PCB傳統四層堆疊的缺點
發布時間:2023-07-07 責任編輯:lina
【導讀】ruguocengjiandianrongbugouda,dianchangjiangfenbuzaidianlubanxiangduijiaodadequyushang,congercengjianzukangjianxiao,fanhuidianliukeyiliuhuidingceng。zaizhezhongqingkuangxia,gaixinhaochanshengdechangkenenghuiganraofujingaibiancengdexinhaodechang。zhegenbenbushiwomensuoxiwangde。buxingdeshi,zai 0.062 英寸的 4 層板上,各層之間的距離較遠(至少 0.020 英寸,如圖 1 和圖 2 所示),並且層間電容很小。
當走線從第 1 層更改為第 4 層或反之亦然時,圖 1 和圖 2 中的層疊的個問題就會出現。如圖 3 所示。

圖 3.圖片由Altium提供。
該圖顯示,當信號走線從第 1 層到第 4 層(紅線)時,返回電流也必須改變平麵(藍線)。如ru果guo信xin號hao的de頻pin率lv足zu夠gou高gao並bing且qie平ping麵mian靠kao得de很hen近jin,則ze返fan回hui電dian流liu可ke以yi流liu過guo接jie地di層ceng和he電dian源yuan層ceng之zhi間jian存cun在zai的de層ceng間jian電dian容rong。然ran而er,由you於yu缺que少shao返fan回hui電dian流liu的de直zhi接jie導dao電dian連lian接jie,會hui導dao致zhi返fan回hui路lu徑jing中zhong斷duan,我wo們men可ke以yi將jiang這zhe種zhong中zhong斷duan想xiang象xiang為wei平ping麵mian之zhi間jian的de阻zu抗kang(見圖 4)。

圖 4.圖片由電磁兼容性工程提供。
ruguocengjiandianrongbugouda,dianchangjiangfenbuzaidianlubanxiangduijiaodadequyushang,congercengjianzukangjianxiao,fanhuidianliukeyiliuhuidingceng。zaizhezhongqingkuangxia,gaixinhaochanshengdechangkenenghuiganraofujingaibiancengdexinhaodechang。zhegenbenbushiwomensuoxiwangde。buxingdeshi,zai 0.062 英寸的 4 層板上,各層之間的距離較遠(至少 0.020 英寸,如圖 1 和圖 2 所示),並且層間電容很小。因此,就會出現上述的電場幹擾。這可能不會導致信號完整性問題,但肯定會產生更多的 EMI。這就是為什麼在使用圖 1 和圖 2 所示的層疊時,我們避免更改層,特別是對於時鍾等高頻信號。
通常的做法是在過渡過孔附近添加一個去耦電容器,以降低返回電流所經曆的阻抗(參見圖 5)。然而,這種去耦電容器由於其自諧振頻率較低,因此對於甚高頻信號無效。對於頻率高於 200-300 MHz 的交流信號,我們不能依靠去耦電容器來創建低阻抗返回路徑。因此,我們需要一個去耦電容器(對於 200-300 MHz 以下)和一個相對較大的板間電容以用於更高的頻率。

圖 5 圖片由Altium提供。
通過不改變關鍵信號的層可以避免上述問題。然而,四層板的小板間電容導致了另一個嚴重的問題:電力傳輸。時鍾數字IC通常需要大的瞬態電源電流。隨著 IC 輸出的上升/下降時間縮短,我們需要以更高的速率提供能量。為了提供電荷源,我們通常將去耦電容器放置在非常靠近每個邏輯 IC 的位置。然而,存在一個問題:當我們超出自諧振頻率時,去耦電容器無法有效地存儲和傳遞能量,因為在這些頻率下,電容器將像電感器一樣工作。
由於當今大多數 IC 都具有快速上升/下降時間(約 500 ps),yinciwomenxuyaoyigeewaidequoujiegou,qizixiezhenpinlvgaoyuquoudianrongqidezixiezhenpinlv。dianlubandecengjiandianrongkeyishiyizhongyouxiaodequoujiegou,qiantishigecengbicizugoujiejinyitigongzugoudedianrong。yinci,chulecaiyongchangyongdequoudianrongqiwai,womengengxihuancaiyongjinmijiangededianyuancenghejiedicenglaiweishuzi IC 提供瞬態電源。
請注意,由於通用的電路板製造工藝,我們通常在四層板的第二層和第三層之間沒有薄絕緣體。在第 2 層和第 3 層之間具有薄絕緣體的四層板的成本可能比傳統的四層板高得多。
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