Añadir via stitching y via shielding

El cosido de vías es una técnica utilizada para unir áreas de cobre más grandes en diferentes capas, creando en efecto una conexión vertical sólida a través de la estructura de la placa, lo que ayuda a mantener una baja impedancia y bucles de retorno cortos. El cosido de vías también puede utilizarse para volver a conectar a su red áreas de cobre que, de otro modo, podrían quedar aisladas.

El apantallamiento con vías tiene una función diferente; en diseños de RF se utiliza para ayudar a reducir la diafonía y la interferencia electromagnética en una ruta que transporta una señal de RF.  Un blindaje de vías, también conocido como cerca de vías o cerca de estacas, se crea colocando una o más filas de vías a lo largo de la trayectoria de la señal. En Altium Designer, esto se denomina apantallamiento con vías.

Altium Designer admite tanto el cosido de vías como el apantallamiento con vías. Dado que el proceso de añadir vías de cosido o de apantallamiento es similar, esta página abarca ambos temas.

 
 
 
 
 

El cosido de vías ayuda a crear conexiones verticales sólidas a través de la placa, contribuyendo a mantener las impedancias y a acortar los bucles de retorno.

El apantallamiento con vías se utiliza para crear una "cerca" que proteja la red frente a la diafonía y la interferencia electromagnética.

 

Añadir vías de cosido

El cosido de vías se ejecuta como un posproceso, rellenando áreas libres de cobre con vías de cosido. Para que el cosido de vías sea posible, debe haber regiones de cobre superpuestas que estén conectadas a la red especificada, en diferentes capas. Las regiones de cobre admitidas incluyen: Fills, Solid RegionsPolygons y Power Planes.

Para añadir vías de cosido a una red, seleccione el comando Tools » Via Stitching/Shielding » Add Stitching to Net en los menús. Se abrirá el cuadro de diálogo Add Stitching to Net, donde se especifican NetStitching ParametersVia Style. Cuando se hace clic en el botón OK, el algoritmo de cosido identifica todos los rellenos, regiones sólidas, polígonos y planos de potencia conectados a la red seleccionada e intenta conectarlos a través de la placa utilizando la vía especificada y el patrón de cosido.  

Los nuevos conjuntos de vías de cosido se configuran en el cuadro de diálogo Add Stitching to Net; los conjuntos existentes se editan después en el cuadro de diálogo Via Stitching () o en el panel Properties (). A continuación se describen los campos de los tres.

Notas sobre el cosido de vías

  • Primero seleccione la Net que se usará para el cosido, ya que esto afecta al comportamiento de otras opciones, como hacer clic en el botón Load values from Routing Via Style Rule. Si la red ya está seleccionada en el espacio de diseño, esa red se elige automáticamente al abrir el cuadro de diálogo Add Stitching to Net.

  • Las vías de apantallamiento se identifican por VSnVia Stitching, donde el valor numérico n identifica esta vía como perteneciente a la misma unión de cosido de vías que otras vías con el mismo identificador numérico.

  • El estilo de conexión de la vía (alivio o directa) está: definido por la restricción de diseño Polygon Connect Style aplicable para polígonos, la restricción de diseño Plane Connect Style aplicable para planos de potencia, con conexiones directas para regiones sólidas y rellenos.

  • Una vez completado el cosido, deberá volver a verter todos los polígonos afectados donde las vías se conecten usando un estilo de conexión con alivio.

  • Cada conjunto de vías de cosido se añade a una unión; configure el panel PCB en modo Unions para explorar estas uniones ().

  • Para editar un conjunto de vías de cosido, haga doble clic en cualquier vía del conjunto para abrir el cuadro de diálogo Via Stitching, o el panel Properties si está configurado para abrirse con doble clic (). Como alternativa, arrastre un rectángulo de selección de izquierda a derecha que incluya una o más vías de cosido y, a continuación, edite los ajustes en el panel Properties.

  • El conjunto de vías puede eliminarse ejecutando el comando Tools » Via Stitching » Remove Via Stitching Group y luego haciendo clic en cualquier vía del grupo. 

  • El algoritmo de cosido de vías trata los polígonos, rellenos, regiones sólidas y planos de potencia de la siguiente manera:

    1. Los polígonos, regiones y rellenos que están en la misma red se cosen dondequiera que se superpongan en diferentes capas. Si hay polígonos, regiones o rellenos de otras redes que se superponen dentro de esa área (en otra capa), no se aplica cosido en esa región. Las regiones de plano superpuestas de otras redes se atraviesan.

    2. Las regiones de plano superpuestas en la red de destino siempre se cosen, independientemente de la presencia de regiones de plano (en otra capa) conectadas a otras redes. La regla 1 anterior se aplica si hay polígonos, regiones o rellenos superpuestos en la misma región.

      To summarize these two rules - en otras capas, las capas de plano de otras redes siempre son perforadas por las vías de cosido, pero los polígonos, regiones o rellenos de otras redes no. Si el diseño incluye polígonos de otras redes dentro de un área que requiere vías de cosido, archive temporalmente esos polígonos, defina las vías de cosido y luego restaure y vuelva a verter los polígonos. Obtenga más información sobre archivar y volver a verter polígonos

Modificar el área de cosido de vías

El conjunto de vías en cada área única de cosido de vías se agrupa en una unión. Toda la unión puede moverse, y el área también puede redimensionarse.

Arrastre una ventana de selección de izquierda a derecha para seleccionar un área de cosido y luego muévala o redimensiónela colocando el ratón para obtener el cursor correcto.

Añadir vías de apantallamiento a una red

El apantallamiento con vías se utiliza para aislar una red de posibles interferencias o acoplamientos de señales cercanas. Las vías de apantallamiento deben espaciarse para adaptarse a la frecuencia más alta frente a la que se desea proteger. El diseño correcto del blindaje es esencial; una cerca mal diseñada podría de hecho contribuir a problemas de EMI si el espaciado está en la frecuencia de resonancia de una señal cercana. Esto se analiza con más detalle en la sección Notas sobre el apantallamiento con vías.

Para colocar un blindaje de vías alrededor de una red enrutada, seleccione el comando Tools » Via Stitching/Shielding » Add Shielding to Net en los menús. Aparecerá el cuadro de diálogo Add Shielding to Net, donde configurará Net to Shield y otros Shielding Parameters, la Net de referencia y el Via Style según sea necesario. Las vías se colocarán a lo largo de ambos lados de la(s) red(es) elegida(s), siempre que sea posible colocar una vía que cumpla con las reglas de diseño aplicables.

Los nuevos conjuntos de vías de apantallamiento se configuran en el cuadro de diálogo Add Shielding to Net; los conjuntos existentes se editan después en el cuadro de diálogo Via Shielding () o en el panel Properties ().  A continuación se describen los campos de los tres.

Notas sobre el blindaje con vías

  • Seleccione primero la Net que se va a blindar, ya que esto afecta el comportamiento de otras opciones, como hacer clic en el botón Load values from Routing Via Style Rule. Si la red ya está seleccionada en el espacio de diseño, esa red se elige automáticamente cuando abre el diálogo Add Shielding to Net.

  • Las vías de blindaje se identifican mediante VSHnVia SHielding, donde el valor numérico n identifica esta vía como perteneciente a la misma unión de blindaje con vías que otras vías con el mismo identificador numérico.

  • El estilo de conexión de la vía (alivio o directo) está: definido por la restricción de diseño Polygon Connect Style aplicable para polígonos y la restricción de diseño Plane Connect Style aplicable para planos de potencia.

  • Una vez completado el stitching, tendrá que volver a verter todos los polígonos afectados que tengan una regla de diseño Polygon Connect Style aplicable que especifique un estilo de conexión con alivio.

  • Cada conjunto de vías de blindaje se agrega a una unión; establezca el panel PCB en modo Unions para explorar estas uniones ().

  • Para editar un conjunto de vías de blindaje, haga doble clic en cualquier vía del conjunto para abrir el diálogo Via Shielding , o el panel Properties si está configurado para abrirse con doble clic (). Como alternativa, arrastre un rectángulo de selección interna (de izquierda a derecha) que incluya una o más vías de blindaje y luego edite la configuración en el panel Properties.

  • El conjunto de vías puede eliminarse ejecutando el comando Tools » Via Stitching/Shielding » Remove Via Shielding Group y luego haciendo clic en cualquier vía del grupo.

  • Puede realizar blindaje parcial de red o blindaje de múltiples redes:

    • Si no desea blindar toda la red, seleccione primero los segmentos de pista necesarios y luego aplique el blindaje con la opción Selected Objects habilitada.

    • Para blindar varias redes adyacentes, seleccione las redes en el espacio de diseño y luego aplique el blindaje con la opción Selected Objects habilitada.

    • Tenga en cuenta que un par diferencial puede blindarse usando la técnica de Selected Objectsmúltiples redes, o eligiendo cualquiera de las dos redes del par diferencial en la lista desplegable Net to Shield.

  • Use la opción Add shielding copper para agregar un polígono que encierre las vías de blindaje e incluya la opción Add clearance cutout para recortar el polígono de modo que solo encierre las vías. Lea el tema Including Shielding Copper with the Shielding Vias más abajo para obtener más información sobre estas opciones.

El tamaño y la posición de las vías de blindaje no son una ciencia exacta, pero existen pautas establecidas sobre la base de pruebas empíricas. 

  • M K Armstrong, en su artículo titulado "PCB design techniques for lowest-cost EMC compliance Part 1", recomienda:

"Stitching a no más de λ/20, con longitudes de stub no mayores que esto. Esta es, de hecho, una muy buena regla para coser cualquier relleno de tierra al plano de tierra en un diseño multicapa. λ es la longitud de onda de la frecuencia significativa más alta del diseño (asuma una frecuencia de 1 GHz si no la conoce), donde:

f = C / λ

Nota: C (velocidad de la luz) será aproximadamente el 60 % de la velocidad en espacio libre para la radiación EM que se propaga a través de un PCB dieléctrico FR4."

  • Como se señala en el foro de discusión(5) referenciado más abajo, para una PCB con una antena integrada, "la distancia entre vías debe ser como máximo 1/4 de su longitud de onda resonante". 

  • El debate del foro(5) también hace referencia a una nota técnica, que indica que "la regla práctica común es ubicar las vías de stitching separadas no más de λ/10 y, preferiblemente, con una frecuencia de hasta λ/20".

Inclusión de cobre de blindaje con las vías de blindaje

Además de agregar vías de blindaje a lo largo de cada lado del enrutamiento, también puede incluir cobre de blindaje, como se muestra en las imágenes de abajo. Para ello, habilite la opción Add shielding copper en el diálogo Via Shielding . Este cobre se crea como un polígono, por lo que obedece las reglas de diseño Clearance y Polygon Connect Style aplicables.

La opción Add shielding copper agregará un polígono que encierre las vías de blindaje. El borde del polígono que queda alejado de la red blindada tocará el borde de las vías. El borde del polígono adyacente a la red blindada se retraerá de la red según la regla de diseño Clearance aplicable. Si la opción Add clearance cutout también está habilitada, el polígono, en su lugar, se retraerá de la red blindada según la configuración Distance en el diálogo Add Shielding to Net. Coloque el cursor sobre la imagen de abajo para ver la diferencia.

Vías de blindaje alrededor de una red con la opción de recorte de separación habilitada, y

vías de blindaje alrededor de una red con la opción de recorte de separación deshabilitada.

 

Selección o edición de vías de stitching o blindaje

Para simplificar el proceso de trabajo con una matriz de vías de stitching/blindaje, ambos tipos se agrupan automáticamente en una unión. Las uniones se gestionan mediante el panel PCB.

Selección mediante el panel PCB

Para seleccionar la matriz, cambie el panel PCB al modo Unions y seleccione la unión Via Stitching o Via Shielding requerida. Todas las vías que formen parte de esa matriz se seleccionarán si la casilla Select está habilitada en el panel (como se muestra en la imagen de abajo). Como alternativa, haga doble clic en cualquier vía de la matriz para abrir el panel Properties y editar la matriz.

Use el panel PCB en modo Unions para seleccionar todas las vías de una matriz de stitching o blindaje. En esta imagen, están seleccionadas las cuatro uniones de blindaje con vías.
Use el panel PCB en modo Unions para seleccionar todas las vías de una matriz de stitching o blindaje. En esta imagen, están seleccionadas las cuatro uniones de blindaje con vías.

Selección interactiva de un conjunto de vías

Comportamiento de la selección:

  • Una vía individual de stitching/blindaje puede seleccionarse y eliminarse.

  • Si la opción Popup Selection Dialog está habilitada en Preferences (), al hacer clic en una vía individual que pertenece a una unión se mostrará una lista que incluye la unión, como se muestra en la imagen de arriba. Cuando se selecciona una unión, esa unión de vías puede eliminarse en el espacio de trabajo o editarse en el panel Properties

  • Si el diálogo Popup Selection no está habilitado, al hacer clic en una vía individual que pertenece a una unión se comportará de la siguiente manera:

    • El primer clic seleccionará la vía individual.

    • El segundo clic y los posteriores seleccionarán el siguiente objeto en el orden de selección utilizado cuando hay objetos superpuestos: por ejemplo, componente, polígono, unión de vías (si esos objetos están bajo el cursor).

    • Como alternativa, después de que el primer clic seleccione la vía individual, presione el atajo Shift+Tab para invocar el comando Select Overlapping. Continúe presionando Shift+Tab para recorrer los objetos superpuestos y seleccionar cada uno por turno.

     

  • Una unión de stitching restringida a un área puede seleccionarse arrastrando una ventana de selección interna alrededor de cualquier vía de la unión (arrastre de izquierda a derecha), como se demuestra en la animación de la sección Modifying a User-Defined Via Stitching Area de esta página.

Edición de un conjunto de vías

Las propiedades de un conjunto de vías de stitching o blindaje pueden editarse una vez que se ha seleccionado, en el modo Via Stitching o en el modo Via Shielding del panel Properties. Haga doble clic en cualquier vía del conjunto para abrir el panel.

Un ejemplo de una edición realizada en vías de stitching en el panel Properties.Un ejemplo de una edición realizada en vías de stitching en el panel Properties.

Después de editar una propiedad en el panel y presionar Enter en el teclado, el mensaje Changes pending y los botones aparecen en la parte superior del panel; haga clic en Apply para completar la acción de edición.

Lecturas adicionales

  1. Para obtener información sobre todos los aspectos del diseño de PCB, consulte el sitio web Printed Circuit Design and Fab Magazine. El sitio es un excelente recurso para temas técnicos, como el papel de una "via fence" (incluya las comillas para mejorar la calidad de los resultados de búsqueda).

  2. Artículo de Wikipedia, Via Fence

  3. Studies on Via Coupling on Multilayer Printed Circuit Boards

  4. Un artículo que introduce los principios básicos de la propagación de ondas EM dentro de una estructura de PCB - Best practice in circuit board design

  5. Un foro de discusión donde se planteó la pregunta Via fences for noise reduction of a chip antenna?

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