معایب چیدمان سنتی چهار لایه PCB

اگر ظرفیت خازنی بین لایه‌ها به اندازه کافی بزرگ نباشد، میدان الکتریکی در سطح نسبتاً بزرگی از برد توزیع می‌شود، به طوری که امپدانس بین لایه‌ها کاهش می‌یابد و جریان برگشتی می‌تواند به لایه بالایی بازگردد. در این حالت، میدان تولید شده توسط این سیگنال ممکن است با میدان سیگنال لایه در حال تغییر مجاور تداخل کند. این اصلاً چیزی نبود که ما انتظار داشتیم. متأسفانه، در یک برد ۴ لایه ۰.۰۶۲ اینچی، لایه‌ها از هم فاصله زیادی دارند و ظرفیت خازنی بین لایه‌ها کوچک است.
وقتی سیم‌کشی از لایه ۱ به لایه ۴ یا برعکس تغییر کند، این مشکل که در تصویر نشان داده شده است، رخ خواهد داد.
اخبار۱۳
نمودار نشان می‌دهد که وقتی سیگنال از لایه ۱ به لایه ۴ (خط قرمز) می‌رود، جریان برگشتی نیز باید صفحه را تغییر دهد (خط آبی). اگر فرکانس سیگنال به اندازه کافی بالا باشد و صفحات به هم نزدیک باشند، جریان برگشتی می‌تواند از طریق خازن بین لایه‌ای که بین لایه زمین و لایه توان وجود دارد، جریان یابد. با این حال، به دلیل عدم وجود اتصال رسانای مستقیم برای جریان برگشتی، مسیر برگشت قطع می‌شود و می‌توانیم این وقفه را به عنوان یک امپدانس بین صفحات نشان داده شده در تصویر زیر در نظر بگیریم.
اخبار14
اگر ظرفیت خازنی بین لایه‌ها به اندازه کافی بزرگ نباشد، میدان الکتریکی در سطح نسبتاً بزرگی از برد توزیع می‌شود، به طوری که امپدانس بین لایه‌ها کاهش می‌یابد و جریان برگشتی می‌تواند به لایه بالایی بازگردد. در این حالت، میدان تولید شده توسط این سیگنال ممکن است با میدان سیگنال لایه در حال تغییر مجاور تداخل کند. این اصلاً چیزی نیست که ما به آن امیدوار بودیم. متأسفانه، در یک برد ۴ لایه با ضخامت ۰.۰۶۲ اینچ، لایه‌ها از هم فاصله زیادی دارند (حداقل ۰.۰۲۰ اینچ) و ظرفیت خازنی بین لایه‌ها کم است. در نتیجه، تداخل میدان الکتریکی که در بالا توضیح داده شد، رخ می‌دهد. این ممکن است باعث ایجاد مشکلات یکپارچگی سیگنال نشود، اما مطمئناً تداخل الکترومغناطیسی بیشتری ایجاد می‌کند. به همین دلیل است که هنگام استفاده از آبشار، از تغییر لایه‌ها، به خصوص برای سیگنال‌های فرکانس بالا مانند ساعت‌ها، خودداری می‌کنیم.
معمولاً برای کاهش امپدانس جریان برگشتی، یک خازن جداکننده در نزدیکی سوراخ گذرگاه انتقال اضافه می‌شود، همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است. با این حال، این خازن جداکننده به دلیل فرکانس خود رزونانس پایین برای سیگنال‌های VHF بی‌اثر است. برای سیگنال‌های AC با فرکانس‌های بالاتر از 200-300 مگاهرتز، نمی‌توانیم برای ایجاد یک مسیر برگشت با امپدانس کم به خازن‌های جداکننده تکیه کنیم. بنابراین، به یک خازن جداکننده (برای فرکانس‌های کمتر از 200-300 مگاهرتز) و یک خازن داخلی نسبتاً بزرگ برای فرکانس‌های بالاتر نیاز داریم.
اخبار15
با تغییر ندادن لایه سیگنال کلید، می‌توان از این مشکل جلوگیری کرد. با این حال، ظرفیت خازنی کوچک برد داخلی برد چهار لایه منجر به یک مشکل جدی دیگر می‌شود: انتقال توان. آی‌سی‌های دیجیتال ساعت معمولاً به جریان‌های منبع تغذیه گذرای بزرگ نیاز دارند. با کاهش زمان صعود/سقوط خروجی آی‌سی، باید انرژی را با نرخ بالاتری تحویل دهیم. برای تأمین منبع بار، معمولاً خازن‌های جداکننده را بسیار نزدیک به هر آی‌سی منطقی قرار می‌دهیم. با این حال، یک مشکل وجود دارد: وقتی از فرکانس‌های خود-رزونانس فراتر می‌رویم، خازن‌های جداکننده نمی‌توانند انرژی را به طور مؤثر ذخیره و انتقال دهند، زیرا در این فرکانس‌ها خازن مانند یک سلف عمل می‌کند.
از آنجایی که اکثر آی‌سی‌های امروزی زمان‌های افزایش/کاهش سریعی دارند (حدود ۵۰۰ پیکوثانیه)، به یک ساختار دکوپلینگ اضافی با فرکانس خود-رزونانس بالاتر از خازن دکوپلینگ نیاز داریم. ظرفیت بین لایه‌ای یک برد مدار می‌تواند یک ساختار دکوپلینگ مؤثر باشد، به شرطی که لایه‌ها به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک باشند تا ظرفیت کافی را فراهم کنند. بنابراین، علاوه بر خازن‌های دکوپلینگ رایج، ترجیح می‌دهیم از لایه‌های توان و لایه‌های زمین با فاصله نزدیک به هم برای تأمین توان گذرا به آی‌سی‌های دیجیتال استفاده کنیم.
لطفا توجه داشته باشید که به دلیل فرآیند تولید رایج برد مدار چاپی، معمولاً عایق‌های نازک بین لایه‌های دوم و سوم برد چهار لایه نداریم. یک برد چهار لایه با عایق‌های نازک بین لایه‌های دوم و سوم می‌تواند هزینه بسیار بیشتری نسبت به یک برد چهار لایه معمولی داشته باشد.