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什么是趋肤效应？ 对于直流而言，电流分布在导体的整个横截面上。但是到高频以后，电流分布变得不均匀 。大部分电流会集中在导体表面附近。这种现象称之为趋肤效应。 为什么会产生趋肤效应？ 由上图可以看到，电磁场在信号线和参考平面之间传播。因为信号线和参考平面都是良导体，当这些场遇到信号线或参考平面时，它们将穿透金属，并且幅度迅速衰减。 假设信号线和参考平面都是理想导体，如我们所知，理想导体中的场为0，所以这些场不会穿透理想导体，趋肤深度将为0。 趋肤深度(或穿透的特征深度)怎样定义？ 若媒质是导电的，电导率为σ，则由麦克斯韦方程，可知： 据此，可以得到电磁场的波动方程为： 可以定义该媒质的复传播系数为： 假设金属为良导体，即σ》wε，所以以上可近似为： 趋肤深度的定义为： 需要注意的是： 导体中的场在传输一个趋肤深度的距离后，振幅并不是衰减为0，而是衰减为原来幅度的1/e,即36.8%。也就是说，大约有63%的电流在一个趋肤深度的距离流动，并电流密度将按指数衰减至导体的厚度[1]。 趋肤深度的影响 导体的粗糙度 导体的粗糙度描述为齿结构，将表面变化的幅度描述为齿尺寸。如上图所示，测得的齿尺寸为0.2mil(5 µm)。 在PCB加工过程中，铜箔需要有一定的粗糙度，以产生附着力，连接介质层。所以对于微带线而言，靠近介质的那一面铜的粗糙度要比蚀刻侧的铜的粗糙度要大。 如果趋肤深度比铜的粗糙度小，则大部分电流将在铜的粗糙部分中传播，会导致串联电阻和导体损耗的增加。 上面两幅图分别来自于文献[2]和[3]，从图中，我们可以了解到电流在微带线的分布，即电流主要分布在信号线与参考平面相对的平面上。 所以： (1) 微带线的表面处理对导体损耗有没有影响? 有 (2) 微带线侧边的铜的粗糙度对导体损耗有没有影响？有 (3) 微带线贴近介质处的铜的粗糙度对导体损耗有没有影响？有 如果设计时，对插损很敏感，那这以上三个因素都要考虑了。 参考文献： [1]David M. Pozar，微波工程 [2]Stephen H. Hall，Garrett W. Hall，James A. McCall，High-Speed Digital System Design—A Handbook of Interconnect Theory and Design Practices [3]Eric Bogatin，Rule of Thumb #4: Skin depth of copper |
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