趋肤效应对PCB高频板设计DDR绕线等长的影响

      很多同行来问什么是趋肤效应，趋肤效应应该是附在表面，为什么变成了附在线路横截面的底面？下面就和小易，一起具体了解下趋肤效应。

进入高频以后就不一样了，就像咱们1000米跑步，大家都知道内侧的距离最短，都会争抢着去跑道的内侧，这个时候就无法保持原来整齐的队

 
形了。电子也是一样的，它就像赛车手一样，很聪明的自动寻找内侧的最短路径，如下图中绿色的路径，这样就造成了实际的路径长度要远远小于100mil, 弯曲的部分越多，实际的路径就越短。

 

 

 

       趋肤效应也称集肤效应，英文术语是Skin effection,它是指在电流流过导体时，由于导体与其上建立的电磁场之间的相互作用，使电流集中到导体横截面的表面的现象。具体来说，当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，而导体内部实际上电流较小。

        趋肤效应导致导体的电阻增加，进而增加了其损耗功率。趋肤效应与交流电的频率有关，频率越高，趋肤效应越显著。在高频情况下，电流几乎完全从导体表面流过。         光从概念来讲，可能是一头雾水，一起来看下实例，下图是一个高频Cable线的横截面剖视图，在高频的情况下，电流只在阴影部分流通，中间空白部分实际上是没有任何电流通过的。

 

 

        我们学过物理的都知道，导线的电阻计算公式为：          R＝ρ×L/S （ρ为导体电阻率，L为导体长度，S为导体横截面积）；
          其中ρ和L是不变的，在趋肤效应作用下，S实际上为上图中阴影部分的面积，这样就S值就缩小，造成了导线阻值R的增大。同时小易使用了Sigrity来仿真出了5GHz的频率下的一个云图，如下图所示，红色部分是电流大都在圆弧的外侧。

 

 

         因此，对于高频信号线来说，中间的金属部分实际上没有存在的必要，这也是很多高频的Cable连接线都使用的空心电缆的原因，同时也节省了金属材料。

          趋附效应有个经验公式如下，频率越高，透入深度值就越小；

 

      上面所说的趋肤效应是单根高频线，与其他线隔离的一个状态，如果在线路板中，高频信号线是处在一个与很多信号交织的过程，那这样趋肤效应会发生什么变化呢？

      如下图所示，在电路板中，信号组成了一个由正到负的回路，在高频线的下方，EDA工程师需要添加用于回流的GND信号，这样可以使信号的回流路径尽量短。由于正负电荷的吸引，会使双方的电荷集中到绝缘层FR4的两个面上，不再是集中到导线的4个表面上。

 

 

       这样，到了实际的电路板中，趋肤效应就变成了趋附效应 ，导线的上表面是没有电流的。在一些电路中，比如汽车电子，通过加厚铜箔到4Oz厚度来增大导线的同流能力，但发现到了高频电路里，这种方式是无效的，不管铜箔有多厚，实际有电流的就那么厚一点，就像修路一样，路修的再宽，车子不走也没用。

      趋附效应是一个3维的立体效应，对上下异面信号有影响，同时在导线绕线时也对路径在同面有影响，这里就不过多谈论了。