Planos internos de alimentación y planos divididos

Planos de alimentación

Los planos de alimentación son capas internas especiales de cobre sólido que normalmente se utilizan para proporcionar una referencia de tierra o de alimentación eléctricamente estable en toda la PCB. 

El editor de PCB admite hasta 16 planos de alimentación internos. 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 pads y vías a los planos de alimentación se controlan mediante 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 vaciados en el cobre; las regiones restantes se convertirán en cobre sólido.

Creación de planos internos

Los planos de alimentación internos se añaden a un diseño de PCB mediante el Layer Stack Manager (Design » Layer Stack Manager). Para añadir un nuevo plano interno, resalte la capa existente debajo de la cual desea crear la capa interna, luego haga clic con el botón derecho y seleccione Insert layer below » Plane en el menú contextual. Se añadirá un nuevo plano interno a la pila de capas. Utilice el modo Layer Stack Manager del panel Properties para definir las propiedades de la capa de plano interno seleccionada. Los cambios realizados en 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 debe habilitar la visualización de la capa en la pestaña Layer & Colors del panel View Configuration . 

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. Haga que la capa de plano sea la capa activa en el espacio de diseño (haga clic en una pestaña de capa en la parte inferior del editor para convertir esa capa en la capa activa).
2. Haga doble clic en cualquier lugar dentro del contorno de la forma de la placa. 
3. Se abrirá el cuadro de diálogo Split Plane; seleccione la red requerida en la lista Connect to Net. Tenga en cuenta que el cuadro de diálogo no se abrirá si la capa activa no es una capa de plano.

Después de seleccionar una capa de plano de alimentación, haga doble clic en cualquier lugar de esa capa para asignar una red.

En el modo de visualización 3D (atajo 3), puede ver representaciones físicas de todos los objetos de plano interno. Además de visualizar, al cambiar al modo de una sola capa y hacer clic en cada capa sucesivamente, la vista 3D le permite recorrer la placa, lo que ayuda en la tarea de inspeccionar los planos internos.

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

Las capas de plano también pueden dividirse en áreas separadas, y a cada área se le asigna una red diferente. Obtenga más información sobre la definición de planos divididos.

Retiro de la capa de plano

Cuando se añade un plano de alimentación, se crea automáticamente un conjunto de pistas de retiro alrededor de la forma de la placa para retraer el plano respecto del borde de la placa. Las pistas de retiro no se pueden editar en pantalla, ya que su ancho se define como la propiedad Distancia de retiro en el Layer Stack Manager (mostrar imagen). Cuando se cambia el valor de retiro para un plano interno, estas pistas se regeneran automáticamente.

Creación de secciones blow-out 

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

Conexión de pads y vías a una capa de plano

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

Conexiones con alivio térmico y conexiones directas

Los pads y vías de agujero pasante pueden conectarse a un plano de alimentación mediante una conexión directa o una conexión con alivio térmico. Las conexiones con alivio térmico se utilizan para aislar térmicamente del plano de cobre sólido el pin conectado cuando la placa se suelda. Las reglas de diseño del editor de PCB le permiten definir la forma del alivio térmico de cada pad, o de todos los pads, conectados al plano de alimentación.

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

• Relief Connect
• Direct Connect
• No Connect

También se proporciona compatibilidad especial para conectar pines de alimentación SMD a capas de plano de alimentación. Los pads SMD de una red conectada a un plano de alimentación se marcan automáticamente como conectados al plano correspondiente. El auto-router completa la conexión física para estos pads colocando un fanout, que es una pista corta y una vía con una conexión de alivio o directa a la capa de plano.

Conexión con alivio térmico a un pad 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 de plano de alimentación correspondiente. La cruz se muestra como '+' para una conexión de alivio y como 'x' para una conexión directa. Como los pads conectados directamente tienen cobre sólido hasta el pin, muestran el color del plano hasta el agujero del pad.

Pads que no se conectan a un plano de alimentación

Los pads que no se conectan al plano quedan aislados de este mediante una región sin cobre. Esta región sin cobre se especifica en la regla de diseño Power Plane Clearance como una expansión radial alrededor del agujero del pad.

Conexión de vías a planos de alimentación

Al igual que los pads, las vías se conectan automáticamente a una capa interna de plano de alimentación que tenga 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 regla de diseño Power Plane Connect Style con un estilo de conexión No Connect y una consulta de alcance IsVia.

Consideraciones de fabricación

Consulte con su fabricante cuáles son las propiedades dimensionales adecuadas para cualquier conexión con alivio térmico. Compruebe también que los pads o vías que no se conectan no rodeen completamente un pad conectado, ya que esto podría provocar accidentalmente que el pad conectado quede aislado y desconectado. Asegúrese de no eliminar demasiado cobre y de lograr un equilibrio entre la máxima cantidad de cobre y una fabricación asequible.

Desconexión de pads y vías del plano

Puede utilizar consultas en las reglas de diseño Power Plane Connect Style 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. Como las vías no tienen designadores, deben seleccionarse por propiedades físicas, como el diámetro de la vía.

Definición del alcance de pads y vías específicos que no se conectan a un plano de alimentación

Para desconectar, por ejemplo, solo los pads con un nombre de designador específico que comience con U7, podría utilizar la consulta (ObjectKind = 'Pad') y (Name Like 'U7-*') para establecer el alcance de una regla de diseño Power Plane Connect Style . El estilo de conexión se establecería en No Connect. Otra consulta como (ObjectKind = 'Pad') y (HoleSize = 25) se dirigiría solo a aquellos pads con un tamaño de agujero de 25 mils.

Cuando trabaje con vías que no desea conectar, podría modificar las vías para que contengan una propiedad especial que las identifique de manera única, como un diámetro de vía diferente, y luego definir el alcance de una nueva regla de diseño Power Plane Connect Style con un estilo de conexión No Connect para que coincida solo con esas vías. La consulta (ObjectKind = 'Via') And (ViaDiameter = '24') podría utilizarse para seleccionar vías con un diámetro de 24 mil, por ejemplo. La consulta InNet('VCC') and IsVia podría utilizarse para seleccionar solo las vías asociadas a la red VCC.

Alternativamente, si no puede seleccionar vías usando los métodos anteriores, puede convertirlas en pads libres y luego usar los nombres de los pads para establecer el alcance. Para hacerlo, seleccione las vías que no desea conectar, conviértalas en pads libres (Tools » Convert » Convert Selected Vias to Free Pads) y asígneles a todas el mismo nombre de Designator, por ejemplo, NoPlaneConnect. Luego agregue una nueva regla de diseño Power Plane Connect Style y especifique el alcance (ObjectKind = 'Pad') y (Name = 'Free‑NoPlaneConnect') para la regla. Además, seleccione No Connect como Connect Style. Todos los pads libres llamados NoPlaneConnect se desconectarán de todas las capas de plano de alimentación.

Eliminación de un plano interno

Para eliminar un plano interno, haga clic con el botón derecho en la capa en Layer Stack Manager y luego elija Delete layer en el menú contextual. Se abrirá un cuadro de diálogo de confirmación advirtiendo que todos los primitivos de la capa se eliminarán junto con la eliminación de la capa. Haga clic en Yes para confirmar.

Planos divididos

Un plano dividido es una región cerrada en un plano interno que divide el plano en áreas separadas y eléctricamente aisladas. Cada región se define colocando líneas de contorno para abarcar todos los pines de esa red. Luego, cada área se asigna a una red diferente, lo que crea dos o más planos divididos en una capa interna de plano de alimentación.

Los planos de alimentación pueden dividirse en cualquier número de regiones separadas. Este proceso de división es como cortar o seccionar el plano en partes, donde el ancho de la línea que coloque define la distancia de separación. Los planos de alimentación se construyen en negativo, por lo que estas líneas de contorno especiales se convierten en una franja sin cobre, creando así la separación entre esta red y la(s) red(es) adyacente(s) en el plano.

Planos divididos en un plano interno

Normalmente, la red con el mayor número de pads se asigna primero al plano interno; luego se definen regiones (se separan) para las otras redes que desea conectar mediante este plano. Cualquier pad que no pueda quedar abarcado dentro de la región del plano dividido seguirá mostrando una línea de conexión, lo que indica que debe conectarse en una capa de señal.

Examinación de las áreas del plano dividido

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

Configure las opciones de resaltado y luego haga un solo clic para resaltar un área dividida y los pads y vías conectados.

Al configurar las opciones de resaltado en la parte superior del panel (Select, Zoom, etc.), puede —después de establecer la capa activa en la capa de plano de interés— hacer un solo clic 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 pullback / split plane). Al hacer doble clic en un Net Name en el panel se abrirá el cuadro de diálogo Split Plane, 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 necesita rodear una división exterior alrededor de la división interior. Si desea subdividir aún más un plano dividido, puede seguir agregando objetos en la capa de plano de alimentación dentro de un plano dividido existente para crear otras regiones eléctricamente aisladas.

Consejos de visualización al definir un plano dividido

Cuando define un área dividida en un plano de alimentación, a veces puede ser difícil ver todos los pads que el área dividida debe abarcar. Para hacer más visibles los pads de la red que desea conectar al plano dividido, se sugieren las siguientes técnicas antes de comenzar.

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

• Muestre solo un mínimo de capas (por ejemplo, la capa Keep Out, la Multi-layer, cualquier capa mecánica necesaria) y el plano de alimentación que se esté usando. Deshabilite las demás capas en el panel View Configuration.
• Oculte todas las líneas de conexión (View » Connections » Hide All). En ocasiones, puede ser útil mostrar una red individual para la que desea crear un plano dividido (View » Connections » Show Net).
• Establezca el atributo de color de cada red en el plano dividido con un color diferente seleccionando Nets en el panel PCB y luego haciendo doble clic en un nombre de red para abrir el cuadro de diálogo Edit Net dialog.
• Para mostrar todos los pads asociados con una red, haga clic en esa red en el plano interno en el panel PCB para enmascarar todos los demás pads.
• Asigne al plano interno de alimentación la red con el mayor número de pads y luego use consultas como InNet('A') o InNet('B') en el panel PCB List para mostrar las redes, por ejemplo, algunas con alivio térmico y otras sin él, para distinguir entre los pads que se incluirán en un nuevo plano dividido.
• Para mostrar solo los objetos y primitivos en planos internos, use la consulta OnPlane en el panel PCB Filter.

Definición de un plano dividido

En Altium Designer, puede colocar cualquier configuración de líneas, arcos, tracks y fills sobre un plano interno de alimentación para definir un plano dividido. En cuanto estos aíslan una parte del plano del resto, se crea un nuevo plano dividido. Luego, se asocia una red con el nuevo plano dividido. La forma más sencilla de definir planos divididos es usar el comando Place » Line y luego dibujar el contorno del plano dividido en el plano de alimentación.

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

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

Para dividir un plano de alimentación en dos planos divididos, puede dibujar una línea recta a través de la placa, de pista de pullback a pista de pullback. Siempre que las líneas se conecten a las pistas de pullback, formarán un área aislada y, por lo tanto, crearán el objeto de tipo polígono que identifica el plano dividido. Asegúrese 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 con líneas, arcos y fills para definir un plano dividido con una forma inusual. También puede usar líneas, arcos, fills o tracks existentes en la capa interna para formar parte del contorno. Siempre que se conecten para formar un área cerrada, se formará un plano dividido.

Uso de arcos, fills y tracks

Se recomienda que, si usa arcos para dividir el plano, coloque un segmento corto de track entre los segmentos de arco. Tenga en cuenta que usar un fill (Place » Fill) no creará un plano dividido; solo creará un área vacía. Por ejemplo, podría usar fills para crear los bordes exteriores del plano dividido colocándolos en lugar de líneas.

Si coloca tracks en lugar de líneas usando el comando Place » Interactive Routing, asegúrese de que los tracks estén configurados en No Net y de que el plano dividido esté asociado con el nombre de red apropiado.

Asignación de una red a un plano dividido

Para comprobar si cada región dividida está correctamente definida, haga clic una vez en una división; si es una región cerrada, solo se resaltará esa área.

Un plano dividido resaltado.

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

Actualización de las conexiones del plano dividido

Después de mover o colocar objetos en el espacio de diseño, la forma de un plano dividido puede alterarse, lo que no se actualiza automáticamente en la visualización. Seleccione Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer o Rebuild Split Planes on All Layers para recalcular 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 vacío en el cobre y, por lo tanto, no se realiza ninguna conexión. Debido a esto, no puede usar una sola pista en una capa de plano para enrutar una red. Si desea enrutar una red en una capa de plano de alimentación, tiene que crear una isla de cobre muy fina del tamaño de la pista que desea usar. Al crear un contorno de líneas alrededor del área que actuará como una pista (Place » Line), crea un plano dividido que luego puede asignarse a la red requerida.

Como alternativa, si hay varias conexiones que deben enrutarse en la misma capa que el plano, probablemente sea más eficiente usar una capa de señal para enrutar las conexiones y luego usar un plano poligonal (vertido de cobre) para crear el plano de alimentación.

Revisión y edición de planos divididos

El modo del panel PCB Split Plane Editor le permite ver y gestionar fácilmente los planos divididos del diseño de PCB actual. Este modo del panel está dividido en tres regiones:

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

Región de capas

La región Layers del panel muestra todas las capas de planos internos actualmente definidas para el diseño. Dentro de la región, la columna Split Count indica cuántos planos divididos existen para la capa de plano correspondiente. Un conteo 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

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

Para cada entrada, se muestra un Node Count. Este valor refleja el número total de pads y vías conectados a esa región del plano dividido.

Haga doble clic (o clic derecho y seleccione Properties en el menú contextual) en una red con planos divididos para abrir el cuadro de diálogo Split Plane, que puede usarse para cambiar a qué red está asignado el plano dividido.

Región de pads/vías en plano dividido 

Al hacer clic con el botón derecho en un Pad o Vía en la región Split Planes del panel y luego seleccionar Properties en el menú contextual, se abrirá el panel Properties asociado para esa primitiva.

Eliminación de un plano dividido

Dado que una división se forma cuando una región de un plano queda aislada, eliminar cualquier objeto que forme el límite de la división eliminará esa división. Por lo tanto, para eliminar planos divididos, elimine las primitivas de contorno, por ejemplo, las líneas u otras primitivas que crean el contorno del plano dividido. Recuerde que las pistas de retranqueo solo pueden eliminarse quitando el plano interno del apilado de capas.

Comprobación de reglas de diseño para planos divididos

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

• Planos rotos
• Regiones de cobre aislado
• Conexiones térmicas insuficientes.

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

Cuando se crea el informe, cualquier incumplimiento de estas reglas se muestra en el informe. Haga clic en el informe para mostrar el error asociado en el editor de PCB.

Planos rotos

Los planos rotos ocurren cuando un área del plano que tiene conectividad con la red queda eléctricamente desconectada del resto del plano. Un ejemplo de cuándo puede ocurrir esto es un conector colocado sobre un plano dividido pero no conectado a él. Los vacíos alrededor de los pines se unen y atraviesan completamente el cobre del plano, partiéndolo efectivamente en dos partes.

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

Cobre aislado

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

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

Conexiones térmicas insuficientes

Los térmicos son conexiones al plano con "recortes" de alivio térmico a su alrededor para reducir la conductividad térmica hacia el cobre del plano. Los térmicos pueden quedar "insuficientes" cuando el área superficial de los radios de cobre que los conectan al plano se reduce por áreas vacías. Esta regla también comprueba el área superficial del térmico (no solo los radios) frente a cualquier área vacía que invada el térmico.

Conexión térmica insuficiente que muestra un error de DRC (verde brillante).

Notas sobre los planos divididos

• Las comprobaciones DRC de planos divididos solo están disponibles en modo Batch.
• Debe ejecutar Batch DRC nuevamente para eliminar los marcadores de error o seleccionar Tools » Reset Error Markers en los menús principales.
• Vuelva a calcular y redibuje los planos internos después de editar seleccionando Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer/Rebuild Split Planes on All Layers en los menús principales.
• Las comprobaciones de planos interrumpidos y cobre muerto requieren que la regla Un-Routed Net (categoría Electrical ) esté habilitada en Batch.