Nevýhody tradičního čtyřvrstvého stohování DPS

Pokud kapacita mezivrstvy není dostatečně velká, elektrické pole se rozloží na relativně velkou plochu desky, takže se impedance mezivrstvy sníží a zpětný proud může téci zpět do horní vrstvy.V tomto případě může pole generované tímto signálem interferovat s polem signálu blízké měnící se vrstvy.To není to, v co jsme vůbec doufali.Bohužel na 4vrstvé desce o tloušťce 0,062 palce jsou vrstvy daleko od sebe a kapacita mezivrstvy je malá
Když se kabeláž změní z vrstvy 1 na vrstvu 4 nebo naopak, pak se tento problém projeví jako obrázek
novinky 13
Diagram ukazuje, že když signál prochází z vrstvy 1 do vrstvy 4 (červená čára), zpětný proud musí také změnit rovinu (modrá čára).Pokud je frekvence signálu dostatečně vysoká a roviny jsou blízko u sebe, může zpětný proud protékat mezivrstvovou kapacitou, která existuje mezi zemní vrstvou a výkonovou vrstvou.Avšak kvůli nedostatku přímého vodivého spojení pro zpětný proud je zpětná cesta přerušena a toto přerušení můžeme považovat za impedanci mezi rovinami znázorněnými na obrázku níže
novinky 14
Pokud kapacita mezivrstvy není dostatečně velká, elektrické pole se rozloží na relativně velkou plochu desky, takže se impedance mezivrstvy sníží a zpětný proud může téci zpět do horní vrstvy.V tomto případě může pole generované tímto signálem interferovat s polem signálu blízké měnící se vrstvy.To není to, v co jsme vůbec doufali.Bohužel na 4vrstvé desce o tloušťce 0,062 palce jsou vrstvy daleko od sebe (alespoň 0,020 palce) a kapacita mezivrstvy je malá.V důsledku toho dochází k výše popsanému rušení elektrického pole.To nemusí způsobit problémy s integritou signálu, ale jistě to způsobí větší EMI.To je důvod, proč se při použití kaskády vyhýbáme změnám vrstev, zejména u vysokofrekvenčních signálů, jako jsou hodiny.
Je běžnou praxí přidat oddělovací kondenzátor blízko přechodového otvoru, aby se snížila impedance zpětného proudu, jak je znázorněno na obrázku níže.Tento oddělovací kondenzátor je však pro signály VHF neúčinný kvůli nízké vlastní rezonanční frekvenci.U střídavých signálů s frekvencemi vyššími než 200-300 MHz se nemůžeme spoléhat na oddělovací kondenzátory pro vytvoření nízkoimpedanční zpětné cesty.Proto potřebujeme oddělovací kondenzátor (pro frekvence pod 200-300 MHz) a relativně velký mezideskový kondenzátor pro vyšší frekvence.
novinky 15
Tomuto problému se lze vyhnout tím, že neměníte vrstvu signálu klíče.Malá mezidesková kapacita čtyřvrstvé desky však vede k dalšímu vážnému problému: přenosu výkonu.Digitální hodiny obvykle vyžadují velké přechodové napájecí proudy.Jak se doba náběhu/poklesu výstupu IC snižuje, musíme dodávat energii vyšší rychlostí.Abychom zajistili zdroj náboje, obvykle umisťujeme oddělovací kondenzátory velmi blízko každého logického integrovaného obvodu.Je tu však problém: když překročíme vlastní rezonanční frekvence, oddělovací kondenzátory nemohou efektivně ukládat a přenášet energii, protože při těchto frekvencích bude kondenzátor fungovat jako induktor.
Protože většina dnešních IC má rychlé doby náběhu/doběhu (asi 500 ps), potřebujeme dodatečnou oddělovací strukturu s vyšší vlastní rezonanční frekvencí než má oddělovací kondenzátor.Mezivrstvová kapacita desky s obvody může být účinnou oddělovací strukturou za předpokladu, že vrstvy jsou dostatečně blízko u sebe, aby poskytly dostatečnou kapacitu.Proto kromě běžně používaných oddělovacích kondenzátorů dáváme přednost použití těsně od sebe vzdálených napájecích vrstev a zemních vrstev k zajištění přechodného napájení digitálních IC.
Upozorňujeme, že vzhledem k běžnému výrobnímu procesu plošných spojů obvykle nemáme mezi druhou a třetí vrstvou čtyřvrstvé desky tenké izolátory.Čtyřvrstvá deska s tenkými izolátory mezi druhou a třetí vrstvou může stát mnohem více než běžná čtyřvrstvá deska.