Stack PCB a 4 strati - (segnale, segnale, potenza, terra)

Ho sviluppato una scheda per un progetto e la società che lo assemblerà in un modulo collegabile mi ha appena chiesto una strana modifica.

Attualmente è una scheda a 4 strati : segnale superiore, terra, potenza, segnale inferiore. Piuttosto standard.

Vogliono che io cambi il piano di terra con il livello del segnale inferiore . In questo modo possono facilmente contattare la cassa meccanica (che ha un grande dissipatore di calore) sul piano terra con un sottile strato di grafite. Mirano a migliorare la dissipazione del calore di alcuni componenti critici, già messi in contatto con il piano di massa attraverso il cuscinetto esposto dei componenti.

Sto cercando di capire se questa è una cattiva idea o no. Ecco le mie considerazioni:

1. I segnali che vengono instradati nella scheda non sono HF, 10 MHz al massimo, e non ci sono clock ad onde quadrate nella scheda.
2. I bordi più veloci di alcuni segnali hanno un tempo di assestamento di pochi um e passano attraverso un connettore da una scheda diversa, quindi saranno probabilmente già filtrati dalla capacità parassita dei connettori.
3. Avere gli strati di riferimento così lontani dagli strati di segnale sembra una cattiva idea per i percorsi di ritorno. Uno stack migliore potrebbe essere: (segnale superiore, potenza, segnale, terra).
4. D'altro canto, aumentando la distanza dai piani di riferimento di quei componenti critici (alcuni TIA a rumore molto basso) si riduce la capacità di ingresso parassita (attualmente a circa 0,5 pF), riducendo così il rumore di uscita della configurazione TIA.

Quali sono i tuoi pensieri?

Alcune risposte ai tuoi commenti:

Sarebbe possibile aggiungere solo versamenti di poligoni sul livello inferiore?

Potrebbe essere, ma ci sono un sacco di segnali in un'area che non possono essere reindirizzati. Poiché la grafite è conduttiva, farei affidamento solo sul soldermask per evitare cortocircuiti, e l'isolamento sui viali potrebbe essere un problema (non posso usare via tendati).

Gli strati di segnale sono inondati di terra?

Attualmente no. Principalmente per ridurre la capacità di ingresso a terra dei TIA, ma ci sono alcune aree che posso sicuramente riempire.

I componenti caldi possono spostarsi sul fondo del PCB?

No, devono trovarsi sul livello superiore a causa di altri vincoli di assemblaggio e instradamento.

A loro importa davvero dove si trova il power layer o vogliono solo il terreno sul fondo?

Hanno solo chiesto che il terreno fosse sul fondo. Ecco perché ho considerato lo stack alternativo (segnale superiore, potenza, segnale, terra).

La grafite è elettricamente conduttiva. Se i tuoi viali non sono completamente coperti / riempiti, ti troverai in un intero mondo di problemi.

Sono anche molto preoccupato per questo. Inoltre, se non pulisco completamente l'area dalle tracce del segnale, mi baso solo sull'isolamento dato dal soldermask, che può essere facilmente graffiato.

Una diversa configurazione PCB non importa se:

1) Cambiare la capacità da terra a un determinato piano non ha importanza. (e anche gli effetti della linea di trasmissione). È 'utile' avere il piano di massa nel mezzo perché stai dando alla maggior parte dei piani una piccola capacità parassita allo strato di terra. Inviando il piano di massa allo strato inferiore, la capacità al piano di massa viene aumentata dagli strati di segnale che si trovano nella parte superiore. L'induttanza della traccia PCB è aumentata quanto più è da terra che colpisce principalmente i circuiti ad alta velocità.

Figura dell'ingegneria della compatibilità elettromagnetica di Henry W Ott

2) La corrente di ritorno viene preservata, ricordare che il piano di massa porta la corrente di ritorno. Se i piani vengono scambiati, non posizionare le fessure sul piano terra se viene spostato sul livello superiore. Ciò cambierà le prestazioni del piano di massa e potrebbe darti più problemi EMI e problemi di modalità comuni a causa delle correnti di ritorno che devono correre "attorno" agli slot nel piano di terra.

Non sembra che questo sarebbe una cosa difficile da fare nel tuo caso se non hai requisiti di alta velocità o altri circuiti analogici sensibili che hanno requisiti di rumore. Se disponi di circuiti sensibili, potrebbe essere necessario un layout più creativo.

Ecco una buona lettura sugli stackup regolari

Scopri che ci sono altre opzioni per la gestione termica, come passare a un peso maggiore di rame o dissipatori di calore. I piani di potenza possono anche essere utilizzati per la gestione termica in alcuni casi O se si dispone di spazio su più livelli, utilizzare quanti più livelli possibile. Ho usato più livelli in passato ma non ho requisiti di saldatura rigorosi.

Non è una buona idea mantenere due livelli di segnale consecutivi. Perché crea interferenza / interferenza nelle linee del segnale.

Nel peggiore dei casi, se si desidera posizionare livelli di segnale consecutivi, è necessario posizionare le linee di segnale perpendicolari tra loro in tali livelli.