Το δερματικό αποτέλεσμα είναι ένα από τα πιο θεμελιώδη φυσικά φαινόμενα στη μετάδοση σήματος PCB υψηλής συχνότητας. Αλλάζει εντελώς το μοτίβο κατανομής του ρεύματος στη δρομολόγηση του φύλλου χαλκού, επηρεάζοντας άμεσα την απώλεια κυκλώματος, τη σταθερότητα της σύνθετης αντίστασης και την ακεραιότητα του σήματος. Είναι ένας βασικός παράγοντας που πρέπει να ελέγχεται προσεκτικά στη σχεδίαση PCB υψηλής-συχνότητας.
Ο βασικός φυσικός μηχανισμός του δερματικού αποτελέσματος
Βασικός ορισμός: Όταν το εναλλασσόμενο ρεύμα διαδίδεται σε έναν αγωγό, επηρεάζεται από την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή και το ρεύμα θα συγκεντρωθεί στην επιφάνεια του αγωγού, χωρίς σχεδόν κανένα ρεύμα να διέρχεται από την κεντρική περιοχή του αγωγού.
Η ισχυρή συσχέτιση μεταξύ συχνότητας και βάθους δέρματος: Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα, τόσο πιο λεπτό είναι το «στρώμα του δέρματος» όπου συσσωρεύεται ρεύμα. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τους χάλκινους αγωγούς, το βάθος δέρματος ενός σήματος 100 MHz είναι περίπου 6,6 μ m, ενώ το συνολικό πάχος ενός συμβατικού φύλλου χαλκού PCB 1 oz φτάνει τα 35 μ m. Ρεύμα υψηλής συχνότητας μεταδίδεται μόνο στην εξαιρετικά λεπτή περιοχή της επιφάνειας του φύλλου χαλκού και η συντριπτική πλειοψηφία της εσωτερικής περιοχής του φύλλου χαλκού είναι αδρανής.
Αναφορά για χάλκινο βάθος δέρματος σε διαφορετικές συχνότητες: 0,1175 ίντσες στα 10 Hz, 0,027 ίντσες στα 10 kHz, 0,0027 ίντσες στα 10 MHz και μόνο 0,00027 ίντσες στα 10 GHz.
Η συγκεκριμένη επίδραση στην απόδοση των κυκλωμάτων PCB υψηλής συχνότητας
Σημαντικά αυξανόμενη απώλεια εναλλασσόμενου ρεύματος αγωγού: Η αποτελεσματική αγώγιμη-διατομή του ρεύματος μειώνεται σημαντικά, η αντίσταση εναλλασσόμενου ρεύματος της καλωδίωσης αυξάνεται σημαντικά και περισσότερη ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια κατά τη μετάδοση του σήματος, με αποτέλεσμα τη συνεχή εξασθένηση του πλάτους του σήματος υψηλής συχνότητας και την εύκολη εμφάνιση σφαλμάτων λήψης μετά από μακροχρόνιο τέλος{2}.
Ανατροπή της λογικής του σχεδιασμού πλάτους γραμμής χαμηλής-συχνότητας: διπλασιασμός του πλάτους γραμμής, διπλασιασμός της περιοχής διατομής-της καλωδίωσης και μείωση κατά το ήμισυ της αντίστασης DC σε σενάρια χαμηλής-συχνότητας. Ωστόσο, υπό την επίδραση του φαινομένου του δέρματος, η διαφορά στην αποτελεσματική αγώγιμη περιοχή μεταξύ ευρέων και στενών ιχνών μειώνεται σημαντικά και η μείωση της αντίστασης είναι αμελητέα. Τα τυφλά διευρυνόμενα ίχνη δεν μπορούν να βελτιώσουν γραμμικά την ικανότητα μεταφοράς ρεύματος και επίσης θα σπαταλήσουν χώρο διάταξης.
Ενεργοποίηση διακυμάνσεων σύνθετης αντίστασης και πρόσθετης ακτινοβολίας: Όταν υπάρχει ξαφνική αλλαγή στο πλάτος του σύρματος και στις ασυνεχείς γωνίες, η κατανομή του ρεύματος του δέρματος θα διαταραχθεί, με αποτέλεσμα πρόσθετες απώλειες δινορευμάτων, ενώ καταστρέφεται η συνέχεια της σύνθετης αντίστασης της γραμμής μεταφοράς, προκαλώντας ανάκλαση σήματος και ενίσχυση της περιττής ηλεκτρομαγνητικής απόδοσης της ακτινοβολίας.
Διαταραχή της επίδρασης της ακύρωσης διαφορικού σήματος: Το εφέ δέρματος θα ενισχύσει την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ενός μόνο καλωδίου. Εάν τα δύο καλώδια του διαφορικού ζεύγους έχουν διαφορετικά πλάτη γραμμής, η απώλεια και η φάση των δύο σημάτων θα παρουσιάσουν σημαντικές αποκλίσεις και το φαινόμενο ακύρωσης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που αρχικά επιτεύχθηκε με συμμετρικό σχεδιασμό θα μειωθεί σημαντικά.
Στοχευμένη κατεύθυνση βελτιστοποίησης στο σχεδιασμό PCB υψηλής συχνότητας
Δώστε προτεραιότητα στη χρήση χοντρών φύλλων χαλκού: Σε σενάρια υψηλής-συχνότητας και υψηλού ρεύματος, η χρήση φύλλων χαλκού πάχους 2 oz και 3 oz με τυπικά πλάτη γραμμών παρέχει καλύτερη ηλεκτρική απόδοση από τον λεπτό χαλκό 1 ουγκιά με εξαιρετικά ευρεία καλωδίωση. Μπορεί να αυξήσει σημαντικά την αποτελεσματική αγώγιμη περιοχή του στρώματος του δέρματος και να μειώσει την αντίσταση AC ενώ εξοικονομεί χώρο διάταξης.
Ελέγξτε αυστηρά τη γεωμετρική ακρίβεια της καλωδίωσης: καθορίστε προδιαγραφές χάραξης υψηλής ακρίβειας, ελέγξτε το συνολικό σφάλμα πλάτους γραμμής εντός +/-0,0007 ίντσες, χρησιμοποιήστε γωνία 45 μοιρών ή μετάβαση τόξου για τις γωνίες καλωδίωσης, αποφύγετε τις ξαφνικές αλλαγές στο πλάτος της γραμμής λόγω απότομου στένωση και εξασφαλίστε το συνεχές και ομαλό πλάτος του τμήματος καλωδίωσης ολόκληρου του τμήματος καλωδίωσης.
Βελτιστοποιήστε την κατάσταση της επιφάνειας της καλωδίωσης: Υιοθετήστε μια επεξεργασία επιφάνειας από φύλλο χαλκού χαμηλής τραχύτητας για να αποφύγετε την παραδοσιακή τραχιά χάλκινη δομή δοντιών να επιμηκύνει τη διαδρομή μετάδοσης ηλεκτρονίων υψηλής-συχνότητας και να μειώσει την απώλεια ενέργειας που προκαλείται από μικροτριβές.
Η διαφορική καλωδίωση είναι αυστηρά συμμετρική: διασφαλίζοντας ότι το πλάτος γραμμής, το μήκος και το περιβάλλον χαλκού του διαφορικού ζεύγους δύο καλωδίων είναι απολύτως συνεπή, η ανοχή εύρους γραμμής ελέγχεται σε πολύ μικρό εύρος, διατηρώντας την απώλεια και το συγχρονισμό φάσης των δύο σημάτων και διασφαλίζοντας το φαινόμενο ακύρωσης διαφορικού.