Скин-ефектът е един от най-фундаменталните физични феномени при високочестотното предаване на PCB сигнал. Той напълно променя модела на разпределение на тока при насочване на медно фолио, като пряко засяга загубата на верига, стабилността на импеданса и целостта на сигнала. Това е ключов фактор, който трябва да се контролира внимателно при проектирането на високочестотни печатни платки-.
Основният физически механизъм на ефекта на кожата
Основна дефиниция: Когато променливият ток се разпространява в проводник, той се влияе от електромагнитна индукция и токът ще се концентрира върху повърхността на проводника, като почти никакъв ток не преминава през централната част на проводника.
Силната връзка между честотата и дълбочината на кожата: Колкото по-висока е честотата, толкова по-тънък е "слоят на кожата", където се натрупва ток. Вземайки медни проводници като пример, дълбочината на кожата на 100MHz сигнал е около 6,6 μm, докато общата дебелина на конвенционална PCB 1oz медно фолио достига 35 μm. Високочестотният ток се предава само в изключително тънката област на повърхността на медното фолио и по-голямата част от вътрешната площ на медното фолио е неактивна.
Референция за дълбочина на медната повърхност при различни честоти: 0,1175 инча при 10Hz, 0,027 инча при 10kHz, 0,0027 инча при 10MHz и само 0,00027 инча при 10GHz.
Специфичното въздействие върху производителността на високочестотни PCB вериги
Значително нарастваща загуба на променлив ток в проводника: Ефективната проводяща площ на напречното-сечение на тока е значително намалена, променливотоковото съпротивление на окабеляването е значително увеличено и повече енергия се преобразува в топлинна енергия по време на предаване на сигнала, което води до непрекъснато затихване на амплитудата на високо-честотния сигнал и лесна поява на грешки в приемащия край след окабеляване на голямо-разстояние.
Подкопаване на логиката на дизайна на ниско-честотната ширина на линията: удвояване на ширината на линията, удвояване на площта на напречното-сечение на окабеляването и намаляване наполовина на постояннотоковото съпротивление в сценарии с ниска-честота; Въпреки това, под ефекта на скин-ефекта, разликата в ефективната проводяща площ между широки и тесни следи е значително намалена и намаляването на съпротивлението е незначително. Сляпото разширяване на следите не може да подобри линейно текущия капацитет за носене и също така ще загуби пространство за оформление.
Задействане на колебания на импеданса и допълнително излъчване: Когато има внезапна промяна в ширината на проводника и прекъснатите ъгли, разпределението на тока на кожата ще бъде нарушено, което ще доведе до допълнителни загуби на вихрови токове, като същевременно се разрушава непрекъснатостта на импеданса на предавателната линия, причинявайки отражение на сигнала и засилване на ненужното електромагнитно излъчване, намалявайки ефективността на EMC.
Прекъсване на ефекта от анулирането на диференциалния сигнал: Скин ефектът ще подобри електромагнитното излъчване на един проводник. Ако двата проводника на диференциалната двойка имат различна ширина на линията, загубата и фазата на двата сигнала ще покажат значителни отклонения и ефектът на анулиране на електромагнитното излъчване, първоначално постигнат чрез симетричен дизайн, ще бъде значително намален.
Целенасочена посока на оптимизация при проектиране на печатни платки с висока честота
Дайте приоритет на използването на дебели медни листове: При сценарии с висока-честота и висок ток използването на медни листове с дебелина 2oz и 3oz със стандартна ширина на линиите осигурява по-добра електрическа ефективност от тънка мед с дебелина 1oz с ултрашироко окабеляване. Може значително да увеличи ефективната проводима площ на кожния слой и да намали съпротивлението на променлив ток, като същевременно спестява пространство за оформление.
Контролирайте стриктно геометричната точност на окабеляването: установете високо{0}}прецизни спецификации за ецване, контролирайте общата грешка на ширината на линията в рамките на +/-0,0007 инча, използвайте ъгъл от 45 градуса или дъгообразен преход за ъглите на окабеляването, избягвайте внезапни промени в ширината на линията поради рязко стесняване и осигурете непрекъсната и гладка ширина на цялата секция на окабеляването.
Оптимизирайте състоянието на повърхността на окабеляването: Приемете обработка на повърхността с медно фолио с ниска грапавост, за да избегнете традиционната грапава медна зъбна структура, която удължава пътя на предаване на високо-честотни електрони и да намалите загубата на енергия, причинена от микро триене.
Диференциалното окабеляване е строго симетрично: гарантирайки, че ширината на линията, дължината и заобикалящата медна среда на диференциалната двойка от два проводника са напълно последователни, толерансът на ширината на линията се контролира в много малък диапазон, поддържайки загубата и фазовата синхронизация на двата сигнала и гарантирайки ефекта на анулиране на разликата.