Učinek kože je eden najbolj temeljnih fizičnih pojavov pri visokofrekvenčnem prenosu signala PCB. Popolnoma spremeni vzorec porazdelitve toka v napeljavi z bakreno folijo, kar neposredno vpliva na izgubo tokokroga, stabilnost impedance in celovitost signala. To je ključni dejavnik, ki ga je treba skrbno nadzorovati pri-zasnovi visokofrekvenčnega tiskanega vezja.
Osnovni fizični mehanizem kožnega učinka
Osnovna definicija: Ko se izmenični tok širi v prevodniku, nanj vpliva elektromagnetna indukcija, tok pa se koncentrira na površini prevodnika, pri čemer tok skoraj ne teče skozi osrednje območje prevodnika.
Močna korelacija med frekvenco in globino kože: višja kot je frekvenca, tanjša je "plast kože", kjer se kopiči tok. Če za primer vzamemo bakrene prevodnike, je globina kože signala 100 MHz približno 6,6 μm, medtem ko skupna debelina običajne bakrene folije PCB 1oz doseže 35 μm. Visokofrekvenčni tok se prenaša samo v izjemno tankem območju površine bakrene folije, velika večina notranje površine bakrene folije pa je v prostem teku.
Referenca za globino bakrene prevleke pri različnih frekvencah: 0,1175 palca pri 10Hz, 0,027 palca pri 10kHz, 0,0027 palca pri 10MHz in samo 0,00027 palca pri 10GHz.
Poseben vpliv na delovanje visokofrekvenčnih PCB vezij
Bistveno povečana izguba izmeničnega toka v prevodniku: efektivna prevodna površina-preseka toka se močno zmanjša, upornost izmeničnega toka ožičenja se občutno poveča in več energije se med prenosom signala pretvori v toplotno energijo, kar ima za posledico stalno slabljenje amplitude visoko-frekvenčnega signala in enostavno pojavljanje napak na sprejemnem koncu po-ožičenju na velike razdalje.
Podiranje logike zasnove nizko-frekvenčne širine črte: podvojitev širine črte, podvojitev-površine preseka ožičenja in prepolovitev enosmernega upora v nizko-frekvenčnih scenarijih; Vendar pa se pod vplivom kožnega učinka razlika v efektivni prevodni površini med širokimi in ozkimi sledmi znatno zmanjša, zmanjšanje upora pa je zanemarljivo. Slepo širjenje sledi ne more linearno izboljšati trenutne nosilne zmogljivosti in bo tudi zapravilo prostor za postavitev.
Sprožitev nihanj impedance in dodatnega sevanja: Ko pride do nenadne spremembe širine žice in prekinjenih vogalov, bo distribucija kožnega toka motena, kar povzroči dodatne izgube zaradi vrtinčnih tokov, hkrati pa uniči kontinuiteto impedance prenosnega voda, povzroči odboj signala in poveča nepotrebno elektromagnetno sevanje, kar zmanjša učinkovitost EMC.
Prekinitev učinka izničenja diferencialnega signala: Učinek kože bo povečal elektromagnetno sevanje posamezne žice. Če imata dve žici diferencialnega para različne širine črt, bosta izguba in faza obeh signalov pokazali znatna odstopanja in učinek izničenja elektromagnetnega sevanja, ki je bil prvotno dosežen s simetrično zasnovo, bo močno zmanjšan.
Ciljna smer optimizacije pri oblikovanju visokofrekvenčnega tiskanega vezja
Dajte prednost uporabi debelih bakrenih plošč: V scenarijih z visoko-frekvenčnostjo in visokim tokom uporaba 2 oz in 3 oz debelih bakrenih plošč s standardno širino linij zagotavlja boljšo električno zmogljivost kot 1 oz tankega bakra z ultra širokim ožičenjem. Znatno lahko poveča učinkovito prevodno površino kožne plasti in zmanjša odpornost na izmenični tok, hkrati pa prihrani prostor za postavitev.
Strogo nadzirajte geometrijsko natančnost ožičenja: določite visoko{0}}natančne specifikacije jedkanja, nadzirajte skupno napako širine črte v območju +/-0,0007 palcev, uporabite kot 45 stopinj ali ločni prehod za vogale ožičenja, izogibajte se nenadnim spremembam širine črte zaradi ostrih zožitev in zagotovite neprekinjeno in gladko širino celotnega dela ožičenja.
Optimizirajte površinsko stanje ožičenja: uporabite površinsko obdelavo z bakreno folijo z nizko hrapavostjo, da se izognete tradicionalni hrapavi bakreni zobni strukturi, ki podaljšuje prenosno pot visoko{0}}frekvenčnih elektronov, in zmanjšate izgubo energije zaradi mikrotrenja.
Diferencialno ožičenje je strogo simetrično: zagotavljanje, da so širina črte, dolžina in bakreno okolje, ki ga obdaja diferencialni par dveh žic, popolnoma skladni, toleranca širine črte je nadzorovana v zelo majhnem obsegu, ohranjanje izgube in fazne sinhronizacije obeh signalov ter zagotavljanje učinka izničenja diferenciala.