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計有關的工作，這令我感到非常開心，通過寫文章和研討會報告，也結(jié)識了許多業(yè)內(nèi)人士。我很幸運地受邀參與全球各地的研討會。同行們對我也一直很好。
　　優(yōu)秀的PCB設計人員是具有出色圖形認知能力的藝術家。這么多年后，我依然驚奇于設計師觀看計算機屏幕、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，幾乎就是一件藝術品。這個工作有時被貶低為“點的連接而已”，但其實它遠不止如此。
　　最近20年來，PCB設計人員不得不面對另一類需求。電路板已經(jīng)開始像一個具有電阻、電容和電感的組件，而不僅僅是一個互連平臺。因此PCB設計者需要對電子元器件和電流有所了解—不需要很多，不必成為工程師，但確實應該知道工程師所知道的很多知識。
　　在學術訪問期間觸動我的是，即使PCB設計師能夠處理很復雜的電路和要求，他們也很少有人受過正規(guī)的電子學訓練，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。他們必須關心串擾和EMI問題，但卻不知道這些是什么或是怎么發(fā)生的，當然還有地彈現(xiàn)象。
　　在UP傳媒集團Pete Waddell的支持下，我在20世紀90年代早期的好幾個PCB設計展會上開辦了基礎電子學方面的研討會。Prentice Hall在2003年出版了我關于PCB設計的著作Signal Integrity Issues and Printed Circuit Board Design，希望這能對很多設計人員提供有用的幫助。雖然我對這些成就感到滿意，但總覺得它不像預想中那么突出。
　　這種感覺促使我編寫了當前這本書。
　　主題本書的主題是電流：它是什么，它怎么流動，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的基本粒子是電子，該領域稱為電子學不是偶然的。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，電子帶負電荷�；�本粒子（事實上是整個宇宙）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，那什么也不會發(fā)生。我們可以有由電荷的定域差引起的靜電場，這些電荷場很重要。但是，直到電子開始在這些場內(nèi)移動，游戲才開始真正有趣。當電子移動時，根據(jù)定義我們就有了電流，這是電子學的一切所在。
　　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)通過一個表面的6.25×1018個電子的流量。第2章介紹了幾個電流概念，從頻率和波形到傳播速度再到電流的測量，以及如何進行這些測量。第3章介紹五個基本的電流定律。
　　電流在回路中流動。
　　回路中的電流處處恒定。
　　歐姆定律（電流、電壓和阻抗間的關系）。
　　基爾霍夫第一定律（進入節(jié)點的電流等于流出節(jié)點的電流）。
　　基爾霍夫第二定律（回路電壓之和為0）。
　　重要的是要認識到，即使需要求解最復雜的電路，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雜性，但從概念上說，增加得并不多。簡單地將一個電路拆為n個獨立的回路，用基爾霍夫和歐姆定律建立一個聯(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際求解那些電路問題和計算的技術。
　　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所發(fā)生的）。其余章節(jié)包括時間常數(shù)、變壓器、差分電流和半導體等內(nèi)容。
　　重要的是注意到，實際上我們面對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（當頻率趨向無窮大時，阻抗趨于0，電壓相移趨于–90°），電感在另一端（當頻率趨向無窮大時，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，相移為0）。這三個事實放之四海皆準，永遠不會改變。
　　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。
　　第四部分處理由印制電路板引入的特定問題。大多數(shù)（應該承認不是全部）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間足夠快），或者電流足夠大，電路板將會出現(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/串擾）、電流分布、趨膚效應、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完整性問題。在我的職業(yè)生涯中，關于電路板信號完整性問題在電子行業(yè)的發(fā)展中經(jīng)歷了四個階段。第一個階段微不足道，沒有任何問題；第二個階段主要涉及電路板自身電感引起的問題；第三個階段涉及高頻引起的視在電阻的變化（即趨膚效應或介質(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；第四個階段發(fā)生于諧波頻率非常高以及波長非常短的情況下，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計方法。
　　本書還有三個附錄：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要解釋；附錄C更多的是個人筆記。在我的職業(yè)生涯中，我多次聽說過關于PCB消亡的預測，但每一次他們都錯了，且總是由于相同的原因，附錄C給出了我的觀點并解釋了理由。
　　但當你認識到當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窄了。無疑，在電視機和計算機中有電路板，在報警器、灌溉控制、調(diào)光器、洗衣機和烘干機、冰箱、烤箱、定時器、時鐘，以及不計其數(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？讀者對象本書是針對PCB設計人員和可能成為PCB設計人員的人們編寫的。本書沒有嚴格的EE專業(yè)學位課程所要求的深度。然而，它對在其他學位課程中重視電子學簡介的學生是有益的。這樣的課程可見于大學層次、貿(mào)易學校層次、社區(qū)學院或針對現(xiàn)在的設計人員以增加他們基礎知識的特定課程中。不管是什么原因，對當初在學校里初次學到的知識已感覺“生疏”的工程師們而言，本書也是有益的。
　　本書有意以簡單易懂的方式來寫作，將數(shù)學認證最小化。電子學的性質(zhì)是電子的流動，是隨時間變化的現(xiàn)象，按照定義，這涉及微積分的情形。我敢肯定EE專業(yè)的學生在受教育階段學到的微積分知識比他們曾認為的要更多。一些公式的使用是不可避免的，歐姆定律就是其中一個，但我試圖盡量少地使用公式，而僅使用本領域中我認為最重要的那些。
　　致謝我已經(jīng)在PCB設計行業(yè)工作20多年了。在這段時間里，有很多人幫助、指引我成長，因此我也希望尋求有助于該行業(yè)和從業(yè)人士成長的方式。尤其是Pete Waddell先生鼓勵我先寫些文章，然后開辦研討會，并提供給我進行這些工作的交通工具，本書正是起始于那個早期鼓勵的最終成果。
　　在此過程中，很多與我有關的人總是幫助和鼓勵我，我也從中學到了很多。他們涉及所有參與關于信號完整性問題研討會的人們，人數(shù)太多而難以統(tǒng)計和提及。
　　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。我也經(jīng)常給他看我寫的文章和報告的草稿，我無法告訴你當他的回應是“不得要領！你在想說什么？”時，我曾經(jīng)從頭開始了多少次。由于他的評述和支持，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商，他們這些年來對我的文章和研討會活動提供了慷慨的支持。Mentor Graphics公司、HyperLynx公司（現(xiàn)在是Mentor的一部分）和Polar Instruments公司當我需要軟件許可和技術支持時總是隨時給我提供幫助。我感謝他們在進行這些支持時沒有試圖通過任何方式對我施加任何控制。
　　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”對這個項目的最終完成感到高興，特別是我非技術背景的妻子，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，這是他第二次幫助并指導我完成出版流程，我期望他和讀者一起來判定這一切都是值得的。