Nhược điểm của xếp chồng bốn lớp truyền thống PCB

Nếu điện dung giữa các lớp không đủ lớn, điện trường sẽ được phân bổ trên một diện tích tương đối lớn của bảng, do đó trở kháng giữa các lớp giảm và dòng điện trở lại có thể chảy ngược lên lớp trên cùng. Trong trường hợp này, trường do tín hiệu này tạo ra có thể gây nhiễu với trường của tín hiệu lớp thay đổi gần đó. Đây không phải là điều chúng tôi mong đợi chút nào. Thật không may, trên bảng 4 lớp 0,062 inch, các lớp cách xa nhau và điện dung giữa các lớp nhỏ
Khi thay đổi dây từ lớp 1 sang lớp 4 hoặc ngược lại sẽ dẫn đến sự cố như hình ảnh
tin13
Sơ đồ cho thấy khi tín hiệu theo dõi từ lớp 1 đến lớp 4 (đường màu đỏ), dòng trở về cũng phải thay đổi mặt phẳng (đường màu xanh). Nếu tần số của tín hiệu đủ cao và các mặt phẳng gần nhau thì dòng phản hồi có thể chạy qua điện dung giữa các lớp tồn tại giữa lớp đất và lớp nguồn. Tuy nhiên, do thiếu kết nối dẫn trực tiếp cho dòng hồi lưu, đường hồi lưu bị gián đoạn và chúng ta có thể coi sự gián đoạn này là trở kháng giữa các mặt phẳng được hiển thị như hình dưới đây.
tin14
Nếu điện dung giữa các lớp không đủ lớn, điện trường sẽ được phân bổ trên một diện tích tương đối lớn của bảng, do đó trở kháng giữa các lớp giảm và dòng điện trở lại có thể chảy ngược lên lớp trên cùng. Trong trường hợp này, trường do tín hiệu này tạo ra có thể gây nhiễu với trường của tín hiệu lớp thay đổi gần đó. Đây không phải là điều chúng tôi mong đợi chút nào. Thật không may, trên bảng 4 lớp 0,062 inch, các lớp cách nhau rất xa (ít nhất là 0,020 inch) và điện dung giữa các lớp nhỏ. Kết quả là xảy ra hiện tượng giao thoa điện trường mô tả ở trên. Điều này có thể không gây ra vấn đề về tính toàn vẹn tín hiệu nhưng chắc chắn sẽ tạo ra nhiều EMI hơn. Đây là lý do tại sao khi sử dụng tầng, chúng tôi tránh thay đổi lớp, đặc biệt đối với các tín hiệu tần số cao như đồng hồ.
Thông thường, người ta thường thêm một tụ điện tách gần lỗ truyền chuyển tiếp để giảm trở kháng do dòng hồi lưu gây ra như hình dưới đây. Tuy nhiên, tụ điện tách này không có hiệu quả đối với tín hiệu VHF do tần số tự cộng hưởng thấp. Đối với tín hiệu AC có tần số cao hơn 200-300 MHz, chúng ta không thể dựa vào việc tách tụ điện để tạo đường trở về có trở kháng thấp. Do đó, chúng ta cần một tụ điện tách rời (cho tần số dưới 200-300 MHz) và một tụ điện tương đối lớn cho tần số cao hơn.
tin15
Vấn đề này có thể tránh được bằng cách không thay đổi lớp tín hiệu chính. Tuy nhiên, điện dung giữa các bo mạch nhỏ của bo mạch bốn lớp dẫn đến một vấn đề nghiêm trọng khác: truyền tải điện. IC kỹ thuật số đồng hồ thường yêu cầu dòng điện cung cấp tức thời lớn. Khi thời gian tăng/giảm của đầu ra IC giảm, chúng ta cần cung cấp năng lượng ở tốc độ cao hơn. Để cung cấp nguồn sạc, chúng ta thường đặt các tụ tách rất gần với mỗi IC logic. Tuy nhiên, có một vấn đề: khi chúng ta vượt quá tần số tự cộng hưởng, tụ điện tách rời không thể lưu trữ và truyền năng lượng một cách hiệu quả, vì ở những tần số này tụ điện sẽ hoạt động giống như một cuộn cảm.
Vì hầu hết các IC ngày nay đều có thời gian tăng/giảm nhanh (khoảng 500 ps), chúng ta cần một cấu trúc tách bổ sung có tần số tự cộng hưởng cao hơn tần số của tụ tách. Điện dung giữa các lớp của bảng mạch có thể là một cấu trúc tách hiệu quả, miễn là các lớp đủ gần nhau để cung cấp đủ điện dung. Do đó, ngoài các tụ điện tách rời thường được sử dụng, chúng tôi ưu tiên sử dụng các lớp nguồn và lớp nối đất có khoảng cách gần nhau để cung cấp năng lượng nhất thời cho các ic kỹ thuật số.
Xin lưu ý rằng do quy trình sản xuất bảng mạch thông thường nên chúng ta thường không có chất cách điện mỏng giữa lớp thứ hai và thứ ba của bảng bốn lớp. Một tấm ván bốn lớp với lớp cách điện mỏng giữa lớp thứ hai và lớp thứ ba có thể đắt hơn nhiều so với tấm ván bốn lớp thông thường.