作者：Teddy
文章旨在用聊天和生活化的语言把信号完整性的相关问题由浅入深的讲解。
导论(1)
硬件工程师小明和信号完整性工程师小红聊天
小明 :什么是信号完整性?
小红:就是研究信号的失真情况的。
不是信号完整性吗?怎么研究失真去了?小明充满疑惑的问到。
小红:信号从一端传送到另外一端没有运放等有源电路。根据能量守恒，一定有部分能量丢失，所以说研究失真的情况从语文角度说更准确。
小明:好深奥啊，能有生活中的简单例子再解释一下吗？我觉得我们应该由已知的东西认识未知的东西，由淺入深的认识事情。
小红:电信号这东西看不到也摸不着。咱们看光吧。光也是电磁波，光所具有的特性，电磁信号也具备。光从一种介质进入另外一种介质的时候会发生反射和透射。你看下面的图片描述的就是光从空气中射入到水中，有部分反射，另外光在介质中传播的时候会有部分损耗掉。
小明：大概明白了。可是你说的光是在空气，水等透明介质中传播啊。我们电信号是在金属里面传播啊。这两者好像又有不同啊？
小红：你说的金属或者空气，玻璃，金属从根本上说都是光和其他电磁波的传输媒介。只是说媒体的属性不同对信号传输的影响不同。
我们信号完整性的传输媒介是金属和其他介质混合而成的传输线系统，我们电路也要用绝缘的物质填充做板子不是。本质上讲就好比车辆行驶的马路而已。
小明：那为什么电信号要用金属和绝缘体混合呢？
小红：这要引出另外一个概念了，导波系统。
小明：哇塞。越来越深奥了。完全听不懂了。
小红：我们想让电信号按照固定的方向传播，同时保证能量不能损耗太多。
小明：那天线的信号传输不也是使用空气这种绝缘体介质吗？
小红：这是由于无线通信的要求和满足人们随时随地方便快捷沟通的需求而产生出来的。人和人之间有无数个沟通路径不可能假设那么多的传输线，所以即使天线传输信号对能量的利用率比较低，这也是目前最优的解决方案了。但是我们信号完整性并不涉及到无线传输这个领域研究的就是有线传输而不是无线，那么用金属和其他介质混合而做成的传输线系统就是最合适的传输媒介了。
小明：那为什么不用纯金属呢？而是介质和金属混杂。
小红：高速的情况下，信号中的能量主要聚集在表面，称为趋肤效应，不过我觉得俄语里面的翻译更形象——皮肤效应。这么说是不是理解了，只有金属的“”皮肤“”，即浅层的金属表面有定向移动的电子和相应的电流，这就是导致一个问题，信号的辐射性增强，能量向外辐射，如果用单纯的一层金属线，由于皮肤效应的影响，金属线的阻抗会特别大，能量损耗非常严重。说到此处我不禁想起一句古诗——满园春色关不住，一枝红杏出墙来。
小明：我脑袋嗡嗡响了。春色关不住和电信号又有啥关系啊？
小红：嗨。这很好理解啊。都是关不住了。关键词是关不住了。低频低速的时候电信号是能关在金属里面的，高频的时候信号是无法关在金属里面的，如果还用纯金属的话那么能量损耗会比较多。所以我们用两层金属夹上一层介质让信号在金属的两侧皮肤和介质中传播，这样既能一定程度保证信号传输的定向性，也能有效减少能量损耗。看下面的图。看到了吧高频的时候电磁能量是在两层或者三层的金属间的介质中传播的。
小明：为啥有两层和三层之分啊？
小红：本质上是一样的，三层的是地回流层多了一层，你看两层的表面的电磁场就不能很好的被有效导波了。
小明：那为啥不都用三层的？
小红：这就涉及到其他工程实践需要考虑的其他问题了。下次再和你聊。
