ข้อเสียของการวางซ้อน PCB แบบสี่ชั้นแบบดั้งเดิม

หากความจุระหว่างชั้นไม่เพียงพอ สนามไฟฟ้าจะกระจายไปทั่วพื้นที่ที่ค่อนข้างกว้างของบอร์ด ทำให้อิมพีแดนซ์ระหว่างชั้นลดลง และกระแสย้อนกลับสามารถไหลกลับไปยังชั้นบนสุดได้ ในกรณีนี้ สนามไฟฟ้าที่เกิดจากสัญญาณนี้อาจรบกวนสนามของสัญญาณชั้นที่กำลังเปลี่ยนแปลงที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่งไม่เป็นอย่างที่เราคาดหวังไว้เลย น่าเสียดายที่บนบอร์ด 4 ชั้นขนาด 0.062 นิ้ว แต่ละชั้นจะอยู่ห่างกันมาก และความจุระหว่างชั้นก็น้อย
เมื่อเปลี่ยนสายจากเลเยอร์ 1 ไปเป็นเลเยอร์ 4 หรือในทางกลับกัน จะเกิดปัญหาดังภาพ
ข่าว13
แผนภาพแสดงให้เห็นว่าเมื่อสัญญาณเคลื่อนที่จากเลเยอร์ 1 ไปยังเลเยอร์ 4 (เส้นสีแดง) กระแสขากลับจะต้องเปลี่ยนระนาบด้วย (เส้นสีน้ำเงิน) หากความถี่ของสัญญาณสูงพอและระนาบทั้งสองอยู่ใกล้กัน กระแสขากลับสามารถไหลผ่านความจุระหว่างเลเยอร์ที่อยู่ระหว่างเลเยอร์กราวด์และเลเยอร์กำลังไฟฟ้าได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไม่มีการเชื่อมต่อตัวนำโดยตรงสำหรับกระแสขากลับ เส้นทางขากลับจึงถูกขัดจังหวะ และเราสามารถมองการขัดจังหวะนี้เป็นอิมพีแดนซ์ระหว่างระนาบดังที่แสดงในภาพด้านล่าง
ข่าว14
หากความจุระหว่างชั้นไม่เพียงพอ สนามไฟฟ้าจะกระจายไปทั่วพื้นที่ที่ค่อนข้างกว้างของบอร์ด ทำให้อิมพีแดนซ์ระหว่างชั้นลดลง และกระแสย้อนกลับสามารถไหลกลับไปยังชั้นบนสุดได้ ในกรณีนี้ สนามไฟฟ้าที่เกิดจากสัญญาณนี้อาจรบกวนสนามของสัญญาณชั้นที่กำลังเปลี่ยนแปลงที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่งไม่เป็นอย่างที่เราคาดหวังไว้เลย น่าเสียดายที่บนบอร์ด 4 ชั้นขนาด 0.062 นิ้ว ชั้นต่างๆ จะอยู่ห่างกันมาก (อย่างน้อย 0.020 นิ้ว) และความจุระหว่างชั้นจะมีค่าน้อย ส่งผลให้เกิดการรบกวนของสนามไฟฟ้าดังที่อธิบายไว้ข้างต้น ซึ่งอาจไม่ก่อให้เกิดปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณ แต่จะสร้าง EMI มากขึ้นอย่างแน่นอน ด้วยเหตุนี้ เมื่อใช้แบบคาสเคด เราจึงหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนชั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสัญญาณความถี่สูง เช่น สัญญาณนาฬิกา
เป็นเรื่องปกติที่จะเพิ่มตัวเก็บประจุแบบแยกตัว (decoupling capacitor) ใกล้กับช่องผ่านทรานซิชัน (transition pass hole) เพื่อลดอิมพีแดนซ์ที่เกิดจากกระแสย้อนกลับดังที่แสดงในภาพด้านล่าง อย่างไรก็ตาม ตัวเก็บประจุแบบแยกตัวนี้ไม่มีประสิทธิภาพสำหรับสัญญาณ VHF เนื่องจากมีความถี่เรโซแนนซ์ต่ำ สำหรับสัญญาณ AC ที่มีความถี่สูงกว่า 200-300 MHz เราไม่สามารถใช้ตัวเก็บประจุแบบแยกตัวเพื่อสร้างเส้นทางย้อนกลับที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำได้ ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องใช้ตัวเก็บประจุแบบแยกตัว (สำหรับความถี่ต่ำกว่า 200-300 MHz) และตัวเก็บประจุแบบอินเตอร์บอร์ดที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่สำหรับความถี่ที่สูงขึ้น
ข่าว15
ปัญหานี้สามารถหลีกเลี่ยงได้ด้วยการไม่เปลี่ยนแปลงเลเยอร์ของสัญญาณคีย์ อย่างไรก็ตาม ความจุระหว่างบอร์ดที่ต่ำของบอร์ดสี่เลเยอร์นำไปสู่ปัญหาร้ายแรงอีกประการหนึ่ง นั่นคือ การส่งกำลัง โดยทั่วไปแล้วไอซีดิจิทัลแบบสัญญาณนาฬิกาต้องการกระแสไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟชั่วคราวจำนวนมาก เมื่อเวลาขึ้น/ลงของเอาต์พุตไอซีลดลง เราจำเป็นต้องส่งพลังงานในอัตราที่สูงขึ้น เพื่อจัดหาแหล่งจ่ายประจุ เรามักจะวางตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนไว้ใกล้กับไอซีลอจิกแต่ละตัว อย่างไรก็ตาม มีปัญหาอยู่ประการหนึ่งคือ เมื่อเราใช้ความถี่เรโซแนนซ์ของตัวเอง ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนจะไม่สามารถจัดเก็บและถ่ายโอนพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากที่ความถี่เหล่านี้ ตัวเก็บประจุจะทำหน้าที่เหมือนตัวเหนี่ยวนำ
เนื่องจากไอซีส่วนใหญ่ในปัจจุบันมีเวลาเพิ่มขึ้น/ลดลงอย่างรวดเร็ว (ประมาณ 500 ps) เราจึงจำเป็นต้องมีโครงสร้างการแยกสัญญาณเพิ่มเติมที่มีความถี่เรโซแนนซ์ของตัวเองสูงกว่าตัวเก็บประจุแยกสัญญาณ ความจุระหว่างชั้นของแผงวงจรสามารถเป็นโครงสร้างการแยกสัญญาณที่มีประสิทธิภาพได้ หากชั้นต่างๆ อยู่ใกล้กันเพียงพอที่จะให้ความจุที่เพียงพอ ดังนั้น นอกเหนือจากตัวเก็บประจุแยกสัญญาณที่ใช้กันทั่วไปแล้ว เราจึงนิยมใช้ชั้นกำลังไฟฟ้าและชั้นกราวด์ที่อยู่ห่างกันมาก เพื่อจ่ายพลังงานชั่วคราวให้กับไอซีดิจิทัล
โปรดทราบว่าเนื่องจากกระบวนการผลิตแผงวงจรทั่วไป เราจึงมักไม่มีฉนวนบางๆ ระหว่างชั้นที่สองและชั้นที่สามของแผงวงจรสี่ชั้น แผงวงจรสี่ชั้นที่มีฉนวนบางๆ ระหว่างชั้นที่สองและชั้นที่สามอาจมีราคาแพงกว่าแผงวงจรสี่ชั้นทั่วไปมาก


TOP