Desventajas del apilamiento tradicional de cuatro capas de PCB

Si la capacitancia entre capas no es lo suficientemente grande, el campo eléctrico se distribuirá sobre un área relativamente grande de la placa, de modo que la impedancia entre capas se reduce y la corriente de retorno puede volver a la capa superior. En este caso, el campo generado por esta señal puede interferir con el campo de la señal de capa cambiante cercana. Esto no es lo que esperábamos en absoluto. Desafortunadamente, en un tablero de 4 capas de 0.062 pulgadas, las capas están muy separadas y la capacitancia entre capas es pequeña
Cuando el cableado cambie de la capa 1 a la capa 4 o viceversa, se liderará este problema que se muestra como imagen
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El diagrama muestra que cuando la señal rastrea de la capa 1 a la capa 4 (línea roja), la corriente de retorno también debe cambiar el plano (línea azul). Si la frecuencia de la señal es lo suficientemente alta y los planos están muy juntos, la corriente de retorno puede fluir a través de la capacitancia entre capas que existe entre la capa de tierra y la capa de potencia. Sin embargo, debido a la falta de una conexión conductora directa para la corriente de retorno, la ruta de retorno se interrumpe, y podemos pensar en esta interrupción como una impedancia entre los planos que se muestran como imagen a continuación
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Si la capacitancia entre capas no es lo suficientemente grande, el campo eléctrico se distribuirá sobre un área relativamente grande de la placa, de modo que la impedancia entre capas se reduce y la corriente de retorno puede volver a la capa superior. En este caso, el campo generado por esta señal puede interferir con el campo de la señal de capa cambiante cercana. Esto no es lo que esperábamos en absoluto. Desafortunadamente, en un tablero de 4 capas de 0.062 pulgadas, las capas están muy separadas (al menos 0.020 pulgadas), y la capacitancia entre capas es pequeña. Como resultado, se produce la interferencia del campo eléctrico descrita anteriormente. Esto puede no causar problemas de integridad de señales, pero ciertamente creará más EMI. Es por eso que, cuando se usa la cascada, evitamos cambiar las capas, especialmente para señales de alta frecuencia, como relojes.
Es una práctica común agregar un condensador de desacoplamiento cerca del orificio de pase de transición para reducir la impedancia experimentada por la corriente de retorno que se muestra como la imagen a continuación. Sin embargo, este condensador de desacoplamiento es ineficaz para las señales VHF debido a su baja frecuencia auto-resonante. Para señales de CA con frecuencias superiores a 200-300 MHz, no podemos confiar en condensadores de desacoplamiento para crear una ruta de retorno de baja impedancia. Por lo tanto, necesitamos un condensador de desacoplamiento (por menos de 200-300 MHz) y un condensador de intermedio relativamente grande para frecuencias más altas.
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Este problema se puede evitar al no cambiar la capa de la señal clave. Sin embargo, la pequeña capacitancia entre tableros de la placa de cuatro capas conduce a otro problema grave: la transmisión de potencia. Los IC digitales del reloj generalmente requieren grandes corrientes de fuente de alimentación transitoria. A medida que disminuye el tiempo de aumento/caída de la salida de IC, necesitamos entregar energía a una tasa más alta. Para proporcionar una fuente de carga, generalmente colocamos condensadores de desacoplamiento muy cerca de cada IC lógica. Sin embargo, hay un problema: cuando vamos más allá de las frecuencias auto-resonantes, los condensadores de desacoplamiento no pueden almacenar y transferir energía de manera eficiente, porque en estas frecuencias el condensador actuará como un inductor.
Dado que la mayoría de los IC de hoy tienen tiempos rápidos de aumento/caída (aproximadamente 500 ps), necesitamos una estructura de desacoplamiento adicional con una frecuencia auto-resonante más alta que la del condensador de desacoplamiento. La capacitancia entre capas de una placa de circuito puede ser una estructura de desacoplamiento efectiva, siempre que las capas estén lo suficientemente cerca entre sí para proporcionar una capacitancia suficiente. Por lo tanto, además de los condensadores de desacoplamiento comúnmente utilizados, preferimos usar capas de potencia y capas de tierra muy espaciadas para proporcionar energía transitoria a los IC digitales.
Tenga en cuenta que debido al proceso de fabricación de la placa de circuito común, generalmente no tenemos aisladores delgados entre la segunda y tercera capas de la placa de cuatro capas. Un tablero de cuatro capas con aisladores delgados entre la segunda y tercera capas puede costar mucho más que un tablero convencional de cuatro capas.


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