一本銷售長達(dá)50年且有6個版本的書肯定是獨一無二的。我要感謝John Wiley & Sons陪我度過了這么多年。我要感謝我的新編輯Brett Kurzman為我找到了一份合同。我要感謝我的妻子伊麗莎白一直以來的支持。我要感謝所有這些年來一直支持我的讀者。如果沒有NXP半導(dǎo)體公司的丹·比克的催促,就不會有第5版,更不會使第6版成為可能。為此,我欠他一個“謝謝”。我一直在想如何使這個版本更有效,我覺得我的開場白是關(guān)鍵。我需要講述這個故事,這樣讀者才會明白我的做法。
“接地(grounding)”和“屏蔽(shielding)”有許多含義。對于以英語為母語的人來說,ground這個詞可以包括多種含義,如磨碎咖啡(coffee grounds)、解雇理由(grounds for dismissal)、游樂場(play grounds)、碎牛肉餡(ground round)或地面(ground floor)。shield這個詞可以包括諸如擋風(fēng)玻璃(windshield)、警徽(police badge)、金屬盔甲(metal armor)或防護(hù)服(protective clothing)等含義。在電學(xué)上,接地可以指接大地、電池的負(fù)極、電路板上的導(dǎo)電平面、中性電導(dǎo)體或金屬柜。人們經(jīng)常把這些詞與防止電干擾聯(lián)系起來。書名旨在傳達(dá)這一意義。本書的每位讀者都將從與這些詞相關(guān)的獨特體驗開始,這也是我寫作此書的用意。
我參與電氣接地和屏蔽領(lǐng)域的研究工作已經(jīng)超過50年了。我對該領(lǐng)域的理解來自于我的經(jīng)歷、興趣和教育。1967年以來,由于電子技術(shù)的不斷變化,我每10年就重寫這本書。此外,我一直在學(xué)習(xí)相關(guān)暢銷書的寫作方式。接地和屏蔽是一個重要的課題,因為它幾乎涉及現(xiàn)代電氣技術(shù)的方方面面。
首先,相對于電路容量來說,接地與屏蔽與導(dǎo)體的幾何形狀關(guān)系密切。進(jìn)一步地講,通過慣例傳遞的很多信息只是簡單的知識,甚至有些是錯誤的或誤導(dǎo)性的。這意味著工程師常常有先入為主的想法,并且需要做一些工作把事情弄清楚。在某些情況下,用戶必須遵循的基本規(guī)則被印在紙上時,很容易假定它們是有效的。不幸的是,并非所有的規(guī)則都是有效的或?qū)嵱玫。如果這些規(guī)則是錯誤的,那么反對權(quán)威會是非常令人沮喪的。
學(xué)校并不開設(shè)社會需要的科目,工程師常常需要自己尋找答案。我還發(fā)現(xiàn),質(zhì)量控制人員將會遵循書面的規(guī)則,而不是一個外部工程師或作者的意見。他們尊重權(quán)威,這也是他們被期望做的。我有一些持續(xù)多年的爭論仍受到質(zhì)疑。僅憑這個事實,我就知道有些觀點是根深蒂固的。
接地和屏蔽技術(shù)應(yīng)用在大多數(shù)設(shè)計中。因為這不是一門精確的科學(xué),所以對于在什么地方連接屏蔽和參考信號可能有多種方法。有的方法是很好的,通過復(fù)制以前的設(shè)計或口頭講授即可實現(xiàn)。在大多數(shù)情況下,不能通過簡單的測試說明某種方法是否有效。我們可能知道如何測試一塊電子硬件,但如何測試一幢建筑物卻是另一回事。
必須問自己: 想做些什么測量?把電壓探頭放在哪里?即使可以進(jìn)行測試,對大型系統(tǒng)來說改動也是非常困難的。在許多情況下,設(shè)計中的想法在某些范圍下是有效的。一個對某事有誤解的人可能會發(fā)現(xiàn)很難接受不同的解釋,當(dāng)許多不同的意見被提出時尤其如此。我發(fā)現(xiàn),工程師對于新觀點持懷疑態(tài)度,他們不知道相信什么或相信誰。另一個問題是,工程術(shù)語是不斷變化的,有時有效的解釋卻達(dá)不到溝通的目的。
接地和屏蔽這個主題介于貿(mào)易實踐與物理學(xué)之間,內(nèi)容廣泛,這是一個不適合學(xué)術(shù)界的學(xué)科領(lǐng)域。對一些經(jīng)理來說,接地技術(shù)似乎是一個技術(shù)人員的工作。在現(xiàn)實中,它往往是非常復(fù)雜的。由于這些原因,現(xiàn)在我想改寫第6版,為今天的設(shè)計師傳達(dá)一些信息,盡可能地將重點放在與主題相關(guān)的基本原理上來。我想用物理學(xué)作為解釋的基礎(chǔ)而不是讓解釋過于數(shù)學(xué)化。
我自認(rèn)為在接地和屏蔽技術(shù)方面的見解是獨到的。電路原理已經(jīng)明確表明導(dǎo)體攜帶信號。事實上,導(dǎo)體引導(dǎo)能量場的流動,而能量場能夠攜帶信號、干擾和操作部件。自然界并不區(qū)分這三種功能。我們確實需要電路來描述我們的想法,需要電路理論分析這些電路。當(dāng)電路理論不夠用時,我們需要應(yīng)用基礎(chǔ)物理學(xué)。我們必須把電源、信號和干擾區(qū)分開。我們需要認(rèn)識到,幾乎所有的電活動都發(fā)生在導(dǎo)體之間的空間中。
本書的目的就是明確指出這個非常關(guān)鍵的想法是如何解決問題的。場傳遞的想法已經(jīng)涵蓋在物理學(xué)課程中。這些想法與實際設(shè)計之間的聯(lián)系,在教材中和課堂上經(jīng)常被忽略。導(dǎo)體之間的空間排列可以保持各個場的分離。導(dǎo)體幾何的控制是設(shè)計者的工作,這是本書的核心。
本書不是對電路理論的介紹(假定讀者已熟悉電路是如何工作的),也不是應(yīng)用物理學(xué)導(dǎo)論,而是理論與實踐相結(jié)合的一本書。教科書中所解決的問題與從事設(shè)計工作的新手所面臨的問題完全不同。畢業(yè)后,周圍沒有老師可以求助。
通過直覺和過去的經(jīng)驗,我解決了很多實際問題。漸漸地,我的理解力增強了。隨著時間的推移,很明顯,我應(yīng)該更多地使用我的經(jīng)驗,而不是我的直覺。這很容易說到卻不容易做到。在現(xiàn)實世界中,問題必須被解決而不只是被研究。大多數(shù)問題是多維的,并不僅僅適合一個學(xué)科。在迷宮中找到一條路可能不是很有效的方法,但是人們并不能夠經(jīng)常做到用迷宮試驗學(xué)習(xí)更多的知識。這需要時間,需要耗費資源。
我在大學(xué)里了解到了位移電流。直到我開始寫“數(shù)字電路”這節(jié)內(nèi)容之前,我才意識到這個概念的價值。然后我發(fā)現(xiàn)一種解釋電流是如何流入傳輸線里分布電容的方法。在閱讀相關(guān)文獻(xiàn)時,我從未見過有關(guān)解釋。我在本書中提出這個方法,希望它有助于讀者解釋真實世界。
現(xiàn)在看來本書第5版的第1章過于嚴(yán)肅,讀者閱讀起來有點吃力。即使我的初衷是好的,并且興奮地進(jìn)行了講述,但是內(nèi)容并不吸引人。為了改進(jìn),我決定結(jié)合我的一些經(jīng)驗開始寫作第6版,說明為什么這個基本物理知識對于理解接地和屏蔽是至關(guān)重要的。
我認(rèn)為歷史既有趣又有洞察力。
拉爾夫·莫里森于加利福尼亞州圣布魯諾
[美]拉爾夫·莫里森(Ralph Morrison) 電子工程和干擾控制領(lǐng)域知名專家。擁有三十多年的設(shè)計實踐和技術(shù)顧問經(jīng)驗。在John Wily & Sons公司出版了暢銷圖書Noise and Other Interfering Signals, Grounding and Shielding in Facilities和Solving Interference Problems in Electronics。