在如今PCB上越来越多高速率接口的时代,如果继续沿用传统的数字电路设计思维来处理Gbps超高速的数字信号传输,很有可能会遇到信号及电源完整性问题,从而延误产品上市时间甚至是造成项目设计的失败,所以充分了解电信号如何在线路上传输的物理现象是很有必要的。
在专栏的《PCB上的电流》系列章节中,我们将了解到PCB上从直流电流到Gbps级信号传输的物理现象。
恒定电流DC导电材料中自由电荷的恒定流动,也即宏观特性不随时间变化的恒定(非时变)电流,称为恒定电流,也称为直流电流,DC(Directcurrent)。
电子缓慢的漂移速度在没有外加电场的情况下,导体中的自由电荷由于热能处于随机运动状态,这就是所谓的电荷热运动。相应的速度是热运动速度,记作υt,通常υt相当大。在金属导体中,室温下自由电荷在原子间碰撞,以m/s级的速度做热运动。由于电荷热运动的随机性(没有任何外加电场的情况下),沿任意给定的方向没有任何净宏观运动,即导体中任意一点单个电荷热运动速度的宏观平均速度合成为零。
要存在定义为自由电荷的宏观净流量的电流,就必须在导体中沿某一方向有一个微观电荷速度的非零宏观平均速度;显而易见,这可以通过在导体内部建立并维持一个外(即外加的)电场来实现。
当在一个导电体中建立一个电场E时(典型地是通过在导体的两端之间施加电势差),自由电子会背向电场相反的方向加速。起初,人们认为电子可能会产生一个恒定的加速度,然而,在它们可以获取任何明显的速度之前,电子已经碰撞到晶格,损失掉一部分动能,并有了一个新的随机速度。
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