Kerugian PCB susun empat lapis tradisional

Jika kapasitansi antar-lapis tidak cukup besar, medan listrik akan terdistribusi ke area papan yang relatif luas, sehingga impedansi antar-lapis berkurang dan arus balik dapat mengalir kembali ke lapisan atas. Dalam hal ini, medan yang dihasilkan oleh sinyal ini dapat mengganggu medan sinyal lapisan yang berubah di dekatnya. Ini sama sekali bukan yang kami harapkan. Sayangnya, pada papan 4-lapis berukuran 0,062 inci, lapisan-lapisannya berjauhan dan kapasitansi antar-lapisnya kecil.
Ketika kabel berubah dari lapisan 1 ke lapisan 4 atau sebaliknya, maka akan muncul permasalahan seperti yang ditunjukkan pada gambar
berita13
Diagram menunjukkan bahwa ketika sinyal bergerak dari lapisan 1 ke lapisan 4 (garis merah), arus balik juga harus berpindah bidang (garis biru). Jika frekuensi sinyal cukup tinggi dan bidang-bidangnya berdekatan, arus balik dapat mengalir melalui kapasitansi antar-lapisan yang terdapat di antara lapisan ground dan lapisan daya. Namun, karena tidak adanya koneksi konduktif langsung untuk arus balik, jalur balik terputus, dan kita dapat menganggap interupsi ini sebagai impedansi antar-bidang yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
berita14
Jika kapasitansi antarlapis tidak cukup besar, medan listrik akan terdistribusi 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 yang berubah di dekatnya. Ini sama sekali bukan yang kami harapkan. Sayangnya, pada papan 4 lapis berukuran 0,062 inci, lapisan-lapisannya berjauhan (setidaknya 0,020 inci), dan kapasitansi antarlapisnya kecil. Akibatnya, interferensi medan listrik yang dijelaskan di atas terjadi. Hal ini mungkin tidak menyebabkan masalah integritas sinyal, tetapi tentu saja akan menimbulkan lebih banyak EMI. Inilah sebabnya, saat menggunakan kaskade, kami menghindari perubahan lapisan, terutama untuk sinyal frekuensi tinggi seperti clock.
Menambahkan kapasitor decoupling di dekat lubang pass transisi merupakan praktik umum untuk mengurangi impedansi arus balik 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 di atas 200-300 MHz, kita tidak dapat mengandalkan kapasitor decoupling untuk menciptakan jalur balik berimpedansi rendah. Oleh karena itu, kita memerlukan kapasitor decoupling (untuk frekuensi di bawah 200-300 MHz) dan kapasitor interboard 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. IC digital clock biasanya membutuhkan arus catu daya transien yang besar. Seiring berkurangnya waktu naik/turun keluaran IC, kita perlu menyalurkan energi dengan laju yang lebih tinggi. Untuk menyediakan sumber muatan, kita 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 sebagian besar IC saat ini memiliki waktu naik/turun yang cepat (sekitar 500 ps), kami memerlukan struktur decoupling tambahan dengan frekuensi resonansi diri yang lebih tinggi daripada kapasitor decoupling. Kapasitansi antar-lapisan papan sirkuit dapat menjadi struktur decoupling yang efektif, asalkan lapisan-lapisannya cukup dekat satu sama lain untuk menyediakan kapasitansi yang memadai. Oleh karena itu, selain kapasitor decoupling yang umum digunakan, kami lebih suka menggunakan lapisan daya dan lapisan ground yang berjarak dekat untuk menyediakan daya transien ke IC digital.
Harap dicatat bahwa karena proses pembuatan papan sirkuit umum, kami biasanya tidak memiliki isolator tipis di antara lapisan kedua dan ketiga dari papan empat lapis. Papan empat lapis dengan isolator tipis di antara lapisan kedua dan ketiga dapat jauh lebih mahal daripada papan empat lapis konvensional.