PCB geleneksel dört katmanlı istiflemenin dezavantajları

Katmanlar arası kapasitans yeterince büyük değilse, elektrik alanı kartın nispeten geniş bir alanına dağılır, böylece katmanlar arası empedans azalır ve geri dönüş akımı üst katmana geri akabilir. Bu durumda, bu sinyalin oluşturduğu alan, yakındaki değişen katman sinyalinin alanıyla karışabilir. Bu hiç de umduğumuz gibi değildi. Ne yazık ki, 0,062 inçlik 4 katmanlı bir kartta katmanlar birbirinden çok uzaktadır ve katmanlar arası kapasitans küçüktür.
Kablolama 1. katmandan 4. katmana veya tam tersine değiştiğinde, bu sorun resimde gösterildiği gibi ortaya çıkacaktır.
haberler13
Diyagram, sinyal 1. katmandan 4. katmana (kırmızı çizgi) doğru ilerlerken, dönüş akımının da düzlem değiştirmesi gerektiğini (mavi çizgi) göstermektedir. Sinyalin frekansı yeterince yüksek ve düzlemler birbirine yakınsa, dönüş akımı toprak katmanı ile güç katmanı arasında bulunan katmanlar arası kapasitanstan akabilir. Ancak, dönüş akımı için doğrudan iletken bir bağlantı olmadığından, dönüş yolu kesintiye uğrar ve bu kesintiyi aşağıdaki resimde gösterildiği gibi düzlemler arasında bir empedans olarak düşünebiliriz.
haberler14
Katmanlar arası kapasitans yeterince büyük değilse, elektrik alanı kartın nispeten geniş bir alanına dağılır, böylece katmanlar arası empedans azalır ve geri dönüş akımı üst katmana geri akabilir. Bu durumda, bu sinyalin oluşturduğu alan, yakındaki değişen katman sinyalinin alanıyla karışabilir. Bu hiç de umduğumuz şey değildi. Ne yazık ki, 0,062 inçlik 4 katmanlı bir kartta, katmanlar birbirinden çok uzaktadır (en az 0,020 inç) ve katmanlar arası kapasitans küçüktür. Sonuç olarak, yukarıda açıklanan elektrik alanı girişimi meydana gelir. Bu, sinyal bütünlüğü sorunlarına neden olmayabilir, ancak kesinlikle daha fazla EMI yaratacaktır. Bu nedenle, kaskad kullanırken, özellikle saat gibi yüksek frekanslı sinyaller için katmanları değiştirmekten kaçınırız.
Aşağıdaki resimde gösterildiği gibi, dönüş akımının empedansını azaltmak için geçiş geçiş deliğinin yakınına bir ayırma kapasitörü eklemek yaygın bir uygulamadır. Ancak, bu ayırma kapasitörü düşük öz rezonans frekansı nedeniyle VHF sinyalleri için etkisizdir. 200-300 MHz'den yüksek frekanslı AC sinyallerinde, düşük empedanslı bir dönüş yolu oluşturmak için ayırma kapasitörlerine güvenemeyiz. Bu nedenle, bir ayırma kapasitörüne (200-300 MHz altı için) ve daha yüksek frekanslar için nispeten büyük bir kart içi kapasitöre ihtiyacımız vardır.
haberler15
Bu sorun, anahtar sinyalinin katmanını değiştirmeyerek önlenebilir. Ancak, dört katmanlı kartın küçük kartlar arası kapasitansı başka bir ciddi soruna yol açar: güç iletimi. Dijital saat entegre devreleri genellikle yüksek geçici güç kaynağı akımları gerektirir. Entegre devre çıkışının yükselme/düşme süresi azaldıkça, enerjiyi daha yüksek bir hızda iletmemiz gerekir. Bir şarj kaynağı sağlamak için genellikle her mantık entegre devresinin çok yakınına ayırma kapasitörleri yerleştiririz. Ancak bir sorun vardır: Öz-rezonans frekanslarının ötesine geçtiğimizde, ayırma kapasitörleri enerjiyi verimli bir şekilde depolayamaz ve aktaramaz, çünkü bu frekanslarda kapasitör bir indüktör gibi davranır.
Günümüzde çoğu entegre devre hızlı yükselme/düşüş sürelerine (yaklaşık 500 ps) sahip olduğundan, ayrıştırma kapasitöründen daha yüksek öz-rezonans frekansına sahip ek bir ayrıştırma yapısına ihtiyacımız var. Bir devre kartının katmanlar arası kapasitansı, katmanlar yeterli kapasitans sağlayacak kadar birbirine yakın olduğu sürece etkili bir ayrıştırma yapısı olabilir. Bu nedenle, yaygın olarak kullanılan ayrıştırma kapasitörlerine ek olarak, dijital entegre devrelere geçici güç sağlamak için birbirine yakın güç katmanları ve toprak katmanları kullanmayı tercih ediyoruz.
Ortak devre kartı üretim süreci nedeniyle, genellikle dört katmanlı kartın ikinci ve üçüncü katmanları arasında ince yalıtkanlar bulunmadığını lütfen unutmayın. İkinci ve üçüncü katmanları arasında ince yalıtkanlar bulunan dört katmanlı bir kart, geleneksel dört katmanlı bir karttan çok daha pahalı olabilir.