印刷电路板（PCBs）导体的表面粗糙度是一个不能忽视的材料参数。就像在前一篇系列博文中具体介绍的那样，PCB导体层的表面粗糙度对于通过导体的信号损失会有很大的影响。如果在设计阶段导体表面粗糙度的影响没有被考虑在内，那么在使用软件进行模拟时，结果可能会有偏差。在实际的电路上进行测试的时候，与实际测试结果对比这些偏差可能会非常显著。这些差异可能会造成设计时间的损失，设计反复，以及设计新电路的时间和成本的增加。

有人可能会问PCB导体的粗糙度是怎么测量的，有几种不同的方法，包括接触和非接触式的。基于接触式仪表的测量系统用一根细针来绘制PCB导体表面一小块区域的粗糙度。这个方法受限于测量速度，而且仅限于测试一小块区域，这就使得测量整块线路板导体表面粗糙度变得很困难。

非接触式表面粗糙度测试方法通常是基于光谱法以及其他光学方法。例如，在罗杰斯公司导体表面粗糙度是通过来自Veeco (www.veeco.com)的Wyko® NT1100光学分析系统来确定的。为非接触式先进材料表面度量设计的类似于光学显微镜的小尺寸测试系统是基于白光干涉法。这个系统可以产生一个大约为1x1mm区域内PCB导体表面分布的三维图像。这个系统的垂直量距可以从0.1nm到1mm，最小分辨率可以达到1埃且测量重复性的均方根值可以达到0.01nm。这个测试方法也包括可以确定不同统计参数的软件，包括均方根粗糙度和峰谷值粗糙度。

就像之前提到的，S.P. Morgan在1949年的著作奠定了关于导体表面粗糙度影响的现代知识的基石。摩根相关系数是一种导体表面粗糙度的校正系数，在为预测由于导体表面粗糙度造成的信号损失而设计的计算和程序中是常常用到。计算通常会包含一个表面粗糙度的校正系数Kr，它将PCB导体表面的相对粗糙度考虑在内，是光滑表面相对粗糙表面插损的一个比值。摩根相关性趋于预测导体表面粗糙度最高且工作频率也是最高时的损耗。

尽管如此，虽然这个方法已经由来已久，但是基于摩根著作的计算方法在某些情况下可能是比较保守的，因为这些计算预测的是最糟糕的情况，损耗是完全光滑表面差不多两倍的超级粗糙的导体表面。但是更新的研究，包括几个由罗杰斯公司完成的，表明与理想的光滑导体相比，一个导体的粗糙表面造成的信号损失甚至可能会超过3dB。尤其是在超过10GHz的频率，这些更新的研究已经发现对于特别粗糙的导体表面造成的损失会超过摩根相关系数的预测。

关于导体表面粗糙度的最新研究的目标是为了发展精确模型来解释表面粗糙度对于模拟微波以及高速数字PCB电性能的影响。在寻找更好的导体表面粗糙度模型的过程中，摩根相关系数是一个起点。通常基于摩根相关系数的导体损耗的计算结果和测试得到的实际结果是相当吻合的。有一点非常重要需要注意的是这些计算一般都是在比用于数字电路的薄基材更厚的微波线路材料上进行的。比如有过度粗糙的导体表面引起的相位失真会导致高速数字电路的时序误差。另外，有些研究还表明由覆有粗糙表面导体的薄基材计算出来的介电常数比由相同介质厚度但是覆有光滑表面导体的PCB材料计算出来的结果明显的大。

由于基于导体表面粗糙度的模型进行高频或高速线路地设计可能会造成偏差，这些模型应该包含有关PCB材料性质的越多细节越好，包括那些与频率相关的，比如相对介电常数。通常，在建立PCB导体表面粗糙度对于射频/微波电性能影响的模型时，三维（3-D）全波电磁场求解器以及二维（2-D）平面电磁模拟软件工具将会被用到。这些工具应该包含待测的的PCB材料的详细模型，或者提供一种用户自定义PCB材料模型的方法，包括详细的PCB导体粗糙度的信息。

罗杰斯公司最近的研究表明导体表面粗糙度会影响PCB的传播常数。当传输线的单位长度相位用来计算有效的介电常数时，相位常数中的误差会导致材料介电常数的误差。对于CAE软件来说，他们必须能够将由于导体表面粗糙造成的比预期更高的导体损耗考虑在内，否则计算得到的相位常数结果将是错误的。

有些CAE软件供应商的确提供模拟导体表面粗糙度影响的工具，比如来自Sonnet软件公司(www.sonnetsoftware.com) Sonnet 12.56.1及以后的版本。它包含了罗杰斯公司PCB材料铜箔表面粗糙度的影响，而且基于光滑表面和粗糙表面的比值我们可以计算出薄或厚铜导体的表面阻抗。

更多有关PCB导体表面粗糙程度的分析以及模型开发的细节可以在几篇免费下载的文章中找到，“在薄介质 的高频传输线中导体粗糙度对于插入损耗、相位常数以及色散的影响”和“导体粗糙程度对于微带传输线传输常数的影响”。这两篇文章的PDF版本都可以在罗杰斯官网上免费下载。
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