Если межслоевая емкость недостаточно велика, электрическое поле будет распределяться по относительно большой площади платы, так что межслоевое сопротивление уменьшится и обратный ток сможет течь обратно в верхний слой.В этом случае поле, генерируемое этим сигналом, может мешать полю сигнала ближайшего изменяющегося слоя.Это совсем не то, на что мы надеялись.К сожалению, на 4-слойной плате толщиной 0,062 дюйма слои расположены далеко друг от друга и межслоевая емкость мала.
Когда проводка изменится с уровня 1 на уровень 4 или наоборот, возникнет проблема, показанная на рисунке.

На диаграмме показано, что когда сигнал движется от слоя 1 к слою 4 (красная линия), обратный ток также должен изменить плоскость (синяя линия).Если частота сигнала достаточно высока и плоскости расположены близко друг к другу, обратный ток может течь через межслойную емкость, существующую между слоем земли и слоем питания.Однако из-за отсутствия прямого проводящего соединения для обратного тока обратный путь прерывается, и мы можем думать об этом прерывании как о импедансе между плоскостями, как показано на рисунке ниже.

Если межслоевая емкость недостаточно велика, электрическое поле будет распределяться по относительно большой площади платы, так что межслоевое сопротивление уменьшится и обратный ток сможет течь обратно в верхний слой.В этом случае поле, генерируемое этим сигналом, может мешать полю сигнала ближайшего изменяющегося слоя.Это совсем не то, на что мы надеялись.К сожалению, на 4-слойной плате толщиной 0,062 дюйма слои расположены далеко друг от друга (не менее 0,020 дюйма), а межслоевая емкость мала.В результате возникает описанная выше интерференция электрического поля.Возможно, это не вызовет проблем с целостностью сигнала, но, безусловно, создаст дополнительные электромагнитные помехи.Вот почему при использовании каскада мы избегаем смены слоев, особенно для высокочастотных сигналов, таких как тактовые сигналы.
Обычной практикой является добавление развязывающего конденсатора рядом с переходным отверстием, чтобы уменьшить сопротивление, испытываемое обратным током, как показано на рисунке ниже.Однако этот развязывающий конденсатор неэффективен для сигналов УКВ из-за своей низкой собственной резонансной частоты.Для сигналов переменного тока с частотами выше 200–300 МГц мы не можем полагаться на развязывающие конденсаторы для создания обратного пути с низким импедансом.Поэтому нам нужен развязывающий конденсатор (для частот ниже 200-300 МГц) и относительно большой межплатный конденсатор для более высоких частот.

Этой проблемы можно избежать, не меняя слой ключевого сигнала.Однако малая межплатная емкость четырехслойной платы приводит к еще одной серьезной проблеме: передаче питания.Цифровые схемы часов обычно требуют больших переходных токов источника питания.Поскольку время нарастания/спада выходного сигнала микросхемы уменьшается, нам необходимо подавать энергию с более высокой скоростью.Чтобы обеспечить источник заряда, мы обычно размещаем развязывающие конденсаторы очень близко к каждой логической микросхеме.Однако есть проблема: когда мы выходим за пределы собственных резонансных частот, развязывающие конденсаторы не могут эффективно хранить и передавать энергию, поскольку на этих частотах конденсатор будет действовать как дроссель.
Поскольку сегодня большинство микросхем имеют быстрое время нарастания/спада (около 500 пс), нам нужна дополнительная развязывающая структура с более высокой собственной резонансной частотой, чем у развязывающего конденсатора.Межслойная емкость печатной платы может быть эффективной развязывающей структурой при условии, что слои расположены достаточно близко друг к другу, чтобы обеспечить достаточную емкость.Поэтому в дополнение к обычно используемым развязывающим конденсаторам мы предпочитаем использовать близко расположенные силовые слои и слои земли для обеспечения переходного питания цифровых микросхем.
Обратите внимание, что из-за единого процесса изготовления печатных плат обычно нет тонких изоляторов между вторым и третьим слоями четырехслойной платы.Четырехслойная плата с тонкими изоляторами между вторым и третьим слоями может стоить значительно дороже обычной четырехслойной платы.