PCB geleneksel dört katmanlı istiflemenin dezavantajları

Eğer ara katman kapasitansı yeterince büyük değilse, elektrik alanı panelin nispeten geniş bir alanına dağıtılacak, böylece ara katman empedansı azaltılacak ve geri dönüş akımı üst katmana geri akabilecektir. Bu durumda, bu sinyalin ürettiği alan, yakındaki değişen katman sinyalinin alanına müdahale edebilir. Bu hiç de umduğumuz bir şey değildi. Ne yazık ki, 0,062 inçlik 4 katmanlı bir tahtada katmanlar birbirinden çok uzaktır ve katmanlar arası kapasitans küçüktür.
Kablolama katman 1'den Katman 4'e veya tam tersi şekilde değiştiğinde, bu sorun resimde gösterildiği gibi ortaya çıkacaktır.
haberler13
Diyagram, sinyal katman 1'den katman 4'e (kırmızı çizgi) doğru gittiğinde, geri dönüş akımının da düzlem (mavi çizgi) değiştirmesi gerektiğini göstermektedir. Sinyalin frekansı yeterince yüksekse ve düzlemler birbirine yakınsa, geri dönüş akımı, toprak katmanı ile güç katmanı arasındaki katmanlar arası kapasitanstan akabilir. Ancak dönüş akımı için doğrudan iletken bağlantının olmaması nedeniyle dönüş yolu kesintiye uğrar ve bu kesintiyi aşağıdaki resimde gösterildiği gibi düzlemler arasındaki empedans olarak düşünebiliriz.
haberler14
Eğer ara katman kapasitansı yeterince büyük değilse, elektrik alanı panelin nispeten geniş bir alanına dağıtılacak, böylece ara katman empedansı azaltılacak ve geri dönüş akımı üst katmana geri akabilecektir. Bu durumda, bu sinyalin ürettiği alan, yakındaki değişen katman sinyalinin alanına müdahale edebilir. Bu hiç de umduğumuz bir şey değildi. Ne yazık ki, 0,062 inçlik 4 katmanlı bir tahtada katmanlar birbirlerinden 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, kademeyi kullanırken özellikle saat gibi yüksek frekanslı sinyaller için katmanları değiştirmekten kaçınırız.
Aşağıdaki resimde gösterilen geri dönüş akımının yaşadığı empedansı azaltmak için geçiş geçiş deliğinin yakınına bir dekuplaj kapasitörü eklemek yaygın bir uygulamadır. Bununla birlikte, bu ayırma kapasitörü, düşük kendi kendine rezonans frekansı nedeniyle VHF sinyalleri için etkisizdir. Frekansları 200-300 MHz'den yüksek olan AC sinyalleri için, düşük empedanslı bir dönüş yolu oluşturmak için dekuplaj kapasitörlerine güvenemeyiz. Bu nedenle, bir dekuplaj kapasitörüne (200-300 MHz'in altı için) ve daha yüksek frekanslar için nispeten büyük bir kartlar arası kapasitöre ihtiyacımız var.
haberler15
Bu sorun, anahtar sinyalin katmanının değiştirilmemesiyle önlenebilir. Bununla birlikte, dört katmanlı kartın kartlar arası küçük kapasitansı başka bir ciddi soruna yol açmaktadır: güç aktarımı. Saat dijital ic'leri genellikle büyük geçici güç kaynağı akımları gerektirir. IC çıkışının yükselme/düşme süresi azaldıkça daha yüksek oranda enerji vermemiz gerekir. Bir şarj kaynağı sağlamak için genellikle dekuplaj kapasitörlerini her bir mantık IC'sinin çok yakınına yerleştiririz. Ancak bir sorun var: Kendi kendine rezonans frekanslarının ötesine geçtiğimizde, ayırma kapasitörleri enerjiyi verimli bir şekilde depolayamaz ve aktaramaz çünkü bu frekanslarda kapasitör bir indüktör gibi davranacaktır.
Günümüzde çoğu ic'nin hızlı yükselme/düşme süreleri (yaklaşık 500 ps) olduğundan, ayrıştırma kapasitörününkinden daha yüksek bir kendi kendine rezonans frekansına sahip ek bir ayrıştırma yapısına ihtiyacımız var. Bir devre kartının ara katman kapasitansı, katmanların yeterli kapasitans sağlayacak kadar birbirine yeterince yakın olması koşuluyla etkili bir ayırma yapısı olabilir. Bu nedenle dijital devrelere geçici güç sağlamak için yaygın olarak kullanılan dekuplaj kapasitörlerinin yanı sıra yakın aralıklı güç katmanları ve toprak katmanları kullanmayı tercih ediyoruz.
Yaygın devre kartı üretim süreci nedeniyle, dört katmanlı kartın ikinci ve üçüncü katmanları arasında genellikle ince yalıtkanların bulunmadığını lütfen unutmayın. İkinci ve üçüncü katmanlar arasında ince yalıtkanlar bulunan dört katmanlı bir levha, geleneksel dört katmanlı bir levhadan çok daha pahalıya mal olabilir.