Использование скин-эффекта для Intra

Скин-эффект — это термин, который описывает тенденцию плотности тока высокочастотных токов «сгущаться» к поверхностным слоям (поверхностным границам) проводящего материала. Степень, в которой плотность тока формируется по направлению к поверхности, связана с глубиной первичного радиочастотного тока под поверхностью, отсюда и термин «глубина скин-слоя».

Для приложений с постоянным током (DC) и переменным током (AC) более низкой частоты (например, ниже одного мегагерца, где глубина скин-слоя обычно имеет большие размерные значения), поперечное сечение большинства проводников будет полностью участвовать в передаче тока. Такое полное вовлечение вызывает равномерную плотность распределения тока по сечению проводника.

Рисунок 1

На более высоких частотах наличие (и расположение) магнитного потока влияет на распределение плотности тока по поперечному сечению проводника (рис. 2).

фигура 2

Для практического описания сочетание характеристик материала, частоты (которая в совокупности определяет глубину скин-слоя) и распределения структуры потока будет определять перераспределение плотности тока по всему поперечному сечению. Распределение магнитного потока, описывающего проводник, является мотивирующим фактором, направляющим изменения применительно к плотности тока.

Рисунок 3

Поскольку мотивирующим фактором плотности тока является форма и наличие потока на высокой частоте, направление распределения плотности тока в поперечном сечении проводника будет меняться в зависимости от местоположения потока. На рисунке 4 плотность потока интенсивно формируется на границе двух проводников, несущих ток (и образующих поток) в противоположном фазовом соотношении. В связи с взаимосвязью потока с распределением плотности тока на высоких частотах это говорит о том, что плотности тока в двух проводниках будут «втеснены» в две взаимно противоположные специфические поверхности, соответствующие распределению плотности потока.

Рисунок 4

Исследование эффекта и влияния, проиллюстрированного выше, позволяет предположить, что в многослойных платах расположение плоских слоев, которые распространяют высокочастотные токи в противоположных направлениях, может быть эффективным для разделения эффектов синфазной связи внутри оси Z. Эта проекция предполагает, что существует достаточное количество скин-слоев, которые активно доступны внутри каждого плоского слоя в интересующих частотных спектрах.

Чтобы подчеркнуть формирование скин-эффекта, чем выше частота, тем меньше глубина скин-слоя – и чем более проводящим и/или более проницаемым является материал (при более высокой частоте), тем меньше глубина скин-эффекта. Учитывая это наблюдение, с точки зрения скин-эффекта, наименьшая глубина скин-слоя наблюдается у большинства проводящих материалов при более высокой проницаемости (при условии, что проницаемость очевидна как характеристика материала на высоких частотах) и на самых высоких частотах.

Рисунок 5

Чтобы проиллюстрировать степень скин-эффекта, на рисунке 6 показан процент захвата тока по направлению к поверхности, который выражается в процентах от плотности тока по отношению к глубине скин-эффекта. Был сделан вывод, что для захвата примерно 99 процентов плотности тока требуется 5 скин-слоев.

Рисунок 6

Рисунок 7

Значимость скин-эффекта как характерного преимущества на более высоких частотах по отношению к внутриплоскостным перегородкам (внутри оси Z печатной платы) можно оценить, рассмотрев глубину скин-эффекта отожженной меди в таблице, показанной на рисунке 8.

Рисунок 8

Понимая, что медная масса в одну унцию в плоскости печатной платы представляет толщину примерно 1,4 мил, наблюдается, что при более высоких распределениях спектральных частот плоскости внутри печатных плат могут использоваться для сигналов, категорий сигналов и мощности. разделение внутри печатных плат.