在电路板上处理特定对象的留白

概览

本文介绍 Altium Designer 中针对特定对象的禁布区如何工作、它们在 PCB 上限制放置哪些对象,以及将其放置在禁布层或信号层上时有何不同。文章还将说明禁布区如何使用间距规则、最适合应用于电路板的哪些位置,以及如何配置禁布区以限制过孔、走线、铜和焊盘等特定对象类型。后续内容还将介绍在 PCB 编辑器和 PCB 库编辑器中放置和编辑走线禁布区、圆弧禁布区等禁布对象的实用操作,帮助您更精确地掌控电路板布局。

- 了解什么是针对特定对象的禁布区、它们在 Altium Designer 中如何工作,以及应在 PCB 布局的哪些位置使用。
- 学习如何配置禁布区,使其仅限制某些对象类型,从而更灵活地控制布线、铜的放置和过孔的使用。
- 掌握在 PCB 编辑器和 PCB 库编辑器中放置和编辑禁布对象的基本操作,包括走线禁布区和圆弧禁布区。
使用 AI 深入了解:

PCB 设计中的 Keepout 是用户在布局中定义的区域或边界,铜对象不得与之相交。禁布区通常用于控制自动铜对象放置操作(例如多边形覆铜和交互式布线)的作用范围,同时也表示手动放置铜对象时不可使用的位置。

作为设计布局中指定的“禁入”区域,禁布区对象使用现有的 间距约束规则 来控制布线并检测放置违规,但与其他已放置对象不同,禁布区不能分配到网络,也不会显示在生成的输出文件或打印件中。简单来说,禁布区充当一种“干涉”对象,根据全局间距规则的规定,阻止其他铜对象与其区域相交。禁布区对象可以放置在 Keep-out Layer(禁布层)上,此时对所有信号层生效;也可以放置在某个信号层上,此时仅对该层上的对象生效。 

Altium Designer 支持 Object Specific Keepouts,可用于创建和应用禁布区。对于已放置的禁布区对象,可以配置其适用的对象类型,例如走线、铜区域、过孔和焊盘,从而显著提高禁布区的灵活性和有效性。

PCB 设计中放置的不同类型的禁布区对象。
PCB 设计中放置的不同类型的禁布区对象。

在 PCB 编辑器和 PCB 库编辑器中,禁布区对象以交叉剖面线显示。放置在 Keep-Out Layer(禁布层)上的禁布区对象(即对所有信号层生效)以禁布层的颜色显示,而放置在特定信号层上的禁布区(即仅对该信号层生效)则以该信号层的颜色显示。

禁布区非常适合用于定义电路板上的不可布线区域(例如电气敏感区域或高压区域)、特定的露铜位置(例如基准标记和测试点),或存在机械冲突的区域(例如安装孔或 PCB 的角落)。对象特定禁布区具有可配置性,因此在指定特定的 Keepout Restrictions 后,也可以将其放置在其他对象上方。例如,当设置为仅限制过孔时,可以将禁布区放置在现有铜区域(例如 多边形覆铜)上方,以控制自动 过孔缝合 的范围。

对象特定禁布区可以在 PCB 编辑器和 PCB 库编辑器中放置。

有关放置和编辑 PCB 禁布区对象的更多信息,请参阅下方的可折叠章节:

放置禁布区

通过 Place » Keepout 菜单在编辑器设计空间中放置禁布区,指定样式(走线、填充、区域或圆弧)的禁布区将放置在当前活动层上。选择禁布区的属性可编辑其物理特性、所在层或对象类型限制。相关的 Keepout 属性包括:

  • Restricted for Layer – 设置禁布区所在层,从而确定限制铜对象进入的电路板层。对于全层禁布区,请选择 Keep-Out Layer。
  • Keepout Restrictions – 确定禁布区将限制的对象类型。取消选择某种对象类型后,将不再对该类型的对象施加相应的 间距规则,因此允许其进入禁布区(不受禁布限制)。
禁布区可放置在所有(铜)信号层上,但不能放置在内电层上。当当前活动电路板层不支持禁布区时,Place » Keepout 命令不可用(呈灰色)。

下图中的两个填充禁布区应用了不同的层限制和对象限制。左侧的顶层填充禁布区允许通孔 (TH) 焊盘进入,但限制所有其他对象类型;右侧 Keep-Out Layer 上的禁布区则仅允许走线进入。

在 PCB 的不同层上放置两个填充禁布区,并将其配置为限制放置不同类型对象的示例。
在 PCB 的不同层上放置两个填充禁布区,并将其配置为限制放置不同类型对象的示例。

禁布区本身具有很高的灵活性,可用于多种任务,以控制 PCB 布局。由于禁布区可以叠加、分配到任意信号层(如顶层或底层),并配置为禁止特定对象进入,因此可用于精确控制过孔缝合和多边形覆铜等。

多边形覆铜控制

在下方所示的 PCB 布局示例中,已在可能存在高电压的区域内的多层焊盘周围添加了填充禁布区。这些焊盘需要与即将添加的接地多边形覆铜保持足够的电气隔离。填充禁布区设置在顶层,并配置为仅限制铜对象,因此会阻止多边形覆铜、填充和区域进入,但允许现有走线和焊盘等进入。换言之,间距违规规则将仅应用于归类为“铜”的对象。

放置在 Keep-Out Layer 上并配置为仅对铜对象生效的填充禁布区。
放置在 Keep-Out Layer 上并配置为仅对铜对象生效的填充禁布区。

上述禁布区布局将使放置在信号层(此处为顶层和底层)上的多边形覆铜避开全部三个禁布区域。但是,顶层覆铜不会为相关区域对应的顶层 pads 留出足够的间距。

在这种情况下,可以在顶层添加更多禁布区,使其多边形覆铜与所有相关焊盘保持适当的距离。下图中又在顶层添加了两个填充禁布区,为清晰起见,此处以单层模式显示。请注意,图中禁布区覆盖的范围也可以使用单个区域创建,而不必使用两个重叠的填充。

放置在顶层并配置为仅对铜对象生效的填充禁布区。
放置在顶层并配置为仅对铜对象生效的填充禁布区。

最终在布局中添加多边形覆铜时,这些禁布区将控制覆铜,使各层在该区域周围形成不同形状的间隙。请注意,在此示例中,由于使用了自定义的禁布区间距规则(见下文),禁布区对应的间距大于普通对象的间距。

多边形覆铜避开已放置的禁布区对象。
多边形覆铜避开已放置的禁布区对象。

以单层 3D 模式查看布局时,可以清楚地看到这些禁布区对多边形覆铜的影响,如下图所示:左侧为顶层,右侧为底层。

以单层 3D 模式显示的 PCB 顶层(左)和底层(右)。
以单层 3D 模式显示的 PCB 顶层(左)和底层(右)。

请注意,此处控制多边形覆铜区域的方法仅用于演示如何放置和配置特定层禁布区。实际使用中,最好通过多边形覆铜挖空区域来控制多边形覆铜所占的区域。

过孔缝合控制

在多层铜区域上应用配置为限制过孔对象的禁布区形状,可以控制自动过孔缝合 (Tools » Via Stitching/Shielding) 的范围。可将禁布区形状设置为作用于任意层或铜区域所在的某一层,从而阻止这些层之间的过孔进入禁布区。

在下方所示的示例中,已在布局的左上角和左下角添加了禁布区形状。这些禁布区配置为限制过孔对象,可防止自动过孔缝合在其边界内放置过孔。

配置为仅对过孔生效的禁布区域。
配置为仅对过孔生效的禁布区域。

过孔缝合除了像通常一样避开现有走线、焊盘和过孔外,还会根据相应的间距规则避开禁布区形状。

添加过孔缝合后的 PCB。
添加过孔缝合后的 PCB。

元件中的禁布区

在 PCB 库编辑器中向元件封装添加禁布区的方法,与在 PCB 编辑器设计空间中添加禁布区的方法相同。

下方所示元件封装中添加的禁布区配置为限制所有对象,但允许走线进入。因此,在使用该元件的布局中可以进行网络连接,同时限制其他类型的对象靠近放置。

也可以在 PCB 库编辑器中向元件封装添加禁布区对象。
也可以在 PCB 库编辑器中向元件封装添加禁布区对象。

请注意,PCB 库编辑器中不应用设计规则,因此在此情况下,禁布区允许其范围内的通孔焊盘存在。

使用禁布区

Altium Designer 的特定对象禁布区功能体现在所有相关功能中,包括与查询(进而与设计规则)、PCB List 面板以及导入的或旧版 PCB 设计文档的兼容性。

禁布区间距规则

与其他图元对象一样,当前的电气间距规则将决定禁布区的间距约束,请参阅 Design » Rules。如果禁布区需要不同的间距约束,可将 IsKeepOut 属性检查用作自定义查询,以创建专用规则。

确保自定义的禁布区间距规则的优先级高于现有的(全局)间距规则。在下面的示例中,为禁布区创建了一条规则(Clearance_Keepout),其间距约束距离是基础间距规则(Clearance)的两倍。如图中的电路板布局局部所示,在两个焊盘之间布线的走线与禁布区(右侧)保持的距离大于与顶层区域(左侧)保持的距离。

可以为禁布区对象创建额外的间距规则。
可以为禁布区对象创建额外的间距规则。

将图元对象转换为禁布区

使用“将图元转换为禁布区”命令(Tools » Convert » Convert Selected Primitives to Keepout),可以将信号层上的现有图元对象转换为同一层上的禁布区。

使用 Tools » Convert » Convert Selected Keepouts to Primitives 命令,可以将禁布区对象转换(还原)为对应的非禁布区图元对象。

图元对象可以转换为对应的禁布区对象,反之亦然。
图元对象可以转换为对应的禁布区对象,反之亦然。

通过面板访问

可以通过 PCB 列表和 PCB 筛选器面板访问电路板设计中针对特定对象的禁布区。

PCB Filter 面板支持使用 IsKeepOut 查询关键字来定位设计中的禁布区对象,并可选择将其选中。

PCB Filter 面板可用于定位设计中的禁布区对象。
PCB Filter 面板可用于定位设计中的禁布区对象。

PCB List 面板可用于列出、选择和编辑所选类型的禁布区对象,例如下方列表面板图中所示的禁布填充区域。图中还显示了一个标准的顶层填充区域(列表中的最后一项),以供对比。如果 all 设计中包含的填充区域(或其他类型的对象,例如区域)被指定为禁布区,则 PCB List 面板将包含完整的禁布区对象限制属性。

PCB List 面板可用于列出、选择和编辑所选类型的禁布区对象。
PCB List 面板可用于列出、选择和编辑所选类型的禁布区对象。

请注意,PCB List 面板中列出的 Keepout 属性为只读,因为本例中的填充区域被指定为禁布区对象。同样,PCB List 面板中禁布区对象的 Net 属性也无法编辑,因为根据定义,禁布区对象不能分配给网络。

导入 PCB 设计

Altium Designer 可以利用 导入向导(File » Import Wizard)提供的自动转换功能,导入多种其他设计工具的设计文件。对于其他设计工具的 PCB 设计文件中包含的禁布区类型对象(其中一些针对特定对象),向导会尽可能将其转换为针对特定对象的禁布区。

向导的禁布区转换过程兼容 Mentor® Graphics Pads™ 和 Cadence® Allegro™ 等主流 ECAD 系统的电路板设计。在 IDF 导出过程中,也会正确解析禁布区。

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