稿，而且还巧妙地运用对光、电技术的深刻理解，提出了许多宝贵的建议。李俊对于《高速信号传输工程化技术概念与方法》的顺利出版做了大量的工作，朱启轩负责全书的初步校对。
必须感谢我的朋友张亚棣、梁晓庚、翟正军、李宝龙、周建华、夏显忠、吴卫兵、唐振宇、张磊等，他们给我提供了无私的、恰当的帮助和指导，让我对信号完整性、电源完整性和电磁兼容性有了相对系统性的理解。感谢我的单位中航工业第六一三研究所、我工作过的部门电子部，给了我思考和实践的空间和平台，给了我系统梳理和总结的机会。感谢我的同事们，他们一直陪着我一起学习、讨论、感悟和总结。
笔者在电子设计领域工作了二十多年，参与和主持过很多电子系统的设计，也犯过大量现在看来很低级的错误。作为对以往工作经验的总结和对高速信号传输的学习，笔者编写了《高速信号传输工程化技术概念与方法》，希望能与广大电子设计爱好者、希望做出优秀电子产品的系统设计者互相帮助，一起学习进步。
周拥军
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