Kožní efekt je jedním z nejzákladnějších fyzikálních jevů při vysokofrekvenčním přenosu signálu PCB. Zcela mění rozložení proudu ve vedení měděné fólie, přímo ovlivňuje ztrátu obvodu, stabilitu impedance a integritu signálu. Je to klíčový faktor, který je třeba pečlivě kontrolovat při návrhu vysokofrekvenčních desek plošných spojů-.
Základní fyzikální mechanismus účinku kůže
Základní definice: Když se střídavý proud šíří vodičem, je ovlivněn elektromagnetickou indukcí a proud se soustředí na povrch vodiče, přičemž středovou oblastí vodiče neprochází téměř žádný proud.
Silná korelace mezi frekvencí a hloubkou pokožky: Čím vyšší frekvence, tím tenčí je „vrstva kůže“, kde se hromadí proud. Vezmeme-li jako příklad měděné vodiče, hloubka vrstvy 100MHz signálu je asi 6,6 μm, zatímco celková tloušťka běžné měděné fólie PCB 1oz dosahuje 35 μm. Vysokofrekvenční proud je přenášen pouze v extrémně tenké oblasti povrchu měděné fólie a velká většina vnitřní oblasti měděné fólie je nečinná.
Referenční hloubka měděné vrstvy při různých frekvencích: 0,1175 palce při 10 Hz, 0,027 palce při 10 kHz, 0,0027 palce při 10 MHz a pouze 0,00027 palce při 10 GHz.
Specifický dopad na výkon vysokofrekvenčních obvodů PCB
Výrazně rostoucí střídavá ztráta vodiče: Účinná vodivá průřezová{0}}plocha proudu je značně snížena, střídavý odpor vedení je výrazně zvýšen a při přenosu signálu se více energie přeměňuje na tepelnou energii, což má za následek neustálý útlum amplitudy vysokofrekvenčního signálu a snadný výskyt chyb na přijímacím konci po vedení na dlouhé-vzdálenosti.
Podvracení logiky návrhu šířky nízkofrekvenčního vedení: zdvojnásobení šířky vedení, zdvojnásobení-průřezu vedení a snížení stejnosměrného odporu na polovinu v nízkofrekvenčních scénářích-; Pod vlivem kožního efektu se však rozdíl v efektivní vodivé ploše mezi širokými a úzkými stopami výrazně sníží a pokles odporu je zanedbatelný. Slepé rozšiřování tras nemůže lineárně zlepšit proudovou zatížitelnost a bude také plýtvat prostorem v uspořádání.
Spouštění kolísání impedance a dodatečného vyzařování: Když dojde k náhlé změně šířky vodiče a nesouvislých rohů, dojde k narušení distribuce kožního proudu, což povede k dalším ztrátám vířivými proudy a zároveň ke zničení kontinuity impedance přenosového vedení, což způsobí odraz signálu a zesílí zbytečné elektromagnetické záření, čímž se sníží výkon EMC.
Narušení efektu zrušení diferenciálního signálu: Kožní efekt zesílí elektromagnetické záření jednoho vodiče. Pokud mají dva vodiče diferenciálního páru různé šířky vedení, bude ztráta a fáze těchto dvou signálů vykazovat značné odchylky a účinek potlačení elektromagnetického záření původně dosažený symetrickým designem bude značně snížen.
Cílený směr optimalizace ve vysokofrekvenčním návrhu DPS
Upřednostněte použití silných měděných plechů: Ve scénářích s vysokou{0}}frekvencí a vysokým proudem poskytuje použití měděných plechů o tloušťce 2 oz a 3 oz se standardní šířkou vedení lepší elektrický výkon než 1 oz tenká měď s ultra širokým vedením. Může výrazně zvýšit účinnou vodivou plochu vrstvy kůže a snížit odpor střídavého proudu a zároveň šetřit prostor v uspořádání.
Přísně kontrolujte geometrickou přesnost kabeláže: stanovte specifikace vysoce{0}}přesného leptání, kontrolujte celkovou chybu šířky čáry v rozmezí +/-0,0007 palce, použijte 45stupňový úhel nebo obloukový přechod pro rohy kabeláže, vyhněte se náhlým změnám šířky čáry v důsledku prudkého zúžení a zajistěte souvislou a hladkou šířku celé části kabeláže.
Optimalizujte stav povrchu vedení: Použijte povrchovou úpravu měděnou fólií s nízkou drsností, abyste se vyhnuli tradiční drsné měděné zubové struktuře prodlužující přenosovou dráhu vysokofrekvenčních elektronů-a snížili energetické ztráty způsobené mikrotřením.
Diferenciální zapojení je přísně symetrické: zajišťuje, že šířka vedení, délka a okolní měděné prostředí diferenciálního páru dvou vodičů jsou zcela konzistentní, tolerance šířky vedení je řízena ve velmi malém rozsahu, udržuje ztrátu a fázovou synchronizaci dvou signálů a zajišťuje efekt rozdílového zrušení.