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銅走線的趨膚效應(yīng)
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高頻電流流過導(dǎo)體時，電流會趨向于導(dǎo)體表面分布，越接近導(dǎo)體表面電流密度越大。這種現(xiàn)象就是趨膚效應(yīng)。頻率越高，電流就越集中在導(dǎo)體表面，可以想象，當(dāng)頻率足夠高時，電流幾乎只分布在導(dǎo)體表面上薄薄的一層，導(dǎo)體內(nèi)部幾乎沒有電流。下面兩張圖分別為圓形導(dǎo)線和矩形導(dǎo)線上高頻電流分布情況。
為什么會有這種現(xiàn)象呢？電磁波很難穿透銅這樣的良導(dǎo)體，電磁波進入良導(dǎo)體后，場強振幅會急劇衰減，最終導(dǎo)致電流密度隨著深度增加急劇下降，衰減符合指數(shù)規(guī)律。
趨膚深度用來描述電流在多大程度上接近導(dǎo)體表面，定義為電磁波場強振幅衰減到表面場強1/e的深度�？梢员硎緸�
對于像銅這樣的良導(dǎo)體，電導(dǎo)率極高，所以隨著頻率升高，很快就表現(xiàn)出明顯的趨膚效應(yīng)。下圖是銅導(dǎo)體趨膚深度和頻率的關(guān)系。6MHz多一點趨膚深度近似1mil，大概在55MHz左右的時候趨膚深度約0.35mil，1GHz時約0.1mil。從這些數(shù)據(jù)看，趨膚效應(yīng)必然對高速信號產(chǎn)生很大影響。銅箔表面并不像看起來那么光滑，趨膚效應(yīng)導(dǎo)致信號損耗增加。
下圖中可看到表面粗糙的銅皮使信號損耗增加。當(dāng)信號的損耗成為主要制約因素的時候，我們就要格外關(guān)注趨膚效應(yīng)，這也是為什么在高速串行互連設(shè)計中關(guān)心銅箔類型的原因。
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