Internal Power & Split Planes

电源平面

电源平面是特殊的实心铜内层，通常用于在整个 PCB 中提供电气稳定的地或电源参考。 

PCB 编辑器最多支持 16 个内部电源平面。你可以为每一层分配一个网络（net），也可以将电源平面分割成两个或多个彼此隔离的区域，从而在多个网络之间共享同一电源平面。焊盘和过孔与电源平面的连接由 Plane 设计规则控制。电源平面以负片方式创建：放置在电源平面层上的对象会在铜箔中形成挖空（void）；其余区域将成为实心铜。

创建内部平面

内部电源平面通过 Layer Stack Manager (Design » Layer Stack Manager) 添加到 PCB 设计中。要添加新的内部平面，请高亮你希望在其下方创建内部层的现有层，然后右键并从上下文菜单中选择 Insert layer below » Plane 。新的内部平面会被添加到层叠中。使用 Properties 面板的 Layer Stack Manager 模式来定义所选内部平面层的属性。在 Layer Stack Manager 中所做的更改必须保存后，才能在 PCB 编辑器中使用。

查看平面

要在设计空间中查看某个平面层，必须先在 View Configuration panel 的 Layer & Colors 选项卡上启用该层的显示。 

为平面分配网络

网络是在 PCB 编辑器中分配给平面的。 要为平面层分配网络：

1. 将该平面层设为设计空间中的活动层（点击编辑器底部的层标签，使该层成为活动层）。
2. 在板框轮廓内任意位置双击。 
3. 将打开 Split Plane 对话框，在 Connect to Net 列表中选择所需网络。注意：如果活动层不是平面层，对话框不会打开。

选择电源平面层后，在该层任意位置双击即可分配网络。

在 3D 查看模式（快捷键 3）下，你可以看到所有内部平面对象的物理表示。除了查看之外，通过切换到单层模式并依次点击各层，3D 视图还能让你“穿行”于电路板内部，从而帮助检查内部平面。

分割平面上热焊盘（thermal relief）连接的 3D 视图。

平面层也可以被划分或分割为多个独立区域，并为每个区域分配不同的网络。了解更多关于 定义分割平面 的内容。

平面层回缩（Pullback）

添加电源平面时，会在板框周围自动创建一组回缩走线，用于使平面从板边缘回缩。 回缩走线无法在屏幕上直接编辑，因为其宽度由 Layer Stack Manager 中的 Pullback distance 属性定义（show image）。当更改内部平面的回缩值时，这些走线会自动重新生成。

创建挖空（Blow-Out）区域

要对平面进行“挖空”，即创建无铜区域，你可以使用 Place 命令放置线段、圆弧或填充，以逐步构建该无铜区域。

将焊盘和过孔连接到平面层

电源平面上焊盘与过孔的连接显示方式取决于在 PCB Rules and Constraints Editor dialog (Design » Rules) 中设置的 Plane 设计规则。你可以为具有特定连接或不连接要求的焊盘与过孔创建额外规则。

热焊盘与直连

通孔焊盘和过孔可以通过直连或热焊盘（thermal relief）方式连接到电源平面。热焊盘连接用于在电路板焊接时，将已连接引脚与大面积实心铜平面进行热隔离。PCB 编辑器中的设计规则允许你定义连接到电源平面的每个或所有焊盘的热焊盘形状。

Power Plane Connect Style 设计规则用于指定从器件引脚到电源平面的连接样式。提供三种连接选项

• Relief Connect
• Direct Connect
• No Connect

此外，还为将 SMD 电源引脚连接到电源平面层提供了特殊支持。对于连接到电源平面的网络上的 SMD 焊盘，会自动标记为已连接到相应平面。自动布线器通过放置扇出（fanout）来完成这些焊盘的物理连接；扇出是一段短走线和一个过孔，用于与平面层形成热焊盘或直连连接。

电源平面上焊盘的热焊盘连接。彩色区域表示无铜区域。

当某个网络被分配到电源平面后，在相应电源平面层上，该网络的每个焊盘处都会出现一个小十字。热焊盘连接显示为“+”，直连显示为“x”。由于直连焊盘到引脚处为实心铜，它们会一直显示平面颜色直到焊盘孔边缘。

不连接到电源平面的焊盘

不连接到平面的焊盘会通过一圈无铜区域与平面隔离。该无铜区域在 Power Plane Clearance 设计规则中定义，为围绕焊盘孔的径向扩展量。

将过孔连接到电源平面

与焊盘类似，过孔会自动连接到具有相同网络名的内部电源平面层。过孔将按照适用的 Power Plane Connect Style 设计规则进行连接。如果你不希望过孔连接到电源平面，请添加一条 Power Plane Connect Style 设计规则，将连接样式设为 No Connect ，并将作用域查询设为 IsVia。

制造注意事项

请与制造商确认任何热焊盘连接所需的合适尺寸参数。同时，检查不连接的焊盘或过孔不会完全包围某个已连接焊盘，否则可能会意外导致该已连接焊盘被隔离并断开连接。确保不要移除过多铜箔，并在最大铜面积与可负担的制造成本之间取得平衡。

将焊盘和过孔与平面断开连接

你可以在 Power Plane Connect Style 设计规则中使用查询，进一步限制哪些焊盘或过孔连接或不连接到电源平面。焊盘可以通过位号名称或物理属性（如焊盘尺寸）来定位。由于过孔没有位号，必须通过物理属性（如过孔直径）来定位。

限定不连接到电源平面的特定焊盘与过孔

例如，要仅断开位号名称以 U7 开头的焊盘，你可以使用 (ObjectKind = 'Pad') 和 (Name Like 'U7-*') 查询来为一条 Power Plane Connect Style 设计规则设置作用域。连接样式将设置为 No Connect。另一个查询如 (ObjectKind = 'Pad') 和 (HoleSize = 25) 则只会定位孔径为 25mil 的焊盘。

处理不希望连接的过孔时，你可以修改过孔以包含一个用于唯一识别的特殊属性，例如使用不同的过孔直径，然后将一条新的 Power Plane Connect Style 设计规则的作用域限定为这些过孔，并将 No Connect 连接样式设置为匹配仅这些过孔。比如，可使用查询 (ObjectKind = 'Via') And (ViaDiameter = '24') 来定位直径为 24mil 的过孔。查询 InNet('VCC') and IsVia 可用于仅定位连接到网络 VCC 的过孔。

或者，如果你无法使用上述方法选中过孔，可以将它们转换为自由焊盘（Free Pad），然后用焊盘名称来限定作用范围。做法是：选中你不想连接的过孔，将它们转换为自由焊盘（Tools » Convert » Convert Selected Vias to Free Pads），并为它们全部指定相同的 Designator 名称，例如 NoPlaneConnect。然后新增一条 Power Plane Connect Style 设计规则，并为该规则指定作用范围（ObjectKind = 'Pad'）和（Name = 'Free‑NoPlaneConnect'）。同时，将 No Connect 选择为 Connect Style。所有名为 NoPlaneConnect 的自由焊盘都会与所有电源平面层断开连接。

移除内部平面

要移除内部平面，在 Layer Stack Manager 中右键单击该层，然后从右键菜单中选择 Delete layer 。会弹出确认对话框，提示删除该层时该层上的所有图元也会一并移除。单击 Yes 确认。

分割平面

分割平面是在内部平面上的一个封闭区域，用于将平面划分为彼此电气隔离的独立区域。每个区域通过放置边界线来定义，以包围该网络上的所有引脚。随后将每个区域分配给不同的网络，从而在同一个内部电源平面层上形成两个或多个分割平面。

电源平面可以分割成任意数量的独立区域。这个分割过程类似于把平面切割成若干部分，你放置的线宽定义了隔离间距。电源平面以负片方式构建，因此这些特殊的边界线会变成一条“无铜”带，从而在该网络与平面上相邻网络之间形成隔离。

内部平面上的分割平面

通常，先将焊盘数量最多的网络分配给内部平面，然后为你希望通过该平面连接的其他网络定义区域（从平面中“分割”出来）。任何无法被包含在分割平面区域内的焊盘会继续显示连接线，表示它们必须在信号层上连接。

检查分割平面区域

你也可以使用 PCB 面板顶部下拉菜单中的 Split Plane Editor 模式来选择并查看内部平面及其内容，如下所示。

配置高亮选项，然后单击以高亮一个分割区域以及与之连接的焊盘和过孔。

通过在面板顶部配置高亮选项（Select、Zoom 等），然后将活动层设置为目标平面层，你可以单击面板中的 Net Name 来定位某个分割平面区域以及与其连接的焊盘和过孔（pullback / 分割平面走线所围成的整个区域都会被高亮）。在面板中双击 Net Name 会打开 Split Plane 对话框，可在其中更改分配给该分割平面的网络。

在设计中使用多个分割平面

支持“分割中的分割”（嵌套分割或孤岛），因此你不需要用外层分割去包裹内层分割。如果你想进一步细分某个分割平面，可以继续在现有分割平面内部的电源平面层上添加对象，以创建其他电气隔离区域。

定义分割平面时的显示技巧

当你在电源平面中定义分割区域时，有时很难看清分割区域需要包围的所有焊盘。为了让你要连接到分割平面的那个网络的焊盘更醒目，建议在开始前使用以下技巧。

• 通过主菜单选择 Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer / Rebuild Split Planes on All Layers 重新计算并重绘内部平面。
• 使用 3D 模式（快捷键 3）查看平面的物理表现，包括挖空区域（void areas）和热焊盘连接（thermal relief connections）。为便于在 3D 中移动浏览，可缩放板厚以增大层间垂直距离。Board thickness (Scale) 控件位于 View Configuration 面板的 View Options 选项卡中的 3D Settings 区域。

• 仅显示最少的层（例如 Keep Out 层、Multi-layer、所需的机械层）以及正在使用的电源平面层。在 View Configuration 面板中禁用其他层。
• 隐藏所有连接线（View » Connections » Hide All）。有时，显示你要为其创建分割平面的单个网络会更有用（View » Connections » Show Net）。
• 在 PCB 面板中选择 Nets ，然后双击网络名称打开 Edit Net dialog，将分割平面上各网络的颜色属性设置为不同颜色。
• 要显示与某个网络相关的所有焊盘，可在 PCB 面板中单击内部平面上的该网络，以屏蔽其他所有焊盘。
• 先将焊盘数量最多的网络分配给内部电源平面，然后在 PCB List 面板中使用 InNet('A') 或 InNet('B') 等查询来显示网络，例如区分一些带热焊盘连接、一些不带热焊盘连接的网络，以便区分需要纳入新分割平面的焊盘。
• 要仅显示内部平面上的对象和图元，请在 PCB Filter 面板中使用查询 OnPlane 。

定义分割平面

在 Altium Designer 中，你可以在内部电源平面上放置任意组合的线、圆弧、走线（tracks）和填充（fills）来定义分割平面。一旦这些对象将平面的一部分与其余部分隔离开，就会创建一个新的分割平面。随后会将一个网络与该新分割平面关联。定义分割平面最简单的方法是使用 Place » Line 命令，然后在电源平面上绘制分割平面的边界。

使用 Place » Line 命令创建分割平面。

这会在底片图形中创建一条“留空不铺铜”的线，从而分割平面。线宽即为隔离宽度。当你右键退出放置线模式时，系统会分析平面并创建独立的分割区域。若要在放置线的过程中更改分割平面与内部电源平面之间的隔离宽度，按 Tab 打开 Line Constraints 对话框并修改 Line Width 值。

要将电源平面分成两个分割平面，你可以从一个 pullback 走线一直画一条直线到另一个 pullback 走线，横跨整个板子。只要这些线与 pullback 走线相连，就会形成一个隔离区域，从而创建用于标识分割平面的多边形类型对象。务必确保线段相连；当线段连接时，光标会变为十字中的大圆。

你可以用线、圆弧和填充创建一个封闭形状，以定义不规则形状的分割平面。你也可以使用内部层上已有的线、圆弧、填充或走线作为边界的一部分。只要它们连接形成封闭区域，就会生成分割平面。

使用圆弧、填充和走线

如果你使用圆弧来分割平面，建议在圆弧段之间放置一小段走线。注意：使用填充（Place » Fill）不会创建分割平面；它只会创建一个挖空区域。比如，你可以用填充代替线来创建分割平面的外边缘。

如果你使用 Place » Interactive Routing 命令放置走线而不是线，请确保走线设置为 No Net，并将分割平面关联到相应的网络名称。

为分割平面分配网络

要检查每个分割区域是否正确定义，单击一次某个分割区域；如果它是封闭区域，则只会高亮该区域。

高亮显示的分割平面。

如果该区域被高亮，双击该区域以打开 Split Plane 对话框，检查或设置网络分配。在对话框的下拉列表中选择分割平面的网络名称，该列表包含当前为该设计加载的所有网络。

更新分割平面连接

在设计空间中移动或放置对象后，分割平面的形状可能会发生变化，但显示不会自动更新。选择 Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer 或 Rebuild Split Planes on All Layers 以重新计算并重绘平面。

在平面层上放置走线

由于平面层以负片方式构建，在电源平面层上放置的走线会在铜中形成空洞，因此不会形成连接。基于这一点，您无法在平面层上用单根走线来布线某个网络。如果您希望在电源平面层上布线某个网络，就必须创建一条非常窄的铜岛，其尺寸与您想使用的走线相同。通过在将充当走线的区域周围创建线条边界（Place » Line），您可以创建一个分割平面，然后将其分配给所需的网络。

或者，如果需要在与平面相同的层上布设多处连接，使用信号层进行布线，然后用多边形平面（覆铜）来创建电源平面，通常会更高效。

查看与编辑分割平面

PCB 面板的 Split Plane Editor 模式可让您轻松查看和管理当前 PCB 设计中的分割平面。该面板模式分为三个区域：

• Layers - 该区域显示设计中当前定义的所有内部平面层，以及每层存在多少个分割平面。
• Split Planes - 该区域会填充在 Layers 区域中所选条目所包含的分割平面。 - 该区域会列出面板 Split Planes 区域中所选条目对应的焊盘（Pads）和过孔（Vias）。

层区域

面板的 Layers 区域显示该设计当前定义的所有内部平面层。在该区域中，Split Count 列指示对应平面层存在多少个分割平面。分割计数为“1”表示该层尚未被分割，并且该层本身被视为一个单独的分割区域。

分割平面区域

在 Layers 区域中选择一个条目后，该平面层上的所有分割平面及其分配的网络将被加载到面板的 Split Planes 区域中。

对于每个条目，会显示一个 Node Count。该值反映连接到该分割平面区域的焊盘和过孔总数。

双击（或右键并从上下文菜单中选择 Properties）带有分割平面的网络，将打开 Split Plane 对话框，可用于更改该分割平面被分配到哪个网络。

分割平面上的焊盘/过孔区域

在面板 Split Planes 区域中右键单击焊盘或过孔，然后从上下文菜单中选择 Properties，将打开与该图元相关联的 Properties 面板。

删除分割平面

由于分割是在平面上某个区域被隔离时形成的，移除任何构成分割边界的对象都会移除该分割。因此，要删除分割平面，请删除边界图元，例如构成分割平面轮廓的线条或其他图元。请记住，回拉走线只能通过从层叠中移除内部平面来删除。

分割平面的设计规则检查

在批量设计规则检查（DRC）期间，您可以针对以下规则检查并生成分割平面的报告：

• 断裂平面（Broken planes）
• 死铜区域（Dead copper regions）
• 热焊盘连接不足（Starved thermal connections）。

这些选项位于 Design Ruler Checker dialog 的 DRC Report Options 中，可通过主菜单选择 Tools » Design Rule Check 访问。启用所需选项后，批量 DRC 将对其进行检查并在报告中输出。

生成报告后，任何违反这些规则的情况都会显示在报告中。单击报告中的条目即可在 PCB 编辑器中显示对应错误。

断裂平面

当平面中与该网络具有连通性的某个区域与平面其余部分电气断开时，就会出现断裂平面。一个可能的例子是：连接器跨放在分割平面上但未与其连接。引脚周围的空洞连在一起，完全切断平面铜箔，从而将其有效分成两部分。

显示 DRC 错误的断裂平面（亮绿色）。

死铜

死铜是指与该网络没有连通性、并且也与原始平面电气断开的铜箔区域。一个可能的例子是：某个未连接到平面的连接器，其引脚间距很近，引脚周围的空洞连在一起，将平面铜箔的某些区域与平面其余部分隔离开。

显示 DRC 错误的死铜区域（亮绿色）。

热焊盘连接不足

热焊盘（Thermals）是与平面相连的一种连接方式，其周围带有热隔离“开窗”（thermal relief cutouts），以降低向平面铜箔的导热。若连接到平面的铜辐条（spokes）表面积被空洞区域削减，热焊盘就可能出现“连接不足（starved）”。该规则还会检查热焊盘的表面积（不仅是辐条）与任何侵入热焊盘的空洞区域之间的关系。

显示 DRC 错误的热焊盘连接不足（亮绿色）。

关于分割平面的说明

• 分割平面 DRC 检查仅支持批处理（Batch）模式。
• 你需要再次运行批处理 DRC 以移除错误标记，或从主菜单中选择 Tools » Reset Error Markers 。
• 编辑完成后，请从主菜单中选择 Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer/Rebuild Split Planes on All Layers 以重新计算并重绘内部平面。
• 断裂平面和死铜检查需要将 Un-Routed Net 规则（Electrical 类别）设置为 Batch 启用。