Kesan kulit adalah salah satu fenomena fizikal yang paling asas dalam penghantaran isyarat PCB frekuensi tinggi. Ia mengubah sepenuhnya corak pengedaran arus dalam penghalaan kerajang kuprum, secara langsung menjejaskan kehilangan litar, kestabilan impedans, dan integriti isyarat. Ia merupakan faktor utama yang mesti dikawal dengan teliti dalam-reka bentuk PCB frekuensi tinggi.
Mekanisme fizikal teras kesan kulit
Definisi asas: Apabila arus ulang-alik merambat dalam konduktor, ia dipengaruhi oleh aruhan elektromagnet, dan arus akan tertumpu pada permukaan konduktor, dengan hampir tiada arus yang melalui kawasan pusat konduktor.
Korelasi kuat antara kekerapan dan kedalaman kulit: Semakin tinggi frekuensi, semakin nipis "lapisan kulit" tempat arus terkumpul. Mengambil konduktor tembaga sebagai contoh, kedalaman kulit bagi isyarat 100MHz adalah kira-kira 6.6 μ m, manakala ketebalan keseluruhan kerajang tembaga 1oz PCB konvensional mencapai 35 μm. Arus frekuensi tinggi hanya dihantar di kawasan yang sangat nipis permukaan kerajang kuprum, dan sebahagian besar kawasan dalaman kerajang kuprum terbiar.
Rujukan untuk kedalaman kulit tembaga pada frekuensi berbeza: 0.1175 inci pada 10Hz, 0.027 inci pada 10kHz, 0.0027 inci pada 10MHz dan hanya 0.00027 inci pada 10GHz.
Kesan khusus pada prestasi litar PCB frekuensi tinggi
Kehilangan AC konduktor yang meningkat dengan ketara: Luas keratan rentas-konduktif berkesan arus dikurangkan dengan banyaknya, rintangan AC pendawaian meningkat dengan ketara, dan lebih banyak tenaga ditukar kepada tenaga haba semasa penghantaran isyarat, mengakibatkan pengecilan berterusan amplitud isyarat frekuensi tinggi-dan mudah berlakunya ralat pada- penghujung jarak jauh.
Menumbangkan logik reka bentuk lebar garisan frekuensi rendah-: menggandakan lebar garisan, menggandakan-luas keratan rentas pendawaian dan mengurangkan separuh rintangan DC dalam senario frekuensi-rendah; Walau bagaimanapun, di bawah kesan kesan kulit, perbezaan dalam kawasan konduktif berkesan antara jejak lebar dan sempit berkurangan dengan ketara, dan penurunan rintangan boleh diabaikan. Surih melebar secara membuta tuli tidak dapat meningkatkan kapasiti bawaan semasa secara linear dan juga akan membazirkan ruang susun atur.
Mencetuskan turun naik impedans dan sinaran tambahan: Apabila terdapat perubahan mendadak dalam lebar wayar dan sudut terputus, pengagihan arus kulit akan terganggu, mengakibatkan kerugian arus pusar tambahan, sambil memusnahkan kesinambungan galangan talian penghantaran, menyebabkan pantulan isyarat, dan meningkatkan prestasi sinaran elektromagnet yang tidak perlu, mengurangkan EMC.
Mengganggu kesan pembatalan isyarat pembezaan: Kesan kulit akan meningkatkan sinaran elektromagnet wayar tunggal. Jika dua wayar pasangan pembezaan mempunyai lebar talian yang berbeza, kehilangan dan fasa kedua-dua isyarat akan menunjukkan sisihan yang ketara, dan kesan pembatalan sinaran elektromagnet yang asalnya dicapai oleh reka bentuk simetri akan dikurangkan dengan banyak.
Arah pengoptimuman yang disasarkan dalam reka bentuk PCB frekuensi tinggi
Utamakan penggunaan kepingan kuprum tebal: Dalam senario frekuensi tinggi-dan tinggi, menggunakan kepingan kuprum tebal 2oz dan 3oz dengan lebar talian standard memberikan prestasi elektrik yang lebih baik daripada 1oz kuprum nipis dengan pendawaian ultra lebar. Ia boleh meningkatkan kawasan konduktif berkesan lapisan kulit dengan ketara dan mengurangkan rintangan AC sambil menjimatkan ruang susun atur.
Kawal ketepatan geometri pendawaian dengan ketat: wujudkan -spesifikasi goresan berketepatan tinggi, kawal jumlah ralat lebar talian dalam +/-0.0007 inci, gunakan sudut 45 darjah atau peralihan lengkok untuk sudut pendawaian, elakkan perubahan mengejut pada lebar talian akibat penyempitan tajam dan pastikan keratan lebar pendawaian yang berterusan dan licin.
Optimumkan keadaan permukaan pendawaian: Gunakan rawatan permukaan kerajang kuprum kekasaran rendah untuk mengelakkan struktur gigi tembaga kasar tradisional yang memanjangkan laluan penghantaran elektron frekuensi tinggi-dan mengurangkan kehilangan tenaga yang disebabkan oleh geseran mikro.
Pendawaian pembezaan adalah simetri yang ketat: memastikan bahawa lebar talian, panjang, dan persekitaran tembaga sekeliling pasangan pembezaan dua wayar adalah benar-benar konsisten, toleransi lebar talian dikawal dalam julat yang sangat kecil, mengekalkan penyegerakan kehilangan dan fasa kedua-dua isyarat, dan memastikan kesan pembatalan pembezaan.