Nevýhody tradičného štvorvrstvového stohovania DPS

Ak kapacita medzivrstvy nie je dostatočne veľká, elektrické pole sa rozloží na relatívne veľkú plochu dosky, takže impedancia medzivrstvy sa zníži a spätný prúd môže tiecť späť do hornej vrstvy.V tomto prípade môže pole generované týmto signálom interferovať s poľom signálu blízkej meniacej sa vrstvy.Toto nie je to, v čo sme vôbec dúfali.Bohužiaľ, na 4-vrstvovej doske s hrúbkou 0,062 palca sú vrstvy ďaleko od seba a medzivrstvová kapacita je malá
Keď sa zapojenie zmení z vrstvy 1 na vrstvu 4 alebo naopak, potom sa tento problém prejaví ako obrázok
novinky 13
Diagram ukazuje, že keď signál prechádza z vrstvy 1 do vrstvy 4 (červená čiara), spätný prúd musí tiež zmeniť rovinu (modrá čiara).Ak je frekvencia signálu dostatočne vysoká a roviny sú blízko seba, spätný prúd môže pretekať cez medzivrstvovú kapacitu, ktorá existuje medzi zemnou vrstvou a napájacou vrstvou.Avšak kvôli nedostatku priameho vodivého spojenia pre spätný prúd je spätná cesta prerušená a toto prerušenie môžeme považovať za impedanciu medzi rovinami znázornenými na obrázku nižšie.
novinky14
Ak kapacita medzivrstvy nie je dostatočne veľká, elektrické pole sa rozloží na relatívne veľkú plochu dosky, takže impedancia medzivrstvy sa zníži a spätný prúd môže tiecť späť do hornej vrstvy.V tomto prípade môže pole generované týmto signálom interferovať s poľom signálu blízkej meniacej sa vrstvy.Toto nie je to, v čo sme vôbec dúfali.Bohužiaľ, na 4-vrstvovej doske s hrúbkou 0,062 palca sú vrstvy ďaleko od seba (najmenej 0,020 palca) a medzivrstvová kapacita je malá.V dôsledku toho dochádza k vyššie opísanému rušeniu elektrického poľa.To nemusí spôsobiť problémy s integritou signálu, ale určite to spôsobí viac EMI.To je dôvod, prečo sa pri použití kaskády vyhýbame zmene vrstiev, najmä pri vysokofrekvenčných signáloch, ako sú hodiny.
Bežnou praxou je pridať oddeľovací kondenzátor blízko prechodového otvoru, aby sa znížila impedancia spätného prúdu znázorneného na obrázku nižšie.Tento oddeľovací kondenzátor je však pre VHF signály neúčinný kvôli nízkej vlastnej rezonančnej frekvencii.Pri signáloch striedavého prúdu s frekvenciami vyššími ako 200-300 MHz sa nemôžeme spoliehať na oddeľovacie kondenzátory na vytvorenie spätnej cesty s nízkou impedanciou.Preto potrebujeme oddeľovací kondenzátor (pre frekvencie pod 200-300 MHz) a relatívne veľký medzidoskový kondenzátor pre vyššie frekvencie.
novinky 15
Tomuto problému sa dá predísť nezmenením vrstvy kľúčového signálu.Malá medzidosková kapacita štvorvrstvovej dosky však vedie k ďalšiemu vážnemu problému: prenosu výkonu.Digitálne hodiny zvyčajne vyžadujú veľké prechodové napájacie prúdy.Keď sa čas nárastu / poklesu výstupu IC znižuje, musíme dodávať energiu vyššou rýchlosťou.Na zabezpečenie zdroja náboja zvyčajne umiestňujeme oddeľovacie kondenzátory veľmi blízko ku každému logickému integrovanému obvodu.Je tu však problém: keď prekročíme vlastné rezonančné frekvencie, oddeľovacie kondenzátory nedokážu efektívne uchovávať a prenášať energiu, pretože pri týchto frekvenciách bude kondenzátor fungovať ako induktor.
Pretože väčšina dnešných IC má rýchle časy nárastu / poklesu (asi 500 ps), potrebujeme dodatočnú oddeľovaciu štruktúru s vyššou samorezonančnou frekvenciou ako má oddeľovací kondenzátor.Medzivrstvová kapacita dosky s obvodmi môže byť účinnou oddeľovacou štruktúrou za predpokladu, že vrstvy sú dostatočne blízko pri sebe, aby poskytli dostatočnú kapacitu.Preto okrem bežne používaných oddeľovacích kondenzátorov uprednostňujeme použitie tesne rozmiestnených výkonových vrstiev a zemných vrstiev na zabezpečenie prechodného napájania digitálnych IC.
Upozorňujeme, že kvôli bežnému procesu výroby dosiek plošných spojov zvyčajne nemáme medzi druhou a treťou vrstvou štvorvrstvovej dosky tenké izolátory.Štvorvrstvová doska s tenkými izolantmi medzi druhou a treťou vrstvou môže stáť oveľa viac ako bežná štvorvrstvová doska.