Utilisation de l’effet peau pour Intra

L'effet de peau est un terme qui décrit la tendance de la densité de courant des courants radioélectriques à haute fréquence à se « rassembler » vers les peaux de surface (limites de surface) d'un matériau conducteur. La mesure dans laquelle la densité de courant se forme vers la surface est liée à la profondeur du courant radiofréquence primaire sous la surface, d'où le terme profondeur de peau.

Pour les applications de courant continu (CC) et de courant alternatif (AC) à basse fréquence (par exemple en dessous d'un mégahertz, où les profondeurs de peau ont généralement des valeurs dimensionnelles plus grandes), la section transversale de la plupart des conducteurs sera entièrement impliquée dans le transfert de courant. Cette implication totale provoque une densité uniforme de distribution de courant sur toute la section du conducteur.

Figure 1

De plus en plus à des fréquences plus élevées, la présence (et l'emplacement) du flux magnétique a un impact sur la distribution de la densité de courant à travers la section transversale du conducteur (Figure 2).

Figure 2

Pour les descriptions pratiques, la combinaison des caractéristiques du matériau, de la fréquence (qui, ensemble, détermine la profondeur de la peau) et de la répartition du flux déterminera la redistribution de la densité de courant dans toute la section transversale. La distribution du modèle de flux circonscrivant le conducteur est l’influence motivante pour diriger les modifications appliquées à la densité de courant.

figure 3

Étant donné que le facteur déterminant de la densité de courant est la forme et la présence formatrice du flux à haute fréquence, la direction de la distribution de la densité de courant dans la section transversale d'un conducteur sera modifiée par l'emplacement du flux. Sur la figure 4, la densité de flux se forme intensément à la frontière entre deux conducteurs qui transportent le courant (et forment le flux) dans une relation de phase opposée. En raison de la relation entre le flux et la distribution de la densité de courant aux hautes fréquences, cela suggère que les densités de courant dans les deux conducteurs seront « entassées » dans les deux surfaces spécifiques mutuellement opposées qui correspondent à la distribution de la densité de flux.

Figure 4

L'examen de l'effet et de l'influence illustrés ci-dessus suggère que dans les cartes de circuits imprimés multicouches, la disposition des couches planes qui propagent des courants haute fréquence dans des directions opposées peut être efficace pour établir une partition des effets de couplage en mode commun au sein de l'axe Z. Cette projection suppose qu'il existe un nombre suffisant de profondeurs de peau activement disponibles dans chaque couche plane dans les spectres de fréquences d'intérêt.

Pour accentuer la formation de l'effet de peau, plus la fréquence est élevée, plus la profondeur de peau est faible – et plus le matériau est conducteur et/ou perméable (à fréquence plus élevée), plus la profondeur de peau est faible. Compte tenu de cette observation, en termes d’effet de peau, les plus petites profondeurs de peau se produisent avec la plupart des matériaux conducteurs à une perméabilité plus élevée (en supposant que la perméabilité est évidente en tant que caractéristique du matériau à haute fréquence) et aux fréquences les plus élevées.

Figure 5

Pour illustrer l'étendue de l'effet cutané, la figure 6 décrit le pourcentage de capture de courant vers la surface, qui est exprimé en pourcentage de la densité de courant par rapport à la profondeur de la peau. La conclusion est que 5 profondeurs de peau sont nécessaires pour capturer environ 99 pour cent de la densité de courant.

Figure 6

Figure 7

L'importance de l'effet de peau en tant qu'avantage caractéristique à des fréquences plus élevées par rapport aux cloisons intra-plan (dans l'axe Z d'un circuit imprimé) peut être reconnue en examinant la profondeur de peau du cuivre recuit dans le tableau présenté à la figure 8.

Figure 8

Sachant qu'un poids de cuivre d'une once dans le plan d'un circuit imprimé représente une épaisseur d'environ 1,4 mils, on observe qu'à des distributions de fréquences spectrales plus élevées, les plans à l'intérieur des circuits imprimés peuvent être utilisés pour les signaux, les catégories de signaux et la puissance. cloisonnement au sein des cartes de circuits imprimés.