Planos internos de alimentación y planos divididos

Planos de alimentación

Los planos de alimentación son capas internas especiales de cobre macizo que suelen utilizarse para proporcionar una masa o referencia de alimentación eléctricamente estable en toda la placa de circuito impreso. 

El editor de placas de circuito impreso admite hasta 16 planos de alimentación internos. Se puede asignar una red a cada una de estas capas o compartir un plano de alimentación entre varias redes dividiéndolo en dos o más áreas aisladas. Las conexiones de las almohadillas y las vías a los planos de alimentación se rigen por las Plane reglas de diseño. Los planos de alimentación se crean en negativo. Los objetos colocados en la capa del plano de alimentación se convierten en huecos en el cobre; las regiones restantes se convertirán en cobre macizo.

Creación de planos internos

Los planos de alimentación internos se añaden a un diseño de PCB a través de la Layer Stack Manager (Design » Layer Stack Manager). Para añadir un nuevo plano interno, resalta la capa existente bajo la que deseas crear la capa interna, haz clic con el botón derecho y selecciona Insert layer below » Plane en el menú contextual. Se añadirá un nuevo plano interno a la pila de capas. Utiliza el Layer Stack Manager modo del Properties panel para definir las propiedades de la capa del plano interno seleccionado. Los cambios realizados en el Layer Stack Manager deben guardarse para que estén disponibles en el editor de PCB.

Visualización de planos

Para visualizar una capa de plano en el espacio de diseño, primero debes activar la visualización de la capa en la Layer & Colors pestaña del View Configuration panel. 

Asignación de una red a un plano

La red se asigna al plano en el editor de PCB. Para asignar una red a una capa de plano:

1. Convierte la capa de plano en la capa activa en el espacio de diseño (haz clic en la pestaña de una capa situada en la parte inferior del editor para que esa capa sea la activa).
2. Haga doble clic en cualquier punto dentro del contorno de la placa. 
3. Se abrirá el Split Plane se abrirá el cuadro de diálogo; selecciona la red deseada en la Connect to Net lista. Ten en cuenta que el cuadro de diálogo no se abrirá si la capa activa no es una capa de plano.

Tras seleccionar una capa de plano de alimentación, haz doble clic en cualquier punto de esa capa para asignar una red.

En el modo de visualización 3D (atajo 3), se pueden ver representaciones físicas de todos los objetos de los planos internos. Además de la visualización, al cambiar al modo de capa única y hacer clic en cada capa por turnos, la vista 3D permite desplazarse por la placa, lo que facilita la tarea de inspeccionar los planos internos.

Vista en 3D de una conexión de alivio térmico en un plano dividido.

Las capas de plano también se pueden dividir o separar en áreas distintas, y cada área se asigna a una red diferente. Más información sobre cómo definir planos divididos.

Retroceso de capas de plano

Cuando se añade un plano de alimentación, se crea automáticamente un conjunto de pistas de retroceso alrededor de la forma de la placa para alejar el plano del borde de la misma. Las pistas de retroceso no se pueden editar en pantalla, ya que su anchura se define mediante la propiedad «Distancia de retroceso» en el Gestor de pilas de capas (ver imagen). Cuando se modifica el valor de retroceso de un plano interno, estas pistas se regeneran automáticamente.

Creación de secciones de vaciado

Para «vaciar» secciones de un plano, es decir, crear regiones sin cobre, puede colocar líneas, arcos o rellenos utilizando los Place para construir la región sin cobre.

Conexión de pads y vías a una capa de plano

Las conexiones a las almohadillas y vías se muestran en un plano de alimentación de acuerdo con el Plane normas de diseño establecidas en el PCB Rules and Constraints Editor cuadro de diálogo (Design » Rules). Se pueden crear reglas adicionales para las almohadillas y vías que tengan requisitos específicos de conexión o de no conexión.

Alivio térmico y conexiones directas

Los pads de orificio pasante y las vías se pueden conectar a un plano de alimentación mediante una conexión directa o una conexión de alivio térmico. Las conexiones de alivio térmico se utilizan para aislar térmicamente el pin conectado del plano de cobre macizo cuando se suelda la placa. Las reglas de diseño del editor de PCB le permiten definir la forma del alivio térmico de cada una o de todas las almohadillas que se conectan al plano de alimentación.

La Power Plane Connect Style regla de diseño especifica el estilo de la conexión desde un pin de un componente a un plano de alimentación. Hay tres opciones de conexión disponibles

• Relief Connect
• Direct Connect
• No Connect

También se ofrece soporte especial para conectar pines de alimentación SMD a capas de plano de alimentación. Las almohadillas SMD de una red conectada a un plano de alimentación se etiquetan automáticamente como conectadas al plano correspondiente. El enrutador automático completa la conexión física de estas almohadillas colocando un «fanout», que consiste en una pista corta y una vía que actúa como conexión de alivio térmico o directa a la capa del plano de alimentación.

Conexión de alivio térmico a una almohadilla en un plano de alimentación. Las regiones coloreadas indican áreas sin cobre.

Cuando se asigna una red a un plano de alimentación, aparecerá una pequeña cruz en cada pad de la red en la capa del plano de alimentación correspondiente. La cruz se muestra como «+» para una conexión de alivio y como «x» en el caso de una conexión directa. Dado que los pads conectados directamente tienen cobre macizo hasta el pin, muestran el color del plano hasta el orificio del pad.

Pads que no se conectan a un plano de alimentación

Los pads que no se conectan al plano están aislados de este por una zona sin cobre. Esta zona sin cobre se especifica en la Power Plane Clearance regla de diseño como una expansión radial alrededor del orificio del pad.

Conexión de vías a planos de alimentación

Al igual que las almohadillas, las vías se conectan automáticamente a una capa interna del plano de alimentación con el mismo nombre de red. La vía se conectará de acuerdo con la Power Plane Connect Style regla de diseño aplicable. Si no desea que las vías se conecten a los planos de alimentación, añada una Power Plane Connect Style regla de diseño con un estilo de conexión de No Connect y una consulta de ámbito de IsVia.

Consideraciones de fabricación

Consulta con tu fabricante cuáles son las propiedades dimensionales adecuadas para cualquier conexión de alivio térmico. Además, comprueba que las almohadillas o vías que no estén conectadas no rodeen completamente una almohadilla conectada, ya que esto podría provocar accidentalmente que la almohadilla conectada quedara aislada y desconectada. Asegúrate de no eliminar demasiado cobre y de encontrar un equilibrio entre la máxima cantidad de cobre y un coste de fabricación asequible.

Desconexión de pads y vías del plano

Puede utilizar consultas en las Power Plane Connect Style reglas de diseño para limitar aún más qué pads o vías se conectan o no a un plano de alimentación. Los pads pueden seleccionarse por el nombre del designador o por propiedades físicas, como el tamaño del pad. Dado que las vías no tienen designadores, deben seleccionarse por propiedades físicas, como el diámetro de la vía.

Selección de pads y vías específicos que no se conectan a un plano de alimentación

Para desconectar, por ejemplo, solo las almohadillas con un nombre de designador específico que comience por U7, se podría utilizar (ObjectKind = 'Pad') y (Name Like 'U7-*') para establecer el ámbito de una Power Plane Connect Style regla de diseño. El estilo de conexión se establecería en No Connect. Otra consulta, como (ObjectKind = 'Pad') y (HoleSize = 25) se centraría únicamente en aquellas almohadillas con un tamaño de orificio de 25 milésimas de pulgada.

Cuando se trabaje con vías que no se deseen conectar, se podrían modificar dichas vías para que incluyan una propiedad especial que las identifique de forma única, como un diámetro diferente, y luego aplicar una nueva Power Plane Connect Style regla de diseño con un No Connect estilo de conexión que se ajuste únicamente a esas vías. La consulta (ObjectKind = 'Via') y (ViaDiameter = '24') podrían utilizarse para seleccionar vías con un diámetro de 24 mil, por ejemplo. La consulta InNet('VCC') y IsVia podría utilizarse para seleccionar únicamente las vías conectadas a la red VCC.

Como alternativa, si no puede seleccionar las vías mediante los métodos anteriores, puede convertirlas en pads libres y, a continuación, utilizar los nombres de los pads para definir el ámbito. Para ello, seleccione las vías que no desee conectar, conviértalas en pads libres (Tools » Convert » Convert Selected Vias to Free Pads) y asígnales a todas el mismo nombre de designador, p. ej., NoPlaneConnect. A continuación, añade una nueva Power Plane Connect Style regla de diseño y especifica el ámbito (ObjectKind = 'Pad') y (Name = 'Free‑NoPlaneConnect') de la regla. Además, selecciona No Connect como Connect Style. Todos los pads libres denominados NoPlaneConnect se desconectarán de todas las capas del plano de alimentación.

Eliminación de un plano interno

Para eliminar un plano interno, haz clic con el botón derecho del ratón sobre la capa en el Layer Stack Manager y, a continuación, seleccione Delete layer en el menú contextual. Se abrirá un cuadro de diálogo de confirmación en el que se advierte de que todas las primitivas de la capa se eliminarán al borrar la capa. Haga clic Yes para confirmar.

Planos divididos

Un plano dividido es una región cerrada en un plano interno que divide dicho plano en áreas separadas y aisladas eléctricamente. Cada región se define colocando líneas de límite que abarquen todas las pines de esa red. A continuación, cada área se asigna a una red diferente, lo que crea dos o más planos divididos en una capa de plano de alimentación interno.

Los planos de alimentación se pueden dividir en cualquier número de regiones separadas. Este proceso de división es similar a cortar o trocear el plano en secciones, en las que el ancho de la línea que se coloca define la distancia de separación. Los planos de alimentación se construyen en negativo, por lo que estas líneas de límite especiales se convierten en una franja sin cobre, creando así la separación entre esta red y las redes adyacentes del plano.

Planos divididos en un plano interno

Normalmente, la red con el mayor número de pads se asigna primero al plano interno; a continuación, se definen (se dividen) las regiones para las demás redes que se deseen conectar a través de este plano. Cualquier pad que no pueda quedar incluido en la región del plano dividido seguirá mostrando una línea de conexión, lo que indica que debe conectarse en una capa de señal.

Examen de las áreas de planos divididos

También puede seleccionar los planos internos y su contenido para visualizarlos utilizando el Split Plane Editor disponible en el menú desplegable situado en la parte superior del PCB panel, tal y como se muestra a continuación.

Configure las opciones de resaltado y, a continuación, haga clic una vez para resaltar un área de plano dividido y los pads y vías conectados.

Al configurar las opciones de resaltado en la parte superior del panel (Seleccionar, Acercar, etc.), puedes —tras establecer la capa activa en la capa del plano de interés— hacer clic una vez en un Net Name para localizar un área de plano dividido y los pads y vías que se conectan a ella (se resalta toda el área dentro de las pistas de retroceso o del plano dividido). Al hacer doble clic en un Net Name en el panel abrirá el Split Plane cuadro de diálogo, donde se puede cambiar la red asignada a ese plano dividido.

Uso de múltiples planos divididos en un diseño

Se admiten divisiones dentro de divisiones (divisiones anidadas o islas), por lo que no es necesario envolver una división exterior alrededor de la división interior. Si desea dividir aún más un plano dividido, puede seguir añadiendo objetos en la capa del plano de alimentación dentro de un plano dividido existente para crear otras regiones aisladas eléctricamente.

Consejos de visualización al definir un plano dividido

Al definir un área de división en un plano de alimentación, a veces puede resultar difícil ver todas las almohadillas que debe abarcar dicha área. Para que las almohadillas de la red que desea conectar al plano de división sean más visibles, se recomiendan las siguientes técnicas antes de comenzar.

• Vuelve a calcular y redibuja los planos internos seleccionando Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer / Rebuild Split Planes on All Layers en los menús principales.
• Utiliza el modo 3D (atajo 3) para ver la representación física de los planos, incluidas las zonas vacías y las conexiones de alivio térmico. Para facilitar el desplazamiento por la placa en 3D, escala el grosor de la placa para aumentar la distancia vertical entre capas. El Board thickness (Scale) control se encuentra en la 3D Settings la zona de la View Options pestaña del View Configuration panel.

• Muestre solo un número mínimo de capas (por ejemplo, la capa «Keep Out», la «Multi-layer» y las capas mecánicas necesarias) y el plano de alimentación que se esté utilizando. Desactive las demás capas en el View Configuration panel.
• Oculte todas las líneas de conexión (View » Connections » Hide All). En ocasiones, puede resultar útil mostrar una red concreta para la que se desee crear un plano dividido (View » Connections » Show Net).
• Establezca el atributo de color de cada red del plano dividido en un color diferente seleccionando Nets en el PCB y, a continuación, hacer doble clic en el nombre de una red para abrir el cuadro de diálogo «Editar red».
• Para mostrar todas las almohadillas asociadas a una red, haz clic en dicha red en el plano interno del PCB panel para ocultar todas las demás almohadillas.
• Asigna la red con el mayor número de pads al plano de alimentación interno y, a continuación, utiliza consultas como InNet('A') o InNet('B') en el PCB List panel para mostrar las redes, por ejemplo, algunas con alivio térmico y otras sin él, a fin de distinguir entre los pads que se incluirán en un nuevo plano dividido.
• Para mostrar únicamente los objetos y primitivas de los planos internos, utilice la consulta OnPlane en el PCB Filter panel.

Definición de un plano dividido

En Altium Designer, puedes colocar cualquier configuración de líneas, arcos, pistas y rellenos a través de un plano de alimentación interno para definir un plano de división. En cuanto estos aíslan una parte del plano del resto, se crea un nuevo plano de división. A continuación, se asocia una red al nuevo plano dividido. La forma más sencilla de definir planos divididos es utilizar el Place » Line y, a continuación, dibujar el contorno del plano de división sobre el plano de alimentación.

Creación de un plano dividido mediante el Place » Line comando.

Esto crea una línea en el diseño para excluir el cobre, lo que, a su vez, divide los planos. El ancho de la línea se convierte en el ancho de separación. Al hacer clic con el botón derecho para salir del modo de colocación de líneas, se analiza el plano y se crea la región dividida independiente. Para cambiar el ancho de separación entre el plano dividido y el plano de alimentación interno durante la colocación de líneas, pulsa Tab para abrir el Line Constraints cuadro de diálogo y modificar el Line Width valor.

Para dividir un plano de alimentación en dos planos divididos, puede trazar una línea recta a lo largo de la placa, de pista de retroceso a pista de retroceso. Siempre que las líneas se conecten a las pistas de retroceso, formarán un área aislada y, por lo tanto, crearán el objeto de tipo polígono que identifica el plano de división. Asegúrate de que las líneas se conecten; el cursor cambia a un círculo grande con una cruz cuando las líneas se conectan.

Puede crear una forma cerrada a partir de líneas, arcos y rellenos para definir un plano de división con una forma inusual. También puede utilizar líneas, arcos, rellenos o pistas existentes en la capa interna para formar parte del contorno. Siempre que se conecten para formar un área cerrada, se creará un plano de división.

Uso de arcos, rellenos y pistas

Se recomienda que, si utiliza arcos para dividir el plano, coloque un segmento de pista corto entre los segmentos de arco. Tenga en cuenta que el uso de un relleno (Place » Fill) no creará un plano dividido, sino que solo creará un área vacía. Podrías utilizar rellenos para crear los bordes exteriores del plano dividido colocándolos en lugar de líneas, por ejemplo.

Si colocas vías en lugar de líneas mediante el Place » Interactive Routing comando, asegúrate de que las pistas estén configuradas en No Net y que el plano dividido esté asociado al nombre de red adecuado.

Asignación de una red a un plano dividido

Para comprobar si cada región de división está definida correctamente, haz clic una vez en una división; si se trata de una región cerrada, solo se resaltará esa zona.

Un plano de división resaltado.

Si el área se resalta, haz doble clic en ella para abrir el Split Plane cuadro de diálogo para comprobar o establecer la asignación de la red. Seleccione el nombre de la red del plano de división en la lista desplegable del cuadro de diálogo, que incluye todas las redes cargadas actualmente para el diseño.

Actualización de las conexiones del plano de división

Tras mover o colocar objetos en el espacio de diseño, la forma de un plano de división puede verse alterada, lo que no se actualiza automáticamente en la visualización. Selecciona Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer o Rebuild Split Planes on All Layers para volver a calcular y redibujar los planos.

Colocación de pistas en una capa de plano

Dado que las capas de plano se construyen en negativo, una pista colocada en una capa de plano de alimentación crea un hueco en el cobre y, por lo tanto, no se establece ninguna conexión. Por este motivo, no se puede utilizar una sola pista en una capa de plano para trazar una red. Si desea trazar una red en una capa de plano de alimentación, debe crear una isla de cobre muy delgada del tamaño de la pista que desee utilizar. Al crear un contorno de líneas alrededor del área que actuará como una pista (Place » Line), se crea un plano dividido que luego puede asignarse a la red requerida.

Como alternativa, si hay varias conexiones que deben trazarse en la misma capa que el plano, probablemente sea más eficiente utilizar una capa de señal para trazar las conexiones y, a continuación, utilizar un plano poligonal (relleno de cobre) para crear el plano de alimentación.

Revisión y edición de planos divididos

Elmodo Split Plane Editor te permite visualizar y gestionar fácilmente los planos divididos del diseño actual de la PCB. Este modo del panel se divide en tres regiones:

• Layers - esta región muestra todas las capas de planos internos definidas actualmente en el diseño y cuántos planos divididos existen por capa.
• Split Planes - esta región muestra los planos divididos que contiene una entrada seleccionada de la Layers región.
• Pads/Vias On Split Plane - Esta región se rellena con las almohadillas y vías de una entrada seleccionada en la Split Planes región del panel.

Región de capas

La Layers región del panel muestra todas las capas de planos internos definidas actualmente para el diseño. Dentro de la región, la Split Count columna indica cuántos planos divididos existen para la capa de plano correspondiente. Un recuento de divisiones de «1» significa que la capa no se ha dividido y que la propia capa se considera una única división.

Región de planos divididos

Tras seleccionar una entrada en la Layers región, todos los planos divididos de esa capa de planos y sus redes asignadas se cargarán en la Split Planes región del panel.

Para cada entrada, Node Count . Este valor refleja el número total de pads y vías que están conectadas a esa región de plano dividido.

Haz doble clic (o clic con el botón derecho y selecciona Properties en el menú contextual) en una red con planos de división para abrir el Split Plane cuadro de diálogo, que puede utilizarse para cambiar la red a la que está asignado el plano dividido.

Pads/vías en la región de plano dividido

Al hacer clic con el botón derecho del ratón en «Pad» o «Via» en la Split Planes región del panel y, a continuación, seleccionando Properties en el menú contextual, se abrirá el Properties para esa primitiva.

Eliminación de un plano dividido

Dado que una división se forma cuando se aísla una región de un plano, al eliminar cualquier objeto que forme el límite de la división, esta desaparecerá. Por lo tanto, para eliminar planos divididos, elimine las primitivas delimitadoras, por ejemplo, las líneas u otras primitivas que crean el contorno del plano dividido. Recuerde que las pistas de retroceso solo se pueden eliminar retirando el plano interno de la pila de capas.

Comprobación de reglas de diseño de planos de división

Puede comprobar y generar informes sobre los planos de división durante la comprobación por lotes de reglas de diseño (DRC) para las siguientes reglas:

• Planos rotos
• Regiones de cobre sin conexión
• Conexiones térmicas insuficientes.

Estas opciones están disponibles en el DRC Report Options cuadro de diálogo «Design Ruler Checker», al que se accede seleccionando Tools » Design Rule Check en los menús principales. Active las opciones deseadas para que se comprueben y se incluyan en el informe durante el DRC por lotes.

Cuando se genera el informe, cualquier incumplimiento de estas reglas se muestra en el mismo. Haz clic en el informe para visualizar el error asociado en el editor de PCB.

Planos rotos

Los planos rotos se producen cuando un área del plano que tiene conectividad con la red queda desconectada eléctricamente del resto del plano. Un ejemplo en el que esto podría ocurrir es un conector que se coloca atravesando un plano dividido, pero que no está conectado a él. Los huecos alrededor de las patillas se unen para cortar completamente el cobre del plano, dividiéndolo efectivamente en dos partes.

Plano roto que muestra un error de DRC (verde brillante).

Cobre muerto

El cobre muerto se refiere a secciones de cobre que no tienen conectividad con la red y que, además, quedan desconectadas eléctricamente del plano original. Un ejemplo en el que esto podría ocurrir es un conector (no conectado al plano) con pines muy próximos entre sí, en el que los huecos alrededor de los pines se unen para aislar áreas del cobre del plano del resto del mismo.

Región de cobre muerto que muestra un error de DRC (verde brillante).

Conexiones térmicas con falta de refrigeración

Las conexiones térmicas son conexiones al plano con «recortes» de alivio térmico a su alrededor para reducir la conductividad térmica hacia el cobre del plano. Las conexiones térmicas pueden verse «privadas» cuando la superficie de los radios de cobre que las conectan al plano se ve reducida por zonas vacías. Esta regla también comprueba la superficie de la conexión térmica (no solo los radios) frente a cualquier zona vacía que invada la conexión térmica.

Conexión térmica con falta de superficie que muestra un error de DRC (verde brillante).

Notas sobre los planos divididos

• Las comprobaciones de DRC de planos divididos solo se realizan en modo por lotes.
• Debes volver a ejecutar el DRC por lotes para eliminar los marcadores de error o seleccionar Tools » Reset Error Markers en los menús principales.
• Vuelva a calcular y redibuje los planos internos tras la edición seleccionando Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer/Rebuild Split Planes on All Layers en los menús principales.
• Las comprobaciones de planos rotos y cobre muerto requieren la Un-Routed Net regla (Electrical categoría) esté Batch activada.