Añadir via stitching y via shielding

El cosido de vías es una técnica utilizada para unir áreas grandes de cobre en distintas capas, creando en efecto una conexión vertical robusta 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 usarse 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 los 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 valla de vías, se crea colocando una o más filas de vías junto al recorrido de la señal. En Altium Designer, esto se denomina via shielding.

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

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

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

 

Agregar vías de cosido

El cosido de vías se ejecuta como un posprocesado, rellenando las áreas libres de cobre con vías de cosido. Para que el cosido de vías sea posible, debe haber regiones de cobre superpuestas unidas a la red especificada, en distintas capas. Las regiones de cobre compatibles incluyen: Fills, Solid RegionsPolygons y Power Planes.

Para agregar 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 y el patrón de cosido especificados.  

Los nuevos conjuntos de vías de cosido se configuran en el cuadro de diálogo Add Stitching to Net; los conjuntos de vías existentes luego se editan 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 utilizará para el cosido, 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 cuadro de diálogo Add Stitching to Net.

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

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

  • Una vez completado el stitching, 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 stitching se agrega a una unión; configure el panel PCB en modo Unions para explorar estas uniones ().

  • Para editar un conjunto de vías de stitching, 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 interna (de izquierda a derecha) que incluya una o más vías de stitching y luego edite la configuración en el panel Properties.

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

  • El algoritmo de via stitching trata los polígonos, rellenos, regiones sólidas y planos de alimentación de la siguiente manera:

    1. Los polígonos, regiones y rellenos que están en la misma red se interconectan mediante stitching allí donde se superponen en capas diferentes. Si hay polígonos, regiones o rellenos de otras redes que se superponen dentro de esa área (en otra capa), no se aplica stitching 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 interconectan mediante stitching, 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 stitching, 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 stitching, archive temporalmente esos polígonos, defina las vías de stitching y luego restaure y vuelva a verter los polígonos. Obtenga más información sobre archivar y volver a verter polígonos

Modificación del área de via stitching

El conjunto de vías en cada área única de via stitching se agrupa en una unión. Se puede mover toda la unión, y también se puede cambiar el tamaño del área.

Arrastre una ventana de selección de izquierda a derecha para seleccionar un área de stitching y luego muévala o cambie su tamaño colocando el ratón para obtener el cursor correcto.

Agregar 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 de acuerdo con la frecuencia más alta frente a la que se desea proteger. El diseño correcto del blindaje es esencial; una barrera mal diseñada podría contribuir realmente 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 el 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), allí donde 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 de vías existentes luego se editan en el cuadro de diálogo Via Shielding () o en el panel Properties ().  Los campos de estos tres se describen a continuación.

Notas sobre el apantallamiento con vías

  • Seleccione primero la Net que se va a apantallar, 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 Shielding to Net.

  • Las vías de apantallamiento se identifican mediante VSHnVia SHielding, donde el valor numérico n identifica esta vía como perteneciente a la misma unión de apantallamiento de 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 alimentación.

  • Una vez completado el stitching, deberá 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 apantallamiento se agrega a una unión; configure el panel PCB en modo Unions para explorar estas uniones ().

  • Para editar un conjunto de vías de apantallamiento, haga doble clic en cualquier vía del conjunto para abrir el cuadro de diálogo Via Shielding  o el panel Properties si está configurado para abrirse al hacer doble clic (). Como alternativa, arrastre un rectángulo de selección interior (de izquierda a derecha) que incluya una o más vías de apantallamiento 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 apantallamiento parcial de red o apantallamiento de múltiples redes:

    • Si no desea apantallar toda la red, seleccione primero los segmentos de pista necesarios y luego apantalle con la opción Selected Objects habilitada.

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

    • Tenga en cuenta que un par diferencial puede apantallarse usando la técnica de Selected Objects múltiples redes o eligiendo cualquiera de las 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 apantallamiento; incluya la opción Add clearance cutout para recortar el polígono de modo que solo encierre las vías. Lea el tema Incluir cobre de apantallamiento con las vías de apantallamiento, a continuación, para obtener más información sobre estas opciones.

El tamaño y la ubicación de las vías de apantallamiento no son una ciencia exacta, pero existen pautas establecidas a partir 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 eso. En realidad, esta es una muy buena regla para hacer stitching de 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 (suponga una frecuencia de 1 GHz si no se conoce), donde:

f = C / λ

NB: 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 una PCB dieléctrica FR4."

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

  • La discusión 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 tan seguido como λ/20".

Incluir cobre de apantallamiento con las vías de apantallamiento

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

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

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

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

 

Seleccionar o editar vías de stitching o apantallamiento

Para simplificar el proceso de trabajar con una matriz de vías de stitching/apantallamiento, ambos tipos se agrupan automáticamente en una unión. Las uniones se gestionan a través del panel PCB.

Seleccionar usando 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 siguiente). 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 apantallamiento. En esta imagen, las cuatro uniones de apantallamiento de vías están seleccionadas.
Use el panel PCB en modo Unions para seleccionar todas las vías de una matriz de stitching o apantallamiento. En esta imagen, las cuatro uniones de apantallamiento de vías están seleccionadas.

Seleccionar interactivamente un conjunto de vías

Comportamiento de selección:

  • Una vía individual de stitching/apantallamiento 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 anterior. Cuando se selecciona una unión, esa unión de vías puede eliminarse en el espacio de trabajo o editarse en el panel Properties

  • Si el cuadro de diálogo Popup Selection no está habilitado, entonces 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 siguientes seleccionarán el siguiente objeto en el orden de selección usado cuando hay objetos superpuestos: por ejemplo, componente, polígono, unión de vías (si esos objetos están debajo del 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, seleccionando cada uno por turno.

     

  • Una unión de stitching restringida a un área puede seleccionarse arrastrando una ventana de selección interior alrededor de cualquier vía de la unión (arrastrando de izquierda a derecha), como se demuestra en la animación de la sección Modificar un área de stitching de vías definida por el usuario de esta página.

Editar un conjunto de vías

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

Ejemplo de una edición realizada en vías de stitching en el panel Properties.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 de Printed Circuit Design and Fab Magazine. El sitio es un excelente recurso para temas técnicos, como la función de una "via fence" (incluya las comillas para mejorar la calidad de los resultados de búsqueda).

  2. Artículo de Wikipedia, Via Fence

  3. Estudios sobre el acoplamiento de vías en placas de circuito impreso multicapa

  4. Un artículo que presenta los principios básicos de la propagación de ondas EM dentro de una estructura de PCB - Buenas prácticas en el diseño de placas de circuito

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

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