Kekurangan dari susunan empat lapis PCB tradisional

Jika kapasitansi antarlapis tidak cukup besar, medan listrik akan didistribusikan ke area papan yang relatif luas, sehingga impedansi antarlapis berkurang dan arus balik dapat mengalir kembali ke lapisan atas. Dalam hal ini, medan yang dihasilkan oleh sinyal ini dapat mengganggu medan sinyal lapisan perubahan di dekatnya. Ini sama sekali bukan hal yang kami harapkan. Sayangnya, pada papan 4 lapis berukuran 0,062 inci, jarak lapisannya berjauhan dan kapasitansi antarlapisnya kecil.
Apabila pengkabelan berubah dari layer 1 ke Layer 4 atau sebaliknya, maka akan menimbulkan masalah seperti yang ditunjukkan pada gambar
berita13
Diagram menunjukkan bahwa ketika jalur sinyal dari lapisan 1 ke lapisan 4 (garis merah), arus balik juga harus berubah bidang (garis biru). Jika frekuensi sinyal cukup tinggi dan bidang-bidangnya berdekatan, arus balik dapat mengalir melalui kapasitansi antar lapisan yang ada antara lapisan tanah dan lapisan daya. Namun, karena kurangnya koneksi konduktif langsung untuk arus balik, jalur kembali terputus, dan kita dapat menganggap gangguan ini sebagai impedansi antar bidang seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
berita14
Jika kapasitansi antarlapis tidak cukup besar, medan listrik akan didistribusikan ke area papan yang relatif luas, sehingga impedansi antarlapis berkurang dan arus balik dapat mengalir kembali ke lapisan atas. Dalam hal ini, medan yang dihasilkan oleh sinyal ini dapat mengganggu medan sinyal lapisan perubahan di dekatnya. Ini sama sekali bukan hal yang kami harapkan. Sayangnya, pada papan 4 lapis berukuran 0,062 inci, jarak lapisannya berjauhan (setidaknya 0,020 inci), dan kapasitansi antarlapisnya kecil. Akibatnya terjadi interferensi medan listrik yang dijelaskan di atas. Hal ini mungkin tidak menyebabkan masalah integritas sinyal, namun pastinya akan menciptakan lebih banyak EMI. Inilah sebabnya, saat menggunakan kaskade, kami menghindari pergantian lapisan, terutama untuk sinyal frekuensi tinggi seperti jam.
Merupakan praktik umum untuk menambahkan kapasitor decoupling di dekat lubang lintasan transisi untuk mengurangi impedansi yang dialami oleh arus balik seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Namun, kapasitor decoupling ini tidak efektif untuk sinyal VHF karena frekuensi resonansinya yang rendah. Untuk sinyal AC dengan frekuensi lebih tinggi dari 200-300 MHz, kita tidak dapat mengandalkan kapasitor decoupling untuk menciptakan jalur balik impedansi rendah. Oleh karena itu, kita memerlukan kapasitor decoupling (untuk frekuensi di bawah 200-300 MHz) dan kapasitor antar papan yang relatif besar untuk frekuensi yang lebih tinggi.
berita15
Masalah ini dapat dihindari dengan tidak mengubah lapisan sinyal kunci. Namun, kapasitansi antar papan yang kecil pada papan empat lapis menyebabkan masalah serius lainnya: transmisi daya. Jam ics digital biasanya memerlukan arus catu daya transien yang besar. Ketika waktu naik/turunnya output IC menurun, kita perlu menyalurkan energi pada tingkat yang lebih tinggi. Untuk menyediakan sumber muatan, kami biasanya menempatkan kapasitor decoupling sangat dekat dengan setiap IC logika. Namun, ada masalah: ketika kita melampaui frekuensi resonansi diri, kapasitor decoupling tidak dapat menyimpan dan mentransfer energi secara efisien, karena pada frekuensi ini kapasitor akan bertindak seperti induktor.
Karena kebanyakan IC saat ini mempunyai waktu naik/turun yang cepat (sekitar 500 ps), kita memerlukan struktur decoupling tambahan dengan frekuensi resonansi diri yang lebih tinggi dibandingkan dengan kapasitor decoupling. Kapasitansi antar lapisan pada papan sirkuit dapat menjadi struktur decoupling yang efektif, asalkan lapisan-lapisannya cukup berdekatan satu sama lain untuk menyediakan kapasitansi yang cukup. Oleh karena itu, selain kapasitor decoupling yang umum digunakan, kami lebih memilih untuk menggunakan lapisan daya dan lapisan ground yang berjarak dekat untuk menyediakan daya transien ke ics digital.
Harap dicatat bahwa karena proses pembuatan papan sirkuit yang umum, kami biasanya tidak memiliki isolator tipis antara lapisan kedua dan ketiga dari papan empat lapis. Papan empat lapis dengan isolator tipis antara lapisan kedua dan ketiga harganya bisa jauh lebih mahal daripada papan empat lapis konvensional.