《PCB 电流与信号完整性设计》英文名称是《PCB Currents How They Flow, How They React》，作者是 UltraCAD 公司的创办者 Douglas Brooks，全书着重于物理概念，避免复杂的数学推导，阐述了基本电路的电流源、电流造成的信号完整性问题，以及如何解决串扰和电磁干扰问题。主要内容包括：温度漂移、传输线、反射、耦合电流、功率分配、趋肤效应、介电损耗和通孔等，并且给出了每个常见问题的实用设计方案。

全书分为四个部分，其中第一部分电流的性质介绍了电流的基本定义，第二部分基本电路中电流的流动包括了电阻电路、电抗（电容、电感）电路、以及阻抗相关的内容，第三部分则介绍了电压源与电流源，第四部分电路板上的电流则介绍了 PCB 上引入的各种信号完整性问题。

本文力求言简意赅的讨论电路分析过程当中涉及到的一些基本理论知识，全文第 1 部分围绕电路分析展开，涵盖了电路当中的 电阻 与 电容 等基本元件，相关的定律（欧姆定律、焦耳定律、基尔霍夫定律）定理（叠加定理、戴维南定理、诺顿定理）和等效变换（电源等效、串并联等效、星形三角形等效），以及基本的分析方法（支路电流法、结点电压法、非线性电阻分析）；第 2 部分则以电磁感应现象作为核心，同时引入 安培力、洛仑兹力、磁通量 等电磁学基本概念。

第 3 部分围绕交流信号展开，包含了动态元件 电阻、电容、电感 相关的交流电路，并且介绍了 功率因数 的提高，RC 与 LC 电路，以及三相交流电路；第 4 部分介绍了互感与变压器，主要讨论互感现象与变压器的原理；第 5 部分则主要讨论电路的过渡过程，比如 RC 与 RL 电路的过渡过程，以及其中 电压 与 电流 随着时间变化的规律和影响过渡过程快慢的时间常数，同时还引入了换路定则与 微分电路 以及 积分电路。

电子测量仪器是电子信息技术产业的基础支撑性设备，全球超过 50% 的电子仪器市场份额被是德科技 Keysight、泰克 Tek、力科 Lecroy、罗德与施瓦茨 Rohde&Schwarz四家企业所垄断。伴随近几年电子科技行业卡脖子风险的上升，国内密集出台了多部涉及仪器仪表行业以及相关领域的产业政策，在政策支持与下游产业的快速发展之下，我国电子测量仪器近几年实现了高速增长，涌现出了 普源精电、同惠电子、优利德科技 等科创板挂牌上市仪器厂商。

电子工程实验当中，必不可少的涉及到大量测量仪器的使用，本文主要记录笔者工作室当中所使用的 数字万用表（Multimeter）、数字电桥（LCR Meter）、数字存储示波器（DSO）、逻辑分析仪（Logic Analyzer）、可编程直流电源（DC Supply）、信号发生器（Signal Generator）等仪器的性能指标术语，包括 三极管测量、电源纹波、晶振频率、谐波输出 等常规的测量方法与技巧，以及相关的注意事项。

电路理论是一门研究电路分析与网络综合，以及设计规律的基础工程学科。所谓电路分析就是指在给定的电路参数条件下，通过求解电路当中的电压、电流了解其所具有的特性；而网络综合是在给定电路技术指标的情况下，设计出电路并且确定元件的参数，使得电路的性能符合预先的设计要求。因此电路分析是电路理论当中最为基础的内容，也是学习电路理论的入门课程，更被列为电子信息工程类专业的通用基础课，因而其重要地位不言而喻。

电路理论作为电子信息工程类专业的技术基础课，可以为相关专业的后续诸多课程提供理论支持，例如模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统、电机学、电力系统分析、集成电路设计、自动控制、电力电子技术等课程，它们都需要应用到电路理论当中的相关基础知识。

电子信号是指随着时间进行变化的电压或者电流，可以在数学描述上描述为时间的函数，并且可以绘制出其波形。模拟信号在数值和时间上均具有连续性，对于任意时间均有确定的电压或者电流值与之对应。常用的模拟电路有放大电路（信号电压、电流、功率的放大）、滤波电路（信号的提取、转换、抗干扰）、运算电路（完成信号之间的加减乘除、积分、微分、对数、指数运算）、信号转换电路（电流与电压信号之间的相互转换）、信号发生电路（用于产生正弦波、矩形波等波形）、直流电源（将不同电压与频率的交流电转换为指定电压与电流的直流电）。

本文所涉及的内容主要包括有常用半导体器件、基本放大电路、集成运算放大电路、放大电路的频率响应、放大电路中的反馈、信号的运算和处理、波形的发生和信号的转换、功率放大电路、直流电源，基本涵盖了模拟电路当中主要的电路类型，其中放大电路是对模拟信号的最基本处理，上述模拟电路当中均包含有放大电路，因而放大电路是构成各种模拟电路的最基本电路。

二十一世纪，数字化浪潮席卷了电子工业领域，与传统的模拟电子系统相比，数字系统具备更加优异的精确与可靠性，逐步取代了许多模拟电路的应用场景。数字逻辑电路是对数字信号进行算术与逻辑运算的电路，以逻辑门作为基本电路单元（最早采用 TTL 工艺，伴随半导体工艺技术的不断进步，目前已经逐步被 CMOS 工艺取代），数字电路可以分为组合逻辑电路（基本逻辑门）和时序逻辑电路（逻辑门 + 反馈逻辑回路）两大类。

本篇文章讲解了数字逻辑电路的分析与设计所涉及到的基础理论，首先讲解了数制、码制和逻辑代数等基础知识，接着重点描述组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析与设计方法，然后讨论了各种数字集成电路（ 含门电路、可编程逻辑元件、半导体存储器）的原理以及使用方法，并且介绍了硬件描述语言与可编程逻辑器件的相关知识，最后一部分讲解AD/DA转换以及脉冲波形的产生和转换电路。

楷登电子 Cadence 推出的 Allegro/OrCAD SPB 是一款专业的板级 EDA 工具，其融合了原理图设计、电路仿真、PCB 绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析、设计输出 等功能，经常被运用于高速 PCB 设计场景。撰写这篇文章的目的，是为已经具备有其它 EDA 使用经验的工程师，快速的上手 Cadence SPB 全家桶设计套件。本文撰写时所采用的是 Cadence SPB SPB 17.4 版本，并且将补丁更新至 Hotfix_SPB17.40.037，该版本的基础操作与快捷键，与目前最新的 23.1 版本基本相同，且两者的工程文件相互兼容，无需进行任何额外的数据转换。全文提供了清晰的目录结构，便于读者按图索骥与查缺补漏。

Cadence SPB SPB 17.4 版本于 2019 年推出，在兼容早期 17.2 和 16.6 版本工程文件的基础之上，还进行了一系列全新的功能升级。其在老版本基础上新增了一套暗黑主题，并且对工具栏的图标以及主界面的窗口进行了重组。最为重要的更新在于支持从原理图直接创建 PCB，且可以方便的实现两者的同步操作。除此之外，还提供了 Web 搜索功能，可以方便的从 Samacsys 和 Ultra Librarian 下载 原理图符号、PCB 封装、数据手册 以及 3D 模型。

电子技术发展至今，基础理论方面的突破甚少，进步主要体现在工艺、材料与制程方面。特别是大规模集成电路的广泛应用，过去需要采用大量分立式元器件才能完成的工作，都已经被标准化的模拟、数字集成电路所替代。电子工程师的日常工作内容，逐步从过去各类基础电路的搭建，切换至电子自动化设计 EDA（Electronic Design Automation）、信号完整性 SI（Signal Integrity）、电磁兼容性 EMC（Electro Magnetic Compatibility）等方面。

模拟电子技术作为现代电子工业的理论基石，主要围绕双极性结型晶体管 BJT、场效应晶体管 FET 构成的模拟信号放大电路展开，着重分析了其频率响应以及负反馈等特性。伴随近年碳化硅、氮化镓等第三代半导体材料在新能源汽车等领域的广泛应用，模拟电子元件在体积、效率、可靠性方面都取得了显著的提高，本文在写作过程当中参考了《Electronic Devices and Circuit Theory》第 11 版一书。

对于国内的中小型电子企业而言，Allegro、Pads、Altium Designer 等商业 EDA 工具的授权费用过于昂贵，且大部分只提供 Windows 操作系统版本，缺乏相应的跨平台支持。在电子信息技术行业版权问题充分受到重视的今天，一款易于使用并且受到厂商广泛支持的开源 EDA 工具，对于硬件电子工程师而言尤为重要。本文介绍的 KiCad 就是一款基于 GNU GPL v3 开源许可协议的跨平台 EDA 电子设计自动化工具集，其能够处理多达 32 个铜层、14 个技术层、4 个辅助层的 PCB 电路板，并且生成加工制造所需要的网表、物料清单、光绘文件、钻孔文件、元件放置文件。

自 2018 年 07 月 22 日发布 KiCad 5.0 版本以后，历经了三年时间，终于在 2021 年 12 月 25 发布了全新的 KiCad 6.0 版本，新版本采用了全新的用户交互界面，带来全新原理图编辑器、PCB 编辑器、3D 查看器的同时，还增加了更为丰富的 DRC 设计规则约束，并且提供了对于中文语言的良好支持。全文最早基于 5.0 版本写作，鉴于官方已经升级至功能更为完善的 6.0 版本，所以基于官方新版的 《Getting Started in KiCad》 对本文进行了全面的重写。

Altium公司最早推出的EDA（电子设计自动化，Electronics Design Automation）产品名为Protel，经过一系列的企业并购与技术整合之后，于 2009 年推出了Altium Designer 09，接着 2012 年又推出Altium Designer 13.0，本文将要介绍的Altium Designer 17.1则是Altium公司于 2017 年发布的产品，可用于设计板级原理图并进行 PCB 布线，同时整合了 SPICE 仿真以及 FPGA 设计等高级功能。

经过多年的迭代与发展，Altium Desinger 已经并不仅仅局限于作为一款 EDA 工具，其功能已经贯穿于电子设计的全流程，包括 MCU 微控制器和 FPGA 设计建模、电路 SPICE 仿真与验证、元器件库封装、电路原理图绘制、PCB 绘制、PCB 信号完整性验证、PCB 制板文件生成等等；而本文主要围绕 Altium Desinger 的原理图与 PCB 绘制、元器件封装、PCB 仿真与验证 3 个核心主题进行相关介绍。