Недостатъци на традиционното четирислойно подреждане на PCB

Ако капацитетът на междинния слой не е достатъчно голям, електрическото поле ще бъде разпределено върху относително голяма площ от платката, така че импедансът на междинния слой да бъде намален и обратният ток може да тече обратно към горния слой.В този случай полето, генерирано от този сигнал, може да пречи на полето на сигнала на близкия променящ се слой.Това изобщо не е това, на което се надявахме.За съжаление, на 4-слойна платка от 0,062 инча, слоевете са далеч един от друг и междуслойният капацитет е малък
Когато окабеляването се промени от слой 1 на слой 4 или обратно, тогава ще доведе до този проблем, показан като снимка
новини13
Диаграмата показва, че когато сигналът се проследява от слой 1 до слой 4 (червена линия), обратният ток също трябва да промени равнината (синя линия).Ако честотата на сигнала е достатъчно висока и равнините са близо една до друга, обратният ток може да тече през междуслойния капацитет, който съществува между заземяващия слой и силовия слой.Въпреки това, поради липсата на директна проводяща връзка за обратния ток, обратният път е прекъснат и можем да мислим за това прекъсване като импеданс между равнините, показани на снимката по-долу
новини14
Ако капацитетът на междинния слой не е достатъчно голям, електрическото поле ще бъде разпределено върху относително голяма площ от платката, така че импедансът на междинния слой да бъде намален и обратният ток може да тече обратно към горния слой.В този случай полето, генерирано от този сигнал, може да пречи на полето на сигнала на близкия променящ се слой.Това изобщо не е това, на което се надявахме.За съжаление, на 4-слойна платка от 0,062 инча, слоевете са далеч един от друг (поне 0,020 инча) и капацитетът на междуслойния слой е малък.В резултат на това възниква описаното по-горе смущение на електрическото поле.Това може да не причини проблеми с целостта на сигнала, но със сигурност ще създаде повече EMI.Ето защо, когато използваме каскадата, избягваме смяната на слоевете, особено за високочестотни сигнали като часовници.
Обичайна практика е да се добави отделящ кондензатор близо до преходния отвор, за да се намали импедансът, изпитван от обратния ток, показан на снимката по-долу.Въпреки това, този разделителен кондензатор е неефективен за VHF сигнали поради ниската си собствена резонансна честота.За променливотокови сигнали с честоти, по-високи от 200-300 MHz, не можем да разчитаме на отделящи кондензатори, за да създадем обратен път с нисък импеданс.Следователно се нуждаем от разделителен кондензатор (за под 200-300 MHz) и сравнително голям междуплатков кондензатор за по-високи честоти.
новини15
Този проблем може да се избегне, като не се променя слоят на ключовия сигнал.Въпреки това, малкият междуплатов капацитет на четирислойната платка води до друг сериозен проблем: предаване на мощност.Цифровите микросхеми на часовника обикновено изискват големи преходни захранващи токове.Тъй като времето за нарастване/спадане на изхода на IC намалява, трябва да доставяме енергия с по-висока скорост.За да осигурим източник на заряд, обикновено поставяме отделящи кондензатори много близо до всяка логическа интегрална схема.Има обаче проблем: когато надхвърлим саморезонансните честоти, отделящите кондензатори не могат ефективно да съхраняват и пренасят енергия, тъй като при тези честоти кондензаторът ще действа като индуктор.
Тъй като повечето микросхеми днес имат бързи времена на нарастване/спадане (около 500 ps), ние се нуждаем от допълнителна разединителна структура с по-висока собствена резонансна честота от тази на отделящия кондензатор.Междуслойният капацитет на печатна платка може да бъде ефективна структура за разделяне, при условие че слоевете са достатъчно близо един до друг, за да осигурят достатъчен капацитет.Следователно, в допълнение към често използваните отделящи кондензатори, ние предпочитаме да използваме близко разположени силови слоеве и заземяващи слоеве, за да осигурим преходно захранване на цифровите интегрални схеми.
Моля, обърнете внимание, че поради обичайния процес на производство на печатни платки, обикновено нямаме тънки изолатори между втория и третия слой на четирислойната платка.Четирислойна плоскост с тънки изолатори между втория и третия слой може да струва много повече от конвенционалната четирислойна плоскост.