我听到电路板设计师和工程师在提到或指定设计时经常提到电流密度。电流密度可以定义为每横截面积的电流。(直流)电流沿迹线处处恒定。但既然面积是一个点的概念，那么电流密度也是一个点的概念。电流密度在几种情况下都会出现。一个是指微量温度。当给定某个假定的电流密度水平时，设计师会询问迹温。我听过工程师们反对使用直角角(我的观点之一)最喜欢的主题)，因为电流密度是最高的绕过尖锐的角落，因此将辐射最强烈的一点(错误的几个不同的水平!)。
剧透警告
一般来说，我不喜欢在文章开头透露妙语。但我认为在这种情况下是合适的。电流密度是一个有趣的概念。基于电流密度的图形可能很吸引人。但从实际的角度来看，电流密度无关．这是一个结果而不是它们的行列式。下面将解释其中的原因。
电流密度和迹温
图1表示TRM(热风险管理，注1)仿真模型。相关参数为(换算成mils为近似值):
所有的痕迹组合都有相同的截面积，0.075 mm2(120毫升2)．我们通过每个迹线组合施加7.5安培，并评估电流密度和迹线温度。结果如表1所示。
电流密度和直角角
如果你想打架，那就找一间满是工程师的房间，问问直角角和EMI，然后关上门。或者，转到SI-List并提出问题。
有观点认为，电流密度在急转弯处最高(实际上不是真的)，因此EMI辐射将在该点最高(也是不正确的)。具有里程碑意义的研究于1998年进行,希望把这个参数床(不!)(注3)。图2中,从这个研究中,展示了一个测试板装配式为了测量辐射EMI配置从不同的角落。任何痕迹的辐射都没有显著差异，即使是恶魔设计的痕迹7指出270度角。电流密度(和直角角)似乎与电磁干扰无关。
电流(直流)遵循最小电阻的路径。阻力最小的路径就是最短的路径。最短路径与内角相邻。所以大部分电流都在靠近内角的地方传播，还有一部分向外角扩散。
说句题外话，应该注意的是，当我们绕过拐角时，截面积会增加。轨迹厚度保持不变，但宽度在转弯中间增加到最大值(高达1.414 x W)。因此，当我们向曲线中点移动时，总电流密度在拐角区域减小。
图4显示了相同模拟的热剖面。图中显示了A、B、C三个点。A和B分别位于轨迹曲线的内外边缘。C是直线段的中点。字母旁边的数字是每个点的温度，单位为oC。尽管模型中A点的电流密度(图3)要高得多，但沿轨迹的最高温度在C点。
这里同时有几个动态因素在起作用。首先，由于道的横截面积增加，因此在道的弯曲区域内的温度降低。电流是恒定的，但电阻随着迹线宽度的增加而减小。因此，I2R加热元件在拐角处减少。然后，痕迹的内边缘更热，因为(板材料的)冷却效率远低于外边缘。角的内部冷却(传导热量)到一个90度象限的转弯。一些直线部分也冷却到这个象限。但外面的边缘冷却(传导热量)到270度象限，这是300%的冷却面积。痕迹的外部边缘冷却得更有效，因此它的温度要低得多。这些都与电流密度无关，电流密度是其他事情的副产品。
通孔周围的电流密度
图5和图6来自我们的via分析。细节不是特别重要，可以在我们的书中找到(注4)。过孔周围电流密度的图形并不是特别有趣。我们在之前的文章(注5)中表明，通过温度与电流(或电流密度)无关;它们是由微量温度决定的。因此，图5中的当前密度模式只是暂时的兴趣。冒着冒犯一些工程师的风险，然而，我要评论的是，它们确实有点像水力(水)模拟电流从一个矩形容器流向另一个矩形容器!
由于轨迹尺寸是完全对称的，所以当前的密度模式也是完全对称的。电流密度在顶部(前)层的前缘最高，在其后缘最低。电流密度在后缘的底层最高。此处未显示的是通孔中点的电流密度模式。在这一点上，电流密度在通孔的圆周上是均匀的。
图6显示了一个更有趣的情况。顶部迹线通过四个通孔连接到垂直于它的底部迹线。迹线段之间的电流在四个通孔之间分割。
每个小孔周围的电流密度是不同的。这是因为电流的最短路径是通过内部的通孔，最长路径是通过外部的通孔。如上所述，模拟表明，每个通孔的电流密度在其周长的中点是均匀的。知道了电流密度，我们可以用电流密度乘以通孔的横截面积来计算每个通孔的实际电流。正如预期的那样，内部通道电流最大，外部通道电流最小。另外两个通孔平均分担电流。四个通孔中的电流之和等于外加电流。
我们分析的一个意想不到的结果是，如果我们通过对每个通道口顶部周围的电流密度进行积分并乘以通道口横截面积来测量“进入”每个通道口的电流，然后将所有这些相加，我们得到的答案大于施加的电流(一个看似不可能的答案)。原因是并不是所有的电流密度在前面的通孔的顶部代表电流实际进入这些特定的通孔。一些代表电流“通过”前过孔的方式到后过孔(注6)。
结论
虽然这里显示和测量的当前密度模式很有趣，但与它们没有实际相关性。它们与痕量温度无关，也与EMI辐射无关。电流密度的量度是a结果对其他关系的影响，而不是它们的决定因素。只关注电流密度不会产生任何实际效果。