串行系列-串行与损耗

作者：陈德恒? ??

在第一篇文章中说到，人们是并不怎么担心平坦性衰落的，而频率选择性衰落会使得信号大幅的失真。很不巧，在当前PCB的应用中，我们大部分的损耗都是频率选择性的。

大家通常将损耗分为三部分：介质损耗，导体损耗，辐射损耗。其中，辐射损耗非常非常小，基本上可以忽略不计，让我们来看看介质损耗与导体损耗。

其中，介质损耗又分为两种：

一种是漏电流。当信号线传输的是交变电流的时候，信号路径与回流路径构成的这个电容就会有电流通过，电流大小与频率有关，理想的电容是不消耗能量的，但是由于材料本身并不是完全绝缘的，这就意味着有一定的电阻率，这时材料也就相当于一个电阻，只不过电阻非常大而已。有电流通过电阻，恩，这就是我们的漏电流损耗。

另一种是偶极子重取向引起的损耗。材料中本身是有偶极子（带电粒子）的，当信号从传输线上经过时，信号路径与回流路径之间形成电场，材料中的带电粒子受到电场力而运动，看起来就像电流流过介质一样，电场力转换的频率（偶极子来回摆动的频率）与信号速率有关。

两种介质损耗都是垂直于信号路径的，对边比邻边是tan，所以我们用一个叫损耗角正切的参数来描述材料的损耗。普通的FR4损耗角在0.02以上，而当前已经商用的材料中，损耗角较低的已经低于0.002了。

而导体损耗则分为两侧层次：

第一层是由于趋肤深度引起的电阻损耗。电阻损耗是一个平坦性损耗的典型例子，但是为什么导体损耗也是频率选择性的呢？这就是因为信号在高频之后会产生趋肤效应，导致电流流过的面积越来越小，而使得阻抗越来越大。

趋肤深度与频率的关系（um，GHz）

第二层是由于表面粗糙度引起的电阻损耗。当趋肤深度与材料的梳齿结构可比时，表面粗糙度带来损耗就不可忽略了，这个在以前的章节中也有说明，就不再展开了。