“信号完整性”是伴随着数字集成电路从“低速”发展到“高速”而出现的一门新兴学科,其研究成果应用于高速电路设计相关的广阔行业领域,例如,通信、IT技术、信息安全、半导体集成电路、消费电子、工业电子、汽车电子、国防电子、人工智能等。但凡需要通过电路实现产品和服务功能的地方,都离不开“信号完整性”理论和技术的支撑。
20世纪90年代初,国外开始进行“信号完整性”理论和技术的研究,出版了相关的专业技术论著。我国半导体电子和高速电路技术及应用产业发展水平相比于国际领先水平存在一定差距,对“信号完整性”的认识和研究起步晚于国际同行大约十年。近二十年来,我国电子信息产业发展迅猛,信号完整性和高速电路设计相关领域的从业者队伍和高校相关专业的学生群体越来越庞大,对信号完整性和高速电路设计技术的研究、讨论、学习也呈现出一派繁荣景象。从最初翻译引进国外信号完整性经典著作,到如今国内行家们的技术专著纷纷出版上市; 从最初仅仅是国内凤毛麟角的顶尖企业内部设计团队面临的生僻问题,到如今网络、论坛、媒介、公众平台上众多版面、万千参与者共同关注的热门议题,信号完整性已成为今天中国电子设计行业的一门“显学”。
但是,无论是从笔者当初的实际学习体会,还是从与身边同仁们交流获得的普遍反馈,信号完整性给人的感受都是“入门不易”。这是一门面向实践的学问,包含许许多多的设计法则,告诉我们在高速电路设计中“应该怎么做”。掌握这些设计法则通常不是难事,初学者的困惑更多在于其背后的道理。当学习进行到这一步,就需要从理论层面对信号完整性的现象、问题和成因加以阐释。这样的教材当然有,但由于信号完整性背后的理论体系十分庞杂,涵盖电路理论、电磁场与电磁波和半导体集成电路等众多基础学科的知识,实际上对初学者形成的门槛很高。对于希望尽快入门上手的学习者来说,当面对讲解过于专业、深奥的学习材料时,往往是望而却步的。一知半解是很多信号完整性初学者急于摆脱却又难于摆脱的状态。
有没有可能在轻松、毫无难度的语境氛围中学习信号完整性的基础理论?这是促使笔者写作本书的最初动力来源。本着这份初心和曾经作为初学者的感同身受,这本书以尽量浅显易懂的文字和叙述方式讲解信号完整性这门蕴含深厚技术专业理论的课程,希望能为初学者提供一条相对容易的便捷路径。全书分为12章,覆盖了笔者认为信号完整性入门学习需要掌握的各个方面的基础知识。除了知识内容本身,其中一些认识、理解问题的方式、视角和套路有别于传统教材的讲解方法,是笔者在这个领域积累多年的体悟,但愿能够对初学者有所启发。限于笔者水平,本书难免存在不足、错误之处,还望读者朋友们包涵、指正。
清华大学出版社电子信息教材事业部盛东亮主任为本书成书提供了鼎力支持和诸多宝贵建议,钟志芳、石欣欣老师逐字逐句审读全书完成编审工作。真诚地感谢他们为本书的付出。
高晓宇
2020年8月