信号线铜导体的高频性能分析（上篇）

随着AI的兴起，传输速率要求越来越高，高速互连是电子元件之间通信的主要瓶颈，每个串行信道25-30Gbps正在成为主流，这样的数据速率甚至更高的数据速率可以在芯片上小规模地产生和传输，但对于传输线像铜这样的良导体，电导率极高，所以随着频率升高，很快就表现出明显的趋肤效应，一般6MHz多一点趋肤深度近似1mil，大概在55MHz左右的时候趋肤深度约0.35mil，1GHz时约0.1mil，趋肤效应必然对高速信号产生很大影响。如下图放大以后看，铜的表面并不像看起来那么光滑，趋肤效应导致信号损耗增加。高频电流流过导体时，电流会趋向于导体表面分布，越接近导体表面电流密度越大。这种现象就是趋肤效应。频率越高，电流就越集中在导体表面，可以想象，当频率足够高时，电流几乎只分布在导体表面上薄薄的一层，导体内部几乎没有电流.

趋肤效应介绍

• 趋肤效应具体解析说明

在计算导线的电阻和电感时，假设电流是均匀分布于他的截面上。严格说来，这一假设仅在导体内的电流变化率（di/dt）为零时才成立。另一种说法是，导线通过直流（dc）时，能保证电流密度是均匀的。但只要电流变化率很小，电流分布仍可认为是均匀的。对于工作于低频的细导线，这一论述仍然是可确信的。但在高频电路中，电流变化率非常大，不均匀分布的状态甚为严重。高频电流在导线中产生的磁场在导线的中心区域产生最大的感应电动势。由于感应的电动势在闭合电路中产生感应电流，在导线中心的感应电流最大。因为感应电流总是在减小原来电流的方向，它迫使电流只限于靠近导线外表面处。这样，趋肤效应使导线型传输线在高频（微波）时效率很低，因为信号沿它传送时，衰减很大。

• 关键参数：趋肤深度；电荷参数

• 导体对讯号传播的影响分析

导体表面粗糙度效应

高频下的导体表面粗糙度是信号衰减或退化的另一个主要因素。目前量产镀银或者镀锡都没法满足表面非常光洁的性能要求。导体表面的光洁度可使总互连损耗增加50%甚至更高。实际上，在较低的频率下，粗糙度只对导体的有效电阻率有影响（可能增加它）。但是，随着频率的增加，集肤深度变得相当，然后小于导体表面的凸起，观察到非平坦导体表面的集肤效应。具体下周发布信号线铜导体的高频性能分析（下篇）.

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