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銅走線的趨膚效應(yīng)

已有 1760 次閱讀2017-8-31 15:54 | 趨膚效應(yīng), 銅走線, 銅走線的趨膚效應(yīng), 于博士信號完整性

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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