Internal Power & Split Planes

Plans d’alimentation

Les plans d’alimentation sont des couches internes spéciales en cuivre plein, généralement utilisées pour fournir une référence de masse ou d’alimentation électriquement stable sur l’ensemble du PCB. 

L’éditeur PCB prend en charge jusqu’à 16 plans d’alimentation internes. Vous pouvez affecter un net à chacune de ces couches ou partager un plan d’alimentation entre plusieurs nets en le divisant en deux zones isolées ou plus. Les connexions des pastilles et des vias aux plans d’alimentation sont contrôlées par les Plane règles de conception. Les plans d’alimentation sont créés en négatif. Les objets placés sur la couche du plan d’alimentation deviennent des évidements dans le cuivre; les régions restantes deviennent du cuivre plein.

Création de plans internes

Les plans d’alimentation internes sont ajoutés à une conception PCB via le Layer Stack Manager (Design » Layer Stack Manager). Pour ajouter un nouveau plan interne, mettez en surbrillance la couche existante sous laquelle vous souhaitez créer la couche interne, puis cliquez avec le bouton droit et sélectionnez Insert layer below » Plane dans le menu contextuel. Un nouveau plan interne est ajouté à l’empilement de couches. Utilisez le mode Layer Stack Manager du panneau Properties pour définir les propriétés de la couche de plan interne sélectionnée. Les modifications apportées dans le Layer Stack Manager doivent être enregistrées pour être disponibles dans l’éditeur PCB.

Affichage des plans

Pour afficher une couche de plan dans l’espace de conception, vous devez d’abord activer l’affichage de la couche dans l’onglet Layer & Colors du panneau View Configuration . 

Affectation d’un net à un plan

Le net est affecté au plan dans l’éditeur PCB. Pour affecter un net à une couche de plan :

1. Rendez la couche de plan active dans l’espace de conception (cliquez sur un onglet de couche en bas de l’éditeur pour rendre cette couche active).
2. Double-cliquez n’importe où à l’intérieur du contour de la forme de la carte. 
3. La boîte de dialogue Split Plane s’ouvre ; sélectionnez le net requis dans la liste Connect to Net. Notez que la boîte de dialogue ne s’ouvrira pas si la couche active n’est pas une couche de plan.

Après avoir sélectionné une couche de plan d’alimentation, double-cliquez n’importe où sur cette couche pour affecter un net.

En mode d’affichage 3D (raccourci 3), vous pouvez voir des représentations physiques de tous les objets de plan interne. En plus de l’affichage, en passant en mode monocouche et en cliquant successivement sur chaque couche, la vue 3D vous permet de parcourir la carte, ce qui facilite l’inspection des plans internes.

Vue 3D d’une connexion à relief thermique sur un plan divisé.

Les couches de plan peuvent également être divisées en zones distinctes, chacune étant affectée à un net différent. Pour en savoir plus, consultez la définition des plans divisés.

Retrait de la couche de plan

Lorsqu’un plan d’alimentation est ajouté, un ensemble de pistes de retrait est automatiquement créé autour de la forme de la carte afin d’éloigner le plan du bord de la carte. Les pistes de retrait ne peuvent pas être modifiées à l’écran, car leur largeur est définie par la propriété Distance de retrait dans le Layer Stack Manager (afficher l’image). Lorsque la valeur de retrait d’un plan interne est modifiée, ces pistes sont régénérées automatiquement.

Création de sections évidées

Pour « évider » des sections d’un plan, c’est-à-dire créer des régions sans cuivre, vous pouvez placer des lignes, des arcs ou des remplissages à l’aide des commandes Place afin de construire la région sans cuivre.

Connexion des pastilles et des vias à une couche de plan

Les connexions aux pastilles et aux vias sont affichées sur un plan d’alimentation conformément aux Plane règles de conception définies dans la boîte de dialogue PCB Rules and Constraints Editor (Design » Rules). Vous pouvez créer des règles supplémentaires pour les pastilles et les vias ayant des exigences spécifiques de connexion ou de non-connexion.

Relief thermique et connexions directes

Les pastilles traversantes et les vias peuvent être connectés à un plan d’alimentation soit par une connexion directe, soit par une connexion à relief thermique. Les connexions à relief thermique sont utilisées pour isoler thermiquement la broche connectée du plan de cuivre plein lors du brasage de la carte. Les règles de conception dans l’éditeur PCB vous permettent de définir la forme du relief thermique pour chaque pastille, ou pour toutes les pastilles, connectées au plan d’alimentation.

La règle de conception Power Plane Connect Style spécifie le style de connexion entre une broche de composant et un plan d’alimentation. Trois options de connexion sont disponibles

• Relief Connect
• Direct Connect
• No Connect

Une prise en charge spéciale est également prévue pour connecter les broches d’alimentation CMS aux couches de plan d’alimentation. Les pastilles CMS d’un net connecté à un plan d’alimentation sont automatiquement marquées comme connectées au plan approprié. L’auto-routeur réalise la connexion physique de ces pastilles en plaçant un fanout, c’est-à-dire une courte piste et un via constituant une connexion à relief ou directe vers la couche de plan.

Connexion à relief thermique vers une pastille sur un plan d’alimentation. Les régions colorées indiquent les zones sans cuivre.

Lorsqu’un net est affecté à un plan d’alimentation, une petite croix apparaît sur chaque pastille de ce net sur la couche de plan d’alimentation appropriée. La croix s’affiche sous la forme « + » pour une connexion à relief et sous la forme « x » pour une connexion directe. Comme les pastilles connectées directement ont du cuivre plein jusqu’à la broche, elles affichent la couleur du plan jusqu’au trou de la pastille.

Pastilles qui ne se connectent pas à un plan d’alimentation

Les pastilles qui ne se connectent pas au plan en sont isolées par une région sans cuivre. Cette région sans cuivre est spécifiée dans la règle de conception Power Plane Clearance comme une expansion radiale autour du trou de la pastille.

Connexion des vias aux plans d’alimentation

Comme les pastilles, les vias se connectent automatiquement à une couche de plan d’alimentation interne portant le même nom de net. Le via se connecte conformément à la Power Plane Connect Style règle de conception applicable. Si vous ne souhaitez pas que les vias se connectent aux plans d’alimentation, ajoutez une règle de conception Power Plane Connect Style avec un style de connexion No Connect et une requête de portée IsVia.

Considérations de fabrication

Vérifiez auprès de votre fabricant les propriétés dimensionnelles appropriées pour toute connexion à relief thermique. Vérifiez également que les pastilles ou vias non connectés n’entourent pas complètement une pastille connectée, car cela pourrait accidentellement isoler et déconnecter la pastille connectée. Veillez à ne pas retirer trop de cuivre et à trouver un équilibre entre un maximum de cuivre et un coût de fabrication abordable.

Déconnexion des pastilles et des vias du plan

Vous pouvez utiliser des requêtes dans les règles de conception Power Plane Connect Style pour limiter davantage quelles pastilles ou quels vias se connectent ou non à un plan d’alimentation. Les pastilles peuvent être ciblées par le nom du désignateur ou par des propriétés physiques, telles que la taille de la pastille. Comme les vias n’ont pas de désignateurs, ils doivent être ciblés par des propriétés physiques, telles que le diamètre du via.

Définition de la portée de pastilles et vias spécifiques qui ne se connectent pas à un plan d’alimentation

Pour déconnecter, par exemple, uniquement les pastilles dont le nom de désignateur commence par U7, vous pouvez utiliser la requête (ObjectKind = 'Pad') et (Name Like 'U7-*') pour définir la portée d’une règle de conception Power Plane Connect Style . Le style de connexion serait défini sur No Connect. Une autre requête telle que (ObjectKind = 'Pad') et (HoleSize = 25) ciblerait uniquement les pastilles ayant une taille de trou de 25 mils.

Lorsque vous travaillez avec des vias que vous ne souhaitez pas connecter, vous pouvez modifier les vias pour leur attribuer une propriété spéciale permettant de les identifier de manière unique, par exemple un diamètre de via différent, puis définir la portée d’une nouvelle règle de conception Power Plane Connect Style avec un style de connexion No Connect afin de ne faire correspondre que ces vias. La requête (ObjectKind = 'Via') And (ViaDiameter = '24') pourrait être utilisée pour cibler, par exemple, les vias d’un diamètre de 24 mil. Les requêtes InNet('VCC') et IsVia pourraient être utilisées pour cibler uniquement les vias attachés au net VCC.

Sinon, si vous ne pouvez pas sélectionner les vias à l’aide des méthodes ci-dessus, vous pouvez les convertir en pastilles libres puis utiliser les noms de pastilles pour définir la portée. Pour ce faire, sélectionnez les vias que vous ne souhaitez pas connecter, convertissez-les en pastilles libres (Tools » Convert » Convert Selected Vias to Free Pads) et attribuez-leur à tous le même nom de désignateur, par exemple NoPlaneConnect. Ajoutez ensuite une nouvelle règle de conception Power Plane Connect Style et spécifiez la portée (ObjectKind = 'Pad') et (Name = 'Free‑NoPlaneConnect') de la règle. Sélectionnez également No Connect comme Connect Style. Toutes les pastilles libres nommées NoPlaneConnect seront déconnectées de toutes les couches de plan d’alimentation.

Suppression d’un plan interne

Pour supprimer un plan interne, cliquez avec le bouton droit sur la couche dans le Layer Stack Manager , puis choisissez Delete layer dans le menu contextuel. Une boîte de dialogue de confirmation s’ouvre pour avertir que toutes les primitives de la couche seront supprimées avec la suppression de la couche. Cliquez sur Yes pour confirmer.

Plans divisés

Un plan divisé est une région fermée sur un plan interne qui divise le plan en zones électriquement isolées distinctes. Chaque région est définie en plaçant des lignes de contour de manière à englober toutes les broches de ce net. Chaque zone est ensuite affectée à un net différent, ce qui crée deux plans divisés ou plus sur une même couche de plan d’alimentation interne.

Les plans d’alimentation peuvent être divisés en un nombre quelconque de régions distinctes. Ce processus de division s’apparente à une découpe ou un tranchage du plan en sections, où la largeur de la ligne que vous placez définit la distance de séparation. Les plans d’alimentation sont construits en négatif ; ces lignes de contour spéciales deviennent donc une bande sans cuivre, créant ainsi la séparation entre ce net et le(s) net(s) adjacent(s) sur le plan.

Plans divisés sur un plan interne

En général, le net comportant le plus grand nombre de pastilles est d’abord affecté au plan interne, puis des régions sont définies (séparées) pour les autres nets que vous souhaitez connecter via ce plan. Les pastilles qui ne peuvent pas être englobées dans la région du plan divisé continuent d’afficher une ligne de connexion, indiquant qu’elles doivent être connectées sur une couche de signal.

Examen des zones de plan divisé

Vous pouvez également sélectionner les plans internes et leur contenu à afficher à l’aide du mode Split Plane Editor , disponible dans le menu déroulant en haut du panneau PCB , comme illustré ci-dessous.

Configurez les options de surbrillance, puis cliquez une fois pour mettre en surbrillance une zone divisée ainsi que les pastilles et vias connectés.

En configurant les options de surbrillance en haut du panneau (Select, Zoom, etc.), vous pouvez — après avoir défini la couche active sur la couche de plan concernée — cliquer une fois sur un Net Name pour localiser une zone de plan divisé ainsi que les pastilles et vias qui y sont connectés (toute la zone à l’intérieur du retrait / des pistes de plan divisé est mise en surbrillance). Un double-clic sur un Net Name dans le panneau ouvre la boîte de dialogue Split Plane, où le net affecté à ce plan divisé peut être modifié.

Utilisation de plusieurs plans divisés dans une conception

Les divisions imbriquées (divisions dans des divisions ou îlots) sont prises en charge ; vous n’avez donc pas besoin d’entourer une division extérieure autour de la division intérieure. Si vous souhaitez subdiviser davantage un plan divisé, vous pouvez continuer à ajouter des objets sur la couche du plan d’alimentation à l’intérieur d’un plan divisé existant afin de créer d’autres régions électriquement isolées.

Conseils d’affichage lors de la définition d’un plan divisé

Lorsque vous définissez une zone divisée dans un plan d’alimentation, il peut parfois être difficile de voir toutes les pastilles que cette zone doit englober. Pour rendre plus visibles les pastilles du net que vous souhaitez connecter au plan divisé, les techniques suivantes sont recommandées avant de commencer.

• Recalculez et redessinez les plans internes en sélectionnant Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer / Rebuild Split Planes on All Layers dans les menus principaux.
• Utilisez le mode 3D (raccourci 3) pour visualiser la représentation physique des plans, y compris les zones évidées et les connexions en relief thermique. Pour faciliter les déplacements sur la carte en 3D, mettez à l’échelle l’épaisseur de la carte afin d’augmenter la distance verticale entre les couches. Le contrôle Board thickness (Scale) se trouve dans la région 3D Settings de l’onglet View Options du panneau View Configuration.

• Affichez uniquement un minimum de couches (par ex., la couche Keep Out, la multicouche, toutes les couches mécaniques nécessaires) ainsi que le plan d’alimentation utilisé. Désactivez les autres couches dans le panneau View Configuration.
• Masquez toutes les lignes de connexion (View » Connections » Hide All). Dans certains cas, il peut être utile d’afficher un net individuel pour lequel vous souhaitez créer un plan divisé (View » Connections » Show Net).
• Définissez l’attribut de couleur de chaque net sur le plan divisé avec une couleur différente en sélectionnant Nets dans le panneau PCB, puis en double-cliquant sur un nom de net pour ouvrir la boîte de dialogue Edit Net dialog.
• Pour afficher toutes les pastilles associées à un net, cliquez sur ce net sur le plan interne dans le panneau PCB afin de masquer toutes les autres pastilles.
• Affectez au plan d’alimentation interne le net comportant le plus grand nombre de pastilles, puis utilisez des requêtes telles que InNet('A') ou InNet('B') dans le panneau PCB List pour afficher les nets, par exemple certains avec relief thermique et d’autres sans, afin de distinguer les pastilles à inclure dans un nouveau plan divisé.
• Pour afficher uniquement les objets et primitives sur les plans internes, utilisez la requête OnPlane dans le panneau PCB Filter.

Définition d’un plan divisé

Dans Altium Designer, vous pouvez placer n’importe quelle configuration de lignes, arcs, pistes et remplissages sur un plan d’alimentation interne pour définir un plan divisé. Dès qu’ils isolent une partie du plan du reste, un nouveau plan divisé est créé. Un net est alors associé au nouveau plan divisé. La manière la plus simple de définir des plans divisés consiste à utiliser la commande Place » Line, puis à dessiner le contour du plan divisé sur le plan d’alimentation.

Création d’un plan divisé à l’aide de la commande Place » Line .

Cela crée une ligne dans le dessin pour laisser une zone sans cuivre, ce qui, à son tour, divise les plans. La largeur de la ligne devient la largeur de séparation. Lorsque vous cliquez avec le bouton droit pour quitter le mode de placement de ligne, le plan est analysé et la région divisée indépendante est créée. Pour modifier la largeur de séparation entre le plan divisé et le plan d’alimentation interne pendant le placement de la ligne, appuyez sur Tab pour ouvrir la boîte de dialogue Line Constraints et modifier la valeur Line Width.

Pour diviser un plan d’alimentation en deux plans divisés, vous pouvez tracer une ligne droite à travers la carte, d’une piste de retrait à l’autre. Tant que les lignes se connectent aux pistes de retrait, elles formeront une zone isolée et créeront donc l’objet de type polygone qui identifie le plan divisé. Assurez-vous que les lignes se connectent ; le curseur devient un grand cercle en croix lorsque les lignes se connectent.

Vous pouvez créer une forme fermée à partir de lignes, d’arcs et de remplissages pour définir un plan divisé de forme inhabituelle. Vous pouvez également utiliser des lignes, arcs, remplissages ou pistes existants sur la couche interne pour former une partie du contour. Tant qu’ils se connectent pour former une zone fermée, un plan divisé est créé.

Utilisation des arcs, remplissages et pistes

Il est recommandé, si vous utilisez des arcs pour diviser le plan, de placer un court segment de piste entre les segments d’arc. Notez que l’utilisation d’un remplissage (Place » Fill) ne créera pas de plan divisé ; cela créera uniquement une zone évidée. Vous pouvez utiliser des remplissages pour créer les bords extérieurs du plan divisé en les plaçant à la place de lignes, par exemple.

Si vous placez des pistes au lieu de lignes à l’aide de la commande Place » Interactive Routing, assurez-vous que les pistes sont définies sur No Net et que le plan divisé est plutôt associé au nom de net approprié.

Affectation d’un net à un plan divisé

Pour vérifier que chaque région divisée est correctement définie, cliquez une fois sur une division ; s’il s’agit d’une région fermée, seule cette zone sera mise en surbrillance.

Un plan divisé mis en surbrillance.

Si la zone est mise en surbrillance, double-cliquez sur cette zone pour ouvrir la boîte de dialogue Split Plane afin de vérifier ou de définir l’affectation du net. Sélectionnez le nom de net du plan divisé dans la liste déroulante de la boîte de dialogue, qui comprend tous les nets actuellement chargés pour la conception.

Mise à jour des connexions du plan divisé

Après le déplacement ou le placement d’objets dans l’espace de conception, la forme d’un plan divisé peut être modifiée, ce qui n’est pas automatiquement mis à jour à l’affichage. Sélectionnez Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer ou Rebuild Split Planes on All Layers pour recalculer et redessiner les plans.

Placement de pistes sur une couche de plan

Comme les couches de plan sont construites en négatif, une piste placée sur une couche de plan d’alimentation crée un évidement dans le cuivre et, par conséquent, aucune connexion n’est réalisée. Pour cette raison, vous ne pouvez pas utiliser une seule piste sur une couche de plan pour router un réseau. Si vous souhaitez router un réseau sur une couche de plan d’alimentation, vous devez créer un îlot de cuivre très fin ayant la taille de la piste que vous voulez utiliser. En créant une frontière de lignes autour de la zone qui agira comme une piste (Place » Line), vous créez un plan divisé qui peut ensuite être affecté au réseau requis.

Sinon, s’il y a plusieurs connexions à router sur la même couche que le plan, il est probablement plus efficace d’utiliser une couche de signal pour router les connexions, puis d’utiliser un plan polygonal (remplissage de cuivre) pour créer le plan d’alimentation.

Révision et modification des plans divisés

Le mode du panneau PCB Split Plane Editor vous permet de visualiser et de gérer facilement les plans divisés de la conception PCB en cours. Ce mode du panneau est divisé en trois régions :

• Layers - cette région affiche toutes les couches de plan internes actuellement définies dans la conception ainsi que le nombre de plans divisés existant par couche.
• Split Planes - cette région est remplie avec les plans divisés contenus dans une entrée sélectionnée de la région Layers. - cette région est remplie avec les pastilles et vias d’une entrée sélectionnée dans la région Split Planes du panneau.

Région Layers

La région Layers du panneau affiche toutes les couches de plan internes actuellement définies pour la conception. Dans cette région, la colonne Split Count indique combien de plans divisés existent pour la couche de plan correspondante. Un nombre de divisions égal à « 1 » signifie que la couche n’a pas été divisée et que la couche elle-même est considérée comme une seule division.

Région Split Planes

Après avoir sélectionné une entrée dans la région Layers, tous les plans divisés de cette couche de plan ainsi que les réseaux qui leur sont affectés seront chargés dans la région Split Planes du panneau.

Pour chaque entrée, une valeur Node Count est affichée. Cette valeur reflète le nombre total de pastilles et de vias connectés à cette région de plan divisé.

Double-cliquez (ou cliquez avec le bouton droit et sélectionnez Properties dans le menu contextuel) sur un réseau comportant des plans divisés pour ouvrir la boîte de dialogue Split Plane, qui permet de modifier le réseau auquel le plan divisé est affecté.

Région Pads/Vias On Split Plane 

Un clic droit sur une pastille ou un via dans la région Split Planes du panneau, puis la sélection de Properties dans le menu contextuel, ouvrira le panneau Properties associé à cette primitive.

Suppression d’un plan divisé

Comme une division est formée lorsqu’une région d’un plan est isolée, la suppression de tout objet formant la limite de la division supprimera cette division. Par conséquent, pour supprimer des plans divisés, supprimez les primitives de contour, par exemple les lignes ou autres primitives créant le contour du plan divisé. N’oubliez pas que les pistes de retrait ne peuvent être supprimées qu’en retirant le plan interne de l’empilement des couches.

Vérification des règles de conception pour les plans divisés

Vous pouvez vérifier les plans divisés et générer un rapport à leur sujet lors de la vérification par lots des règles de conception (DRC) pour les règles suivantes :

• Plans rompus
• Régions de cuivre mort
• Connexions thermiques appauvries.

Ces options sont disponibles dans DRC Report Options de la boîte de dialogue Design Ruler Checker, accessible en sélectionnant Tools » Design Rule Check dans les menus principaux. Activez les options souhaitées pour qu’elles soient vérifiées et signalées lors du Batch DRC.

Lorsque le rapport est créé, toute violation de ces règles y est affichée. Cliquez dans le rapport pour afficher l’erreur associée dans l’éditeur PCB.

Plans rompus

Les plans rompus se produisent lorsqu’une zone du plan qui est connectée au réseau devient électriquement déconnectée du reste du plan. Un exemple de situation où cela peut se produire est un connecteur placé à cheval sur un plan divisé mais non connecté à celui-ci. Les évidements autour des broches se rejoignent pour couper complètement le cuivre du plan, le divisant effectivement en deux parties.

Plan rompu montrant une erreur DRC (vert vif).

Cuivre mort

Le cuivre mort désigne des sections de cuivre qui n’ont aucune connectivité au réseau et qui deviennent également électriquement déconnectées du plan d’origine. Un exemple de situation où cela peut se produire est un connecteur (non connecté au plan) avec des broches très rapprochées dont les évidements autour des broches se rejoignent pour isoler des zones de cuivre du plan du reste du plan.

Région de cuivre mort montrant une erreur DRC (vert vif).

Connexions thermiques appauvries

Les thermiques sont des connexions au plan avec des « découpes » de relief thermique autour d’elles afin de réduire la conductivité thermique vers le cuivre du plan. Les thermiques peuvent devenir « appauvris » lorsque la surface des rayons de cuivre qui les relient au plan est réduite par des zones d’évidement. Cette règle vérifie également la surface du thermique (et pas seulement les rayons) par rapport à toute zone d’évidement qui empiète sur le thermique.

Connexion thermique appauvrie montrant une erreur DRC (vert vif).

Remarques sur les plans divisés

• Les vérifications DRC des plans scindés sont disponibles uniquement en mode Batch.
• Vous devez relancer le Batch DRC pour supprimer les marqueurs d’erreur ou sélectionner Tools » Reset Error Markers dans les menus principaux.
• Recalculez et redessinez les plans internes après modification en sélectionnant Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer/Rebuild Split Planes on All Layers dans les menus principaux.
• Les vérifications des plans rompus et du cuivre isolé nécessitent que la règle Un-Routed Net (catégorie Electrical ) soit activée dans Batch.