Nhược điểm của PCB xếp chồng bốn lớp truyền thống

Nếu điện dung giữa các lớp không đủ lớn, trường điện sẽ được phân bố trên một diện tích tương đối lớn của bảng, do đó trở kháng giữa các lớp giảm và dòng điện trở về có thể chảy ngược trở lại 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 hoàn toàn không phải là điều chúng tôi mong đợi. Thật không may, trên một bảng 4 lớp có kích thước 0,062 inch, các lớp cách xa nhau và điện dung giữa các lớp nhỏ
Khi hệ thống dây điện thay đổi từ lớp 1 sang lớp 4 hoặc ngược lại thì sẽ dẫn đến vấn đề này như hình ảnh minh họa
tin tức13
Sơ đồ cho thấy khi tín hiệu theo dõi từ lớp 1 đến lớp 4 (đường màu đỏ), dòng điện 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, dòng điện trở về có thể chảy qua điện dung giữa các lớp tồn tại giữa lớp đất và lớp nguồn. Tuy nhiên, do thiếu kết nối dẫn điện trực tiếp cho dòng điện trở về, đường dẫn trở về 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 bên dưới
tin tức14
Nếu điện dung lớp xen kẽ không đủ lớn, trường điện sẽ được phân bổ trên một diện tích tương đối lớn của bảng mạch, do đó trở kháng lớp xen kẽ bị giảm và dòng điện trở về có thể chảy ngược trở lại lớp trên cùng. Trong trường hợp này, trường do tín hiệu này tạo ra có thể gây nhiễu trường của tín hiệu lớp thay đổi gần đó. Đây hoàn toàn không phải là điều chúng tôi mong đợi. Thật không may, trên bảng mạch 4 lớp có kích thước 0,062 inch, các lớp cách xa nhau (ít nhất là 0,020 inch) và điện dung lớp xen kẽ nhỏ. Do đó, hiện tượng nhiễu trường điện được mô tả ở trên xảy ra. Điều này có thể không gây ra các vấn đề về tính toàn vẹn của 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 là đối với các tín hiệu tần số cao như xung nhịp.
Thực hành phổ biến là thêm một tụ điện tách ghép gần lỗ thông chuyển tiếp để giảm trở kháng mà dòng điện trở về gặp phải như hình bên dưới. Tuy nhiên, tụ điện tách ghép này không hiệu quả đối với tín hiệu VHF do tần số tự cộng hưởng thấp của nó. Đối với tín hiệu AC có tần số cao hơn 200-300 MHz, chúng ta không thể dựa vào tụ điện tách ghép để tạo đường dẫn trở về có trở kháng thấp. Do đó, chúng ta cần một tụ điện tách ghép (cho tần số dưới 200-300 MHz) và một tụ điện liên bo mạch tương đối lớn cho tần số cao hơn.
tin tức15
Vấn đề này có thể tránh được bằng cách không thay đổi lớp tín hiệu chính. Tuy nhiên, điện dung liên bảng nhỏ của bảng 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 điện tạm 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 tụ tách ghép rất gần với mỗi IC logic. Tuy nhiên, có một vấn đề: khi chúng ta vượt quá tần số tự cộng hưởng, tụ tách ghép không thể lưu trữ và truyền năng lượng hiệu quả, vì ở các tần số này, tụ sẽ hoạt động như một cuộn cảm.
Vì hầu hết các ics ngày nay đều có thời gian tăng/giảm nhanh (khoảng 500 ps), chúng ta cần một cấu trúc tách ghép bổ sung có tần số tự cộng hưởng cao hơn tần số của tụ tách ghép. Điện dung xen kẽ của một bảng mạch có thể là một cấu trúc tách ghép hiệu quả, với điều kiện là các lớp đủ gần nhau để cung cấp đủ điện dung. Do đó, ngoài các tụ tách ghép thường được sử dụng, chúng tôi thích sử dụng các lớp nguồn và lớp đất có khoảng cách gần để cung cấp nguồn điện tạm thời cho ics kỹ thuật số.
Xin lưu ý rằng do quy trình sản xuất bảng mạch thông thường, chúng tôi thường không có lớp cách điện mỏng giữa lớp thứ hai và lớp thứ ba của bảng bốn lớp. Một bảng bốn lớp có lớp cách điện mỏng giữa lớp thứ hai và lớp thứ ba có thể đắt hơn nhiều so với bảng bốn lớp thông thường.