Pilha PCB de 4 camadas - (sinal, sinal, potência, terra)

Eu desenvolvi uma placa para um projeto e a empresa que vai montá-la em um módulo conectável acabou de me fazer uma modificação estranha.

Atualmente, é uma placa de 4 camadas : sinal superior, terra, potência, sinal inferior. Bastante padrão.

Eles querem que eu troque o plano de terra com a camada de sinal inferior . Dessa forma, eles podem facilmente entrar em contato com a caixa mecânica (que possui um grande dissipador de calor) no plano do solo com uma fina camada de grafite. Eles visam melhorar a dissipação de calor de alguns componentes críticos, já em contato com o plano de terra através da base exposta do componente.

Estou tentando descobrir se isso é uma má ideia ou não. Aqui estão minhas considerações:

1. Os sinais roteados na placa não são HF, no máximo 10MHz, e não há relógios de onda quadrada na placa.
2. As bordas mais rápidas de alguns sinais têm um tempo de estabilização de alguns hum e passam por um conector de uma placa diferente, portanto provavelmente já serão filtradas pela capacitância parasita dos conectores.
3. Ter as camadas de referência tão distantes das camadas de sinal parece uma má ideia para os caminhos de retorno. Uma pilha melhor poderia ser: (sinal superior, potência, sinal, terra).
4. Por outro lado, aumentar a distância dos planos de referência desses componentes críticos (alguns TIAs de ruído muito baixo) reduz a capacitância de entrada parasita (atualmente em cerca de 0,5pF), reduzindo assim o ruído de saída da configuração do TIA.

Quais são seus pensamentos?

Algumas respostas para seus comentários:

Seria possível adicionar apenas derramamentos de polígonos na camada inferior?

Pode ser, mas há muitos sinais em uma área que não pode ser redirecionada. Como a grafite é condutora, eu confiaria apenas na máscara de solda para evitar curtos-circuitos, e o isolamento nas vias poderia ser um problema (não posso usar vias de tendas).

As camadas de sinal são inundadas com terra?

Atualmente não. Principalmente para reduzir a capacitância de entrada para o aterramento dos TIAs, mas há algumas áreas que posso definitivamente preencher.

Os componentes quentes podem ser movidos para a parte inferior da PCB?

Não, eles devem estar na camada superior devido a outras restrições de montagem e roteamento.

Eles realmente se importam onde está a camada de energia ou apenas querem o chão no fundo?

Eles apenas pediram que o chão estivesse no fundo. Por isso, considerei a pilha alternativa (sinal superior, potência, sinal, terra).

A grafite é eletricamente condutora. Se suas vias não estiverem totalmente ocupadas, você estará em um mundo inteiro de problemas.

Eu também estou muito preocupado com isso. Além disso, se eu não limpar completamente a área dos traços de sinal, estou apenas contando com o isolamento dado pela máscara de solda, que pode ser facilmente arranhada.

Uma configuração de PCB diferente não importará se:

1) Mudar a capacitância do solo para um determinado plano não importa. (e também efeitos de linha de transmissão). É "prático" ter o plano do solo no meio, porque você está dando à maioria dos aviões uma pequena capacidade parasitária para a camada do solo. Ao enviar o plano de terra para a camada inferior, a capacitância para o plano de terra é aumentada a partir das camadas de sinal que estão na parte superior. A indutância do traço da placa de circuito impresso é aumentada quanto mais longe do solo, o que afeta principalmente os circuitos de alta velocidade.

Figura da engenharia de compatibilidade eletromagnética por Henry W Ott

2) A corrente de retorno é preservada, lembre-se de que o plano de terra carrega a corrente de retorno. Se os planos forem trocados, não coloque slots no plano de terra se ele for movido para a camada superior. Isso mudará o desempenho do plano de aterramento e poderá gerar mais problemas EMI e problemas de modo comum, devido às correntes de retorno que precisam rodar "em torno" dos slots no plano de aterramento.

Não parece que isso seria algo difícil de fazer no seu caso, se você não tiver requisitos de alta velocidade ou outros circuitos analógicos sensíveis que tenham requisitos de ruído. Se você possui circuitos sensíveis, pode ser necessário um layout mais criativo.

Aqui está uma boa leitura sobre empilhamentos regulares

Perceba que existem outras opções para gerenciamento térmico, como mudar para um peso maior de cobre ou dissipadores de calor. Os planos de energia também podem ser usados ​​para gerenciamento térmico em alguns casos OU se você tiver espaço em várias camadas, use o máximo de camadas possível. Eu usei várias camadas no passado, mas não tenho requisitos de soldagem rigorosos.

Não é uma boa ideia manter duas camadas de sinal consecutivas. Porque, ele cria conversação cruzada / interferência nas linhas de sinal.

Na pior das hipóteses, se você deseja colocar camadas de sinal consecutivas, coloque as linhas de sinal perpendiculares entre si nessas camadas.