ผลกระทบทางผิวหนังเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ทางกายภาพขั้นพื้นฐานที่สุดในการส่งสัญญาณ PCB ความถี่สูง โดยเปลี่ยนรูปแบบการกระจายของกระแสไฟฟ้าในเส้นทางทองแดงฟอยล์โดยสิ้นเชิง ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการสูญเสียวงจร ความเสถียรของอิมพีแดนซ์ และความสมบูรณ์ของสัญญาณ เป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังในการออกแบบ PCB ความถี่สูง-
กลไกทางกายภาพหลักของผลกระทบของผิวหนัง
คำจำกัดความพื้นฐาน: เมื่อกระแสสลับแพร่กระจายในตัวนำ จะได้รับผลกระทบจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า และกระแสจะมุ่งไปที่พื้นผิวของตัวนำ โดยแทบไม่มีกระแสไหลผ่านบริเวณศูนย์กลางของตัวนำ
ความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งระหว่างความถี่และความลึกของผิวหนัง: ยิ่งความถี่สูงเท่าไร "ชั้นผิวหนัง" ที่กระแสสะสมก็จะบางลงเท่านั้น จากตัวอย่างตัวนำทองแดง ความลึกของผิวของสัญญาณ 100MHz คือประมาณ 6.6 μm ในขณะที่ความหนาโดยรวมของฟอยล์ทองแดง PCB 1oz ทั่วไปสูงถึง 35 μm กระแสไฟฟ้าความถี่สูงจะถูกส่งเฉพาะในพื้นที่ที่บางมากของพื้นผิวฟอยล์ทองแดงเท่านั้น และพื้นที่ภายในส่วนใหญ่ของฟอยล์ทองแดงไม่ได้ใช้งาน
การอ้างอิงความลึกของผิวทองแดงที่ความถี่ต่างๆ: 0.1175 นิ้วที่ 10Hz, 0.027 นิ้วที่ 10kHz, 0.0027 นิ้วที่ 10MHz และเพียง 0.00027 นิ้วที่ 10GHz
ผลกระทบเฉพาะต่อประสิทธิภาพของวงจร PCB ความถี่สูง
การสูญเสีย AC ของตัวนำที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก: พื้นที่หน้าตัด-การนำไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพของกระแสไฟฟ้าลดลงอย่างมาก ความต้านทาน AC ของสายไฟเพิ่มขึ้นอย่างมาก และพลังงานจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนในระหว่างการส่งสัญญาณมากขึ้น ส่งผลให้มีการลดทอนอย่างต่อเนื่องของแอมพลิจูดของสัญญาณความถี่สูง- และเกิดข้อผิดพลาดได้ง่ายที่ปลายรับหลังจากการเดินสายระยะไกล-
ล้มล้างตรรกะของการออกแบบ-ความกว้างของเส้นความถี่ต่ำ: เพิ่มความกว้างของเส้นเป็นสองเท่า เพิ่มพื้นที่หน้าตัด-ของสายไฟเป็นสองเท่า และลดความต้านทาน DC ลงครึ่งหนึ่งในสถานการณ์ความถี่ต่ำ- อย่างไรก็ตาม ภายใต้ผลกระทบของผลกระทบที่ผิวหนัง ความแตกต่างในพื้นที่นำไฟฟ้าที่มีประสิทธิผลระหว่างร่องรอยที่กว้างและแคบจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และความต้านทานที่ลดลงนั้นน้อยมาก การติดตามการขยายแบบสุ่มสี่สุ่มห้าไม่สามารถปรับปรุงขีดความสามารถในการรองรับในปัจจุบันได้เป็นเส้นตรง และยังจะทำให้เปลืองพื้นที่เค้าโครงอีกด้วย
การกระตุ้นความผันผวนของอิมพีแดนซ์และการแผ่รังสีเพิ่มเติม: เมื่อความกว้างของเส้นลวดและมุมที่ไม่ต่อเนื่องเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน การกระจายของกระแสของผิวหนังจะถูกรบกวน ส่งผลให้เกิดการสูญเสียกระแสไหลวนเพิ่มเติม ขณะเดียวกันก็ทำลายความต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ของสายส่ง ทำให้เกิดการสะท้อนของสัญญาณ และเพิ่มการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่จำเป็น ส่งผลให้ประสิทธิภาพของ EMC ลดลง
การรบกวนผลกระทบของการยกเลิกสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียล: เอฟเฟกต์ผิวหนังจะช่วยเพิ่มการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าของสายเดี่ยว หากสายทั้งสองของคู่ดิฟเฟอเรนเชียลมีความกว้างของเส้นต่างกัน การสูญเสียและเฟสของสัญญาณทั้งสองจะแสดงการเบี่ยงเบนอย่างมีนัยสำคัญ และเอฟเฟกต์การยกเลิกรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่แต่เดิมทำได้โดยการออกแบบแบบสมมาตรจะลดลงอย่างมาก
ทิศทางการปรับให้เหมาะสมตามเป้าหมายในการออกแบบ PCB ความถี่สูง
จัดลำดับความสำคัญของการใช้แผ่นทองแดงหนา: ในสถานการณ์ความถี่สูง-และกระแสไฟสูง การใช้แผ่นทองแดงหนา 2 ออนซ์และ 3 ออนซ์ที่มีความกว้างของเส้นมาตรฐานจะให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดีกว่าทองแดงบาง 1 ออนซ์ที่มีการเดินสายที่กว้างเป็นพิเศษ สามารถเพิ่มพื้นที่นำไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพของชั้นผิวหนังได้อย่างมาก และลดความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับ ในขณะที่ประหยัดพื้นที่ในการจัดวาง
ควบคุมความแม่นยำทางเรขาคณิตของสายไฟอย่างเคร่งครัด: สร้างข้อกำหนดการแกะสลักที่มีความแม่นยำสูง- ควบคุมข้อผิดพลาดรวมของความกว้างของเส้นภายใน+/-0.0007 นิ้ว ใช้มุม 45 องศาหรือการเปลี่ยนส่วนโค้งสำหรับมุมสายไฟ หลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงความกว้างของเส้นกะทันหันเนื่องจากการแคบลงอย่างรวดเร็ว และรับประกันความกว้างที่ต่อเนื่องและราบรื่นของส่วนสายไฟทั้งหมด
ปรับสภาพพื้นผิวของสายไฟให้เหมาะสม: ใช้การเคลือบพื้นผิวฟอยล์ทองแดงที่มีความหยาบต่ำ เพื่อหลีกเลี่ยงโครงสร้างฟันทองแดงแบบหยาบแบบดั้งเดิมที่ยืดเส้นทางการส่งผ่านของอิเล็กตรอนความถี่สูง- และลดการสูญเสียพลังงานที่เกิดจากการเสียดสีระดับไมโคร
การเดินสายแบบดิฟเฟอเรนเชียลมีความสมมาตรอย่างเคร่งครัด: ทำให้มั่นใจได้ว่าความกว้างของเส้น ความยาว และสภาพแวดล้อมทองแดงโดยรอบของคู่ดิฟเฟอเรนเชียลของสายไฟทั้งสองนั้นสอดคล้องกันโดยสมบูรณ์ ความทนทานต่อความกว้างของเส้นจะถูกควบคุมภายในช่วงที่เล็กมาก โดยรักษาการสูญเสียและการซิงโครไนซ์เฟสของสัญญาณทั้งสอง และรับประกันผลการยกเลิกส่วนต่าง