2.6　高速信号传输的工程性

从电子产品的工程化设计角度来看，高速信号传输对于电子设计工程师来说，其技术和技能既具有复杂性的一面，又具有简单性的一面。

2.6.1　高速信号传输技术的复杂性

（1）与高速信号传输相关的理论及概念缺失

在学术上，与高速信号传输相关的SI、PI和EMC理论、概念和技术相当完整和成熟。但是，高速信号传播在电子设计工程化技术方面的理论和概念严重缺失。

大多数从事电子设计专业的工程师缺少SI、PI和EMC相关理论、概念和技术，主要原因是在高等教育过程中缺少这些理论课程的教育和培训，在工作实践中也很少有相关专业理论、概念和技术的学习和培训。

大多数高校还没有高速信号传输技术相关专业课程。大部分高校虽然设立电磁兼容性专业课程，但这些课程是专为电磁兼容专业的学生而设立的，课程的内容尤其是麦克斯韦方程的解算对于一般电子设计专业的学生来讲很高深，电子设计专业讲授的大多是逻辑设计和电子设计的相关课程。

在工作实践过程中，对于SI、PI和EMC的认识，电子设计工程师们可能绝大多数被告知它们是经验性的东西，琢磨不透，说不清、道不明，全靠经验和感觉，深不可测。这样的观点日积月累，打击了很多工程师对SI、PI和EMC理论、概念和技术学习和掌握的信心。

在电子系统或设备的研发过程中，会出现许多与硬件相关的、随机的或偶发的问题和故障，这类问题和故障往往被定性为电磁干扰、信号完整性、电源完整性问题，虽然未必就是这些类别的问题，可一旦被定性为这些类别的问题，就很难用理论工具进行解决分析，而往往靠专家的经验和感觉定位、解决，试着采取很多措施，可能碰巧解决了，却说不明白其中的道理。

（2）高速信号传输技术理论和概念繁多

对于大多数从事电子设计的工程师，由于没有系统的电磁兼容、信号完整性和电源完整性技术专业学习和培训，往往接触到许多众说纷纭的有关高速信号传输方面的解释，这些解释往往为了说明SI、PI和EMC相关理论、概念和技术，从不同的角度引入了很多概念和名词。

比如，仅仅是“地”的概念，就有安全地、结构地、屏蔽地、数字地、模拟地、地平面、地信号等，而且这些地各有各的定义和用途。

再比如，接“地”的方式也有很多要求，包括单点共地、多点共地、混合共地、数字地与模拟地分割、悬浮地等，它们有各自的特点和适用的场合。

这些概念和名词对于专业从事电磁兼容、信号完整性和电源完整性专业的工程师来讲或许不是问题，可能是对他们工程化技术方面的补充。但是，对于大多数电子设计工程师来讲，这可能令他们眼花缭乱、无所适从，而且对于产品设计中出现的问题，其往往不知道到底用什么概念去解释和解决。

（3）设计仿真测试手段少

在工程实践中，SI、PI和EMC设计、仿真、测试所需要的工具和设备比较昂贵，不如逻辑设计和电子设计所需要的设计、仿真和测试所需要的工具和设备普及。

对于电源完整性设计、仿真和测试，有一些仿真分析工具软件，但缺少专用的电源完整性的测试工具和设备，这种现状对于电源完整性技术的工程应用本身是非常不利的。

对于信号完整性设计、仿真和测试，相关的工具和设备倒是存在，但一方面这些工具和设备价格比较昂贵；另一方面，由于学习和掌握的难度较大，这基本上是专业从业人员的事，大多数电子设计工程师或者没有条件，或者只能望而却步。

对于电磁兼容性设计、仿真和测试，工具和设备似乎很多，但是设计和仿真的工程化还没有达到与实际情况相符的水平，测试工具和设备，尤其是电磁兼容暗室的投资，对于一般的公司而言不像是购买一台示波器那样，是很容易决策的事情。

综上所述，SI、PI和EMC在设计、仿真和测试方面，研发人员所能做的工作比较少，这也决定了电子设计工程师往往是靠经验，而不是靠科学、靠技术、靠工具、靠手段进行设计、仿真、测试。靠经验的东西，很难掌握和理解，事情就会变得复杂起来，其难度也就不好说了。

2.6.2　高速信号传输技术的简单性

对于大多数电子设计工程师，高速信号传输技术，即SI、PI和EMC真的很难、很复杂吗？事实并非如此。

对于大多数电子设计工程师来讲，掌握关于电磁兼容、信号完整性和电源完整性一般性的原理、概念和技术，就可以很好地从事研发工作了，深入掌握这些技能则是专业工程师的事。在这个意义上来说，掌握SI、PI和EMC相关技术是很容易的事情。

掌握一般性的原理、概念和技术为什么容易呢？对于大多数电子设计工程师，只需掌握以下这些知识。

①理解电阻、电感、电容等特性，其本质就是对电流、电流变化和电压变化具有的抵抗力，以及电阻器、电感器、电容器几种器件不仅仅具有主特性，在高速信号传输电路中还表现出其他的特性。

②掌握高速信号传输、信号完整性、电源完整性和电磁兼容性的概念，以及高速信号传输技术与信号完整性、电源完整性和电磁兼容性技术的关系。

③认识信号传输线、供电传输线、信号回路、供电回路、信号传输线的特征阻抗、供电中继电容器等概念和意义，并纠正对地、屏蔽、信号回路几个概念的误解。

④了解信号类型、电源类型、信号传输线类型及其适合传输的信号类型、电源传输线类型及其适合传输的电源类型、供电中继电容器类型，以及各种信号传输线和电源传输线的屏蔽效能对比。

实际上，掌握了这些，我们就从本质上了解了高速信号传输的原理和本质，综合考虑工程化因素（如产品成本、可制造性和可实现性等），结合使用相关的设计、仿真和测试工具，就可以很轻松地进行高速信号传输设计和问题的分析。