随着数字系统的发展，新技术的需求推动了更小更快的系统，以前被认为微不足道的传输线损耗问题，正在成为设计的首要关注点。在时钟频率高于1GHz时，频率相关性传输损耗的影响已经实实在在发生了，尤其要关注如千兆位串行链路那样的长线路上快速上升时间的信号。这种频率相关性导致上升时间衰减，并降低信号的带宽上限，从而导致信道数据传输率降低。在本月的专栏中，我将研究传输线损耗对信号完整性的影响。
在理想的情况下，传输线的损耗与频率无关，整个信号波形的振幅会随着距离均匀地减小，并且上升时间保持不变。振幅的减小可以通过在接收端应用增益（提高音量）轻易得到补偿。然而，在实际情况中，当信号沿着有损耗的传输线传播时，高频分量的振幅减小，而低频分量不受影响。这种高频分量的选择性衰减是码间干扰（ISI）和信号眼闭合的根本原因，如图1所示。
图1：传输线损耗时信号眼闭合现象（Hyperlynx仿真分析）
传输线的电容和电感本身不吸收信号的高频分量，而是能量被反射回源端，除非源端吸收，否则会产生振铃和过冲。
为了计算传输线的射频损耗，需要考量每个机制的衰减，这些机制可以分解成至少4个主要组成部分：金属损耗、介质损耗、介质电导率和杂散辐射。
电荷流过材料导致能量损耗。外层微带线和内层带状线的导体损耗都可以细分为2个部分：直流和交流损耗。这里说的直流电是低于1MHz的电路。虽然直流损耗一般不适用于高速电路设计，但电阻下降会侵占多点系统（如SODIMM DDR3/4的地址、命令控制总线布线）的逻辑电平和噪声容限。然而，板载内存通常信号线长度都小于3英寸，正因如此，没有凸显这个问题。
一个典型的5 mil宽、1.4 mil厚（1oz铜）、1英寸长的线路，通上直流电时信号通道的电阻通常是0.1欧姆/英寸。铜和大多数其他金属的体电阻率在频率接近100 GHz以前是恒定的。不管怎样，正是因为趋肤效应，引发了导体的频率相关性，如图2所示。
图2：电阻vs.频率（5 mil，1盎司，50欧姆的线路）
交流电，因其频率相关性，导体损耗呈电阻性或电感性。低频时，我们认为电阻和电感同于直流电，但随着频率的增加，在传输线和基准面上的截面电流分布变得不均匀，并移动到导体的外部。由于趋肤效应，电流被迫进入铜的外表面，从而大大增加了损耗。电流的重新分布使电阻增大、每单位长度的线圈电感减小。随着频率增加到超过1GHz时，电阻不断增加，线圈电感量达到一个极限值，成为外电感。频率越高，电流在导体外表面流动的趋势就越大。交流电阻将保持与直流电阻大约相等，直到频率升高到某一个点，即趋肤深度小于导体厚度时。
图3：微带（左）和带状（右）线路的趋肤深度
在微带结构中（图3，左），电流（蓝色）将在最接近基准面的路线下面流动，并且在所述频率的趋肤深度只使用铜。然而，在一个带状线结构（右）中，线路的顶部和底部都会有电流，分流比例将取决于靠近哪里，即上下基准面将分担回流。基本上，对称带状结构布线，在高频时导线载流量翻倍。
传输线信号的衰减有2个和频率相关的过程：串联电阻通过信号和回路导体，分流电阻通过有损介电材料。
介质损耗也可以分解为2个部分：直流和交流损耗。由于用于制造印制线路板的介质材料不是完美的绝缘体，在信号导体和基准平面之间，有很小的与材料间直流压降有关的直流损耗。直流电在由结构形成的电容器中流动，称为漏电流。不管怎样，导体损耗是主要的，直流损耗通常可以忽略不计。但随着频率的增加，交流损耗也会增加。接下来，重要的是要理解导致介质损耗随频率变化的基本原理。
交流电压下的电介质损耗是指电荷在交变电磁场中随着极化方向的能量耗散。电容器在电压作用下，会产生电场。该电场将使电介质中的偶极子与电场对齐。这些偶极子的运动，从一个电极到另一个电极，以瞬间电流通过材料。在高频时，由于偶极运动的增加，电导率增加。材料中的偶极子的数量，以及每个偶极子能在场中旋转距离，被称为材料的损耗因子（DF）或损耗角正切（
