Skin-ilmiö on yksi perustavanlaatuisimmista fysikaalisista ilmiöistä korkeataajuisessa PCB-signaalinsiirrossa. Se muuttaa täysin virran jakautumiskuvion kuparifolioreitityksessä, mikä vaikuttaa suoraan piirin häviöön, impedanssin vakauteen ja signaalin eheyteen. Se on avaintekijä, jota on valvottava huolellisesti korkeataajuisten piirilevyjen suunnittelussa.
Ihovaikutuksen fyysinen ydinmekanismi
Perusmääritelmä: Kun vaihtovirta etenee johtimessa, siihen vaikuttaa sähkömagneettinen induktio ja virta keskittyy johtimen pintaan, jolloin virtaa ei kulje lähes lainkaan johtimen keskialueen läpi.
Vahva korrelaatio taajuuden ja ihon syvyyden välillä: Mitä korkeampi taajuus, sitä ohuempi on "ihokerros", johon virta kerääntyy. Esimerkkinä kuparijohtimet 100 MHz:n signaalin pintasyvyys on noin 6,6 μm, kun taas perinteisen piirilevyn 1 unssin kuparikalvon kokonaispaksuus on 35 μm. Korkeataajuista virtaa siirretään vain kuparikalvon pinnan erittäin ohuella alueella, ja suurin osa kuparikalvon sisäpinnasta on tyhjäkäynnillä.
Viite kuparipinnan syvyydestä eri taajuuksilla: 0,1175 tuumaa 10 Hz:llä, 0,027 tuumaa 10 kHz:llä, 0,0027 tuumaa 10 MHz:llä ja vain 0,00027 tuumaa 10 GHz:llä.
Erityinen vaikutus suurtaajuisten PCB-piirien suorituskykyyn
Merkittävästi kasvava johtimen AC-häviö: Virran tehokas johtava poikki-poikkipinta-ala pienenee huomattavasti, johdotuksen AC-resistanssi kasvaa merkittävästi ja enemmän energiaa muunnetaan lämpöenergiaksi signaalin lähetyksen aikana, mikä johtaa jatkuvaan korkean-taajuisen signaalin amplitudin vaimenemiseen ja virheiden esiintymiseen helposti vastaanottopäässä pitkän matkan- jälkeen.
Pienen{0}}taajuisen linjan leveyden suunnittelun logiikan kumoaminen: linjan leveyden kaksinkertaistaminen, johdotuksen poikki-pinta-alan kaksinkertaistaminen ja tasavirtaresistanssin puolittaminen matalataajuisissa{2}}skenaarioissa; Kuitenkin ihovaikutuksen vaikutuksesta ero tehokkaan johtavan alueen välillä leveiden ja kapeiden jälkien välillä pienenee merkittävästi ja vastuksen lasku on mitätön. Sokeasti leventyvät jäljet eivät pysty lineaarisesti parantamaan virran kantokykyä ja myös tuhlaavat asettelutilaa.
Impedanssin vaihteluiden ja lisäsäteilyn laukaiseminen: Kun langan leveys ja epäjatkuvia kulmia tapahtuu äkillisesti, skin-virran jakautuminen häiriintyy, mikä johtaa ylimääräisiin pyörrevirtahäviöihin, samalla kun se tuhoaa siirtolinjan impedanssin jatkuvuuden, aiheuttaa signaalin heijastusta ja tehostaa tarpeetonta sähkömagneettista säteilyä.
Differentiaalisen signaalin kumoamisen vaikutuksen häiriintyminen: Skin vaikutus tehostaa yhden johdon sähkömagneettista säteilyä. Jos differentiaaliparin kahdella johdolla on eri viivaleveydet, kahden signaalin häviö ja vaihe osoittavat merkittäviä poikkeamia ja alun perin symmetrisellä suunnittelulla aikaansaatu sähkömagneettisen säteilyn vaimennusvaikutus vähenee huomattavasti.
Kohdennettu optimointisuunta suurtaajuuspiirilevysuunnittelussa
Aseta etusijalle paksujen kuparilevyjen käyttö: Korkean{0}}taajuuden ja suuren virran skenaarioissa 2 unssin ja 3 unssin paksuisten kuparilevyjen käyttäminen vakioviivanleveydellä tarjoaa paremman sähköisen suorituskyvyn kuin 1 unssin ohut kupari erittäin leveällä johdotuksella. Se voi lisätä merkittävästi ihokerroksen tehokasta johtavaa pinta-alaa ja vähentää vaihtovirtavastusta samalla säästäen asettelutilaa.
Hallitse tiukasti johdotuksen geometrista tarkkuutta: määritä korkeat-tarkkuusetsausmääritykset, hallitse viivan leveyden kokonaisvirhettä +/-0,0007 tuuman sisällä, käytä 45 asteen kulmaa tai kaarisiirtymää johdotuksen kulmissa, vältä äkillisiä muutoksia linjan leveydessä terävän kaventumisen vuoksi ja varmista koko johdotusosan jatkuva ja tasainen leveys.
Optimoi johdotuksen pinnan kunto: Käytä matalakarheaa kuparifoliopintakäsittelyä, jotta perinteinen karkea kuparihammasrakenne ei pidentäisi korkeataajuisten elektronien siirtoreittiä ja pienennä mikrokitkan aiheuttamaa energiahävikkiä.
Differentiaalijohdotus on tiukasti symmetrinen: varmistetaan, että kahden johtimen differentiaaliparin linjan leveys, pituus ja ympäröivä kupariympäristö ovat täysin yhdenmukaisia, linjan leveyden toleranssia ohjataan hyvin pienellä alueella, ylläpitäen kahden signaalin häviö- ja vaihesynkronointia ja varmistaen differentiaalisen kumoamisvaikutuksen.