Скин ефекат је један од најосновнијих физичких феномена у високофреквентном преносу ПЦБ сигнала. Потпуно мења образац дистрибуције струје у рутирању бакарне фолије, директно утичући на губитак кола, стабилност импедансе и интегритет сигнала. То је кључни фактор који се мора пажљиво контролисати у високофреквентном дизајну ПЦБ-а.
Основни физички механизам ефекта коже
Основна дефиниција: Када се наизменична струја шири у проводнику, на њу утиче електромагнетна индукција, а струја ће се концентрисати на површини проводника, при чему скоро никаква струја не пролази кроз централну област проводника.
Снажна корелација између фреквенције и дубине коже: што је виша фреквенција, тањи је „слој коже“ где се струја акумулира. Узимајући за пример бакарне проводнике, дубина коже сигнала од 100 МХз је око 6,6 μм, док укупна дебљина конвенционалне ПЦБ 1оз бакарне фолије достиже 35 μм. Струја високе фреквенције се преноси само у изузетно танком делу површине бакарне фолије, а велика већина унутрашње површине бакарне фолије је у стању мировања.
Референца за дубину бакрене коже на различитим фреквенцијама: 0,1175 инча на 10Хз, 0,027 инча на 10кХз, 0,0027 инча на 10МХз и само 0,00027 инча на 10ГХз.
Специфичан утицај на перформансе високофреквентних ПЦБ кола
Значајно повећање губитка наизменичне струје проводника: ефективна проводна површина попречног-попречног пресека струје је у великој мери смањена, отпор наизменичне струје ожичења је значајно повећан, а више енергије се претвара у топлотну енергију током преноса сигнала, што резултира континуираним слабљењем високо-амплитуде сигнала високе фреквенције и лаком појавом грешака на крају{2ви} дугог пријема.
Подривање логике дизајна ширине линије ниске{0}}не фреквенције: удвостручавање ширине линије, удвостручавање површине попречног-попречног пресека ожичења и преполовљење отпора једносмерне струје у сценаријима ниске фреквенције; Међутим, под дејством скин ефекта, разлика у ефективној проводној површини између широких и уских трагова је значајно смањена, а смањење отпора је занемарљиво. Трагови који се слепо шире не могу линеарно побољшати капацитет струје и такође ће изгубити простор за распоред.
Покретање флуктуација импедансе и додатног зрачења: Када дође до нагле промене ширине жице и дисконтинуираних углова, дистрибуција струје коже ће бити поремећена, што ће резултирати додатним губицима вртложних струја, док се истовремено уништава континуитет импедансе далековода, изазива рефлексија сигнала и повећава непотребно зрачење, смањујући перформансе електромагнетног зрачења.
Ометање ефекта поништавања диференцијалног сигнала: ефекат коже ће појачати електромагнетно зрачење једне жице. Ако две жице диференцијалног пара имају различите ширине линија, губитак и фаза два сигнала ће показати значајна одступања, а ефекат поништавања електромагнетног зрачења првобитно постигнут симетричним дизајном ће бити знатно смањен.
Циљани правац оптимизације у високофреквентном дизајну ПЦБ-а
Дајте предност употреби дебелих бакарних лимова: У сценаријима високе-учесталости и велике струје, коришћење бакарних лимова од 2 оз и 3 оз са стандардним ширинама линија обезбеђује боље електричне перформансе од танког бакра од 1 оз са ултра широким ожичењем. Може значајно повећати ефективну проводну површину слоја коже и смањити отпор наизменичне струје уз уштеду простора за распоред.
Строго контролишите геометријску тачност ожичења: успоставите спецификације високе{0}}прецизности гравирања, контролишите укупну грешку ширине линије унутар +/-0,0007 инча, користите угао од 45 степени или прелаз лука за углове ожичења, избегавајте изненадне промене ширине линије услед оштрог сужавања и обезбедите непрекидну и глатку ширину пресека.
Оптимизујте стање површине ожичења: Усвојите површинску обраду бакарне фолије ниске храпавости да бисте избегли традиционалну грубу бакарну зупчасту структуру која издужује пут преноса високо-електрона и смањи губитак енергије изазван микро трењем.
Диференцијално ожичење је стриктно симетрично: осигуравајући да су ширина линије, дужина и околно бакарно окружење диференцијалног пара две жице потпуно конзистентни, толеранција ширине линије се контролише у врло малом опсегу, одржавајући губитак и фазну синхронизацију два сигнала, и осигуравајући ефекат поништавања диференцијала.