Ajout de Via Stitching et de Via Shielding

La couture de vias est une technique utilisée pour relier entre elles de grandes zones de cuivre sur différentes couches, créant ainsi une connexion verticale solide à travers la structure du circuit, ce qui aide à maintenir une faible impédance et des boucles de retour courtes. La couture de vias peut également être utilisée pour reconnecter à leur net des zones de cuivre qui, autrement, pourraient être isolées.

Le blindage par vias a une fonction différente ; dans les conceptions RF, il est utilisé pour aider à réduire la diaphonie et les interférences électromagnétiques sur une piste qui transporte un signal RF.  Un blindage par vias, également appelé barrière de vias ou clôture de vias, est créé en plaçant une ou plusieurs rangées de vias le long du trajet de routage du signal. Dans Altium Designer, cela est appelé blindage par vias.

Altium Designer prend en charge à la fois la couture de vias et le blindage par vias. Comme le processus d’ajout de vias de couture ou de blindage est similaire, cette page traite des deux sujets.

 
 
 
 
 

La couture de vias aide à créer des connexions verticales solides à travers le circuit, ce qui contribue à maintenir les impédances et à raccourcir les boucles de retour.

Le blindage par vias est utilisé pour créer une « clôture » afin de protéger le net contre la diaphonie et les interférences électromagnétiques.

 

Ajout de vias de couture

La couture de vias s’exécute en post-traitement, en remplissant les zones de cuivre libres avec des vias de couture. Pour que la couture de vias soit possible, il doit exister des régions de cuivre qui se chevauchent, rattachées au net spécifié, sur différentes couches. Les régions de cuivre prises en charge comprennent : Fills, Solid RegionsPolygons et Power Planes.

Pour ajouter des vias de couture à un net, sélectionnez la commande Tools » Via Stitching/Shielding » Add Stitching to Net dans les menus. La boîte de dialogue Add Stitching to Net s’ouvre ; c’est là que sont spécifiés NetStitching Parameters et Via Style. Lorsque l’on clique sur le bouton OK, l’algorithme de couture identifie tous les remplissages, régions pleines, polygones et plans d’alimentation rattachés au net sélectionné et tente de les connecter à travers le circuit, à l’aide du via et du motif de couture spécifiés.  

Les nouveaux ensembles de vias de couture sont configurés dans la boîte de dialogue Add Stitching to Net, puis les ensembles de vias existants sont modifiés dans la boîte de dialogue Via Stitching (), ou dans le panneau Properties (). Les champs de ces trois emplacements sont décrits ci-dessous.

Remarques sur la couture de vias

  • Sélectionnez d’abord le Net à utiliser pour la couture, car cela influence le comportement d’autres options, comme le fait de cliquer sur le bouton Load values from Routing Via Style Rule. Si le net est déjà sélectionné dans l’espace de conception, ce net est automatiquement choisi lorsque vous ouvrez la boîte de dialogue Add Stitching to Net.

  • Les vias de blindage sont identifiés par VSnVia Stitching, où la valeur numérique n identifie ce via comme appartenant à la même union de couture de vias que les autres vias portant le même identifiant numérique.

  • Le style de connexion du via (en relief ou direct) est : défini par la contrainte de conception Polygon Connect Style applicable pour les polygones, par la contrainte de conception Plane Connect Style applicable pour les plans d’alimentation, avec des connexions directes pour les régions pleines et les remplissages.

  • Une fois la couture terminée, vous devrez repourer tous les polygones impactés auxquels les vias se connectent à l’aide d’un style de connexion en relief.

  • Chaque ensemble de vias de couture est ajouté à une union ; réglez le panneau PCB en mode Unions pour explorer ces unions ().

  • Pour modifier un ensemble de vias de couture, double-cliquez sur n’importe quel via de l’ensemble pour ouvrir la boîte de dialogue Via Stitching, ou le panneau Properties s’il est configuré pour s’ouvrir au double-clic (). Vous pouvez également faire glisser un rectangle de sélection interne (de gauche à droite) incluant un ou plusieurs vias de couture, puis modifier les paramètres dans le panneau Properties.

  • L’ensemble de vias peut être supprimé en exécutant la commande Tools » Via Stitching » Remove Via Stitching Group puis en cliquant sur n’importe quel via du groupe. 

  • L’algorithme de couture de vias traite les polygones, remplissages, régions pleines et plans d’alimentation de la manière suivante :

    1. Les polygones, régions et remplissages appartenant au même net sont cousus partout où ils se chevauchent sur différentes couches. S’il existe des polygones, régions ou remplissages d’autres nets qui se chevauchent dans cette zone (sur une autre couche), la couture n’est pas appliquée dans cette région. Les régions de plan superposées d’autres nets sont traversées.

    2. Les régions de plan superposées sur le net cible sont toujours cousues, indépendamment de la présence de régions de plan (sur une autre couche) rattachées à d’autres nets. La règle 1 ci-dessus s’applique s’il existe des polygones, régions ou remplissages qui se chevauchent dans la même région.

      To summarize these two rules - sur d’autres couches, les couches de plan d’autres nets sont toujours traversées par les vias de couture, mais les polygones, régions ou remplissages d’autres nets ne le sont pas. Si la conception inclut des polygones d’autres nets dans une zone nécessitant des vias de couture, mettez temporairement ce(s) polygone(s) en veille, définissez les vias de couture, puis réactivez et repourez le(s) polygone(s). Pour en savoir plus sur la mise en veille et le repourrage des polygones

Modification de la zone de couture de vias

L’ensemble de vias dans chaque zone unique de couture de vias est regroupé dans une union. L’union entière peut être déplacée, et la zone peut également être redimensionnée.

Faites glisser une fenêtre de sélection de gauche à droite pour sélectionner une zone de couture, puis déplacez-la ou redimensionnez-la en positionnant la souris de façon à obtenir le bon curseur.

Ajout de vias de blindage à un net

Le blindage par vias est utilisé pour isoler un net des interférences potentielles ou du couplage provenant de signaux proches. L’espacement des vias de blindage doit être adapté à la fréquence la plus élevée contre laquelle une protection est requise. Une conception correcte du blindage est essentielle ; une clôture mal conçue pourrait en réalité contribuer à des problèmes d’EMI si l’espacement correspond à la fréquence de résonance d’un signal proche. Cela est abordé plus en détail dans la section Remarques sur le blindage par vias.

Pour placer un blindage par vias autour d’un net routé, sélectionnez la commande Tools » Via Stitching/Shielding » Add Shielding to Net dans les menus. La boîte de dialogue Add Shielding to Net apparaît ; vous y configurez Net to Shield et d’autres Shielding Parameters, le Net de référence, ainsi que le Via Style selon les besoins. Les vias seront placés le long des deux côtés du ou des nets choisis, partout où il est possible de placer un via conforme aux règles de conception applicables.

Les nouveaux ensembles de vias de blindage sont configurés dans la boîte de dialogue Add Shielding to Net, puis les ensembles de vias existants sont modifiés dans la boîte de dialogue Via Shielding (), ou dans le panneau Properties ().  Les champs de ces trois emplacements sont décrits ci-dessous.

Remarques sur le blindage par vias

  • Sélectionnez d’abord le Net à blinder, car cela affecte le comportement d’autres options, comme le fait de cliquer sur le bouton Load values from Routing Via Style Rule. Si le net est déjà sélectionné dans l’espace de conception, ce net est automatiquement choisi lorsque vous ouvrez la boîte de dialogue Add Shielding to Net .

  • Les vias de blindage sont identifiés par VSHnVia SHielding, où la valeur numérique n identifie ce via comme appartenant à la même union de blindage par vias que les autres vias portant le même identifiant numérique.

  • Le style de connexion du via (thermique ou direct) est défini par la contrainte de conception Polygon Connect Style applicable aux polygones, et par la contrainte de conception Plane Connect Style applicable aux plans d’alimentation.

  • Une fois le stitching terminé, vous devrez repourer tous les polygones concernés qui ont une règle de conception Polygon Connect Style applicable spécifiant un style de connexion thermique.

  • Chaque ensemble de vias de blindage est ajouté à une union ; réglez le panneau PCB sur le mode Unions pour explorer ces unions ().

  • Pour modifier un ensemble de vias de blindage, double-cliquez sur n’importe quel via de l’ensemble pour ouvrir la boîte de dialogue Via Shielding , ou le panneau Properties s’il est configuré pour s’ouvrir par double-clic (). Vous pouvez aussi tracer un rectangle de sélection englobant (de gauche à droite) incluant un ou plusieurs vias de blindage, puis modifier les paramètres dans le panneau Properties.

  • L’ensemble de vias peut être supprimé en exécutant la commande Tools » Via Stitching/Shielding » Remove Via Shielding Group, puis en cliquant sur n’importe quel via du groupe.

  • Vous pouvez effectuer un blindage partiel de net ou un blindage multi-net :

    • Si vous ne souhaitez pas blinder l’ensemble du net, sélectionnez d’abord les segments de piste requis, puis effectuez le blindage avec l’option Selected Objects activée.

    • Pour blinder plusieurs nets adjacents, sélectionnez les nets dans l’espace de conception, puis effectuez le blindage avec l’option Selected Objects activée.

    • Notez qu’une paire différentielle peut être blindée à l’aide de la technique multi-net Selected Objects, ou en choisissant l’un ou l’autre des nets de la paire différentielle dans la liste déroulante Net to Shield.

  • Utilisez l’option Add shielding copper pour ajouter un polygone qui entoure les vias de blindage, et incluez l’option Add clearance cutout pour rogner le polygone afin qu’il n’entoure que les vias. Lisez la rubrique Including Shielding Copper with the Shielding Vias ci-dessous pour en savoir plus sur ces options.

La taille et le positionnement des vias de blindage ne relèvent pas d’une science exacte, mais il existe des recommandations établies sur la base de tests empiriques. 

  • M K Armstrong, dans son article intitulé "PCB design techniques for lowest-cost EMC compliance Part 1", recommande :

"Un stitching espacé d’au plus λ/20, avec des longueurs de stub ne dépassant pas cette valeur. C’est en fait une très bonne règle pour relier toute zone de cuivre de masse au plan de masse dans une conception multicouche. λ est la longueur d’onde de la plus haute fréquence significative de la conception (supposez une fréquence de 1 GHz si elle n’est pas connue), où :

f = C / λ

NB : C (vitesse de la lumière) sera d’environ 60 % de la vitesse dans l’espace libre pour le rayonnement EM se propageant dans un PCB en FR4."

  • Comme indiqué dans la discussion du forum(5) référencée ci-dessous, pour un PCB avec une antenne embarquée, "la distance entre les vias devrait être au maximum de 1/4 de votre longueur d’onde de résonance". 

  • La discussion du forum(5) fait également référence à une note technique, selon laquelle "la règle empirique courante consiste à placer les vias de stitching à une distance maximale de λ/10 et, de préférence, aussi fréquemment que λ/20".

Ajout de cuivre de blindage avec les vias de blindage

En plus d’ajouter des vias de blindage le long de chaque côté du routage, vous pouvez également inclure du cuivre de blindage, comme illustré dans les images ci-dessous. Pour cela, activez l’option Add shielding copper dans la boîte de dialogue Via Shielding . Ce cuivre est créé sous forme de polygone ; il respecte donc les règles de conception Clearance et Polygon Connect Style applicables.

L’option Add shielding copper ajoutera un polygone qui entoure les vias de blindage. Le bord du polygone éloigné du net blindé touchera le bord des vias. Le bord du polygone adjacent au net blindé sera en retrait par rapport au net selon la règle de conception Clearance applicable. Si l’option Add clearance cutout est également activée, le polygone sera au contraire en retrait du net blindé selon le paramètre Distance de la boîte de dialogue Add Shielding to Net. Survolez l’image ci-dessous avec le curseur pour voir la différence.

Vias de blindage autour d’un net avec l’option de découpe de dégagement activée, et

vias de blindage autour d’un net avec l’option de découpe de dégagement désactivée.

 

Sélection ou modification de vias de stitching ou de blindage

Pour simplifier le travail avec une matrice de vias de stitching/blindage, les deux types sont automatiquement regroupés dans une union. Les unions sont gérées via le panneau PCB.

Sélection à l’aide du panneau PCB

Pour sélectionner la matrice, basculez le panneau PCB en mode Unions et sélectionnez l’union Via Stitching ou Via Shielding requise. Tous les vias faisant partie de cette matrice seront sélectionnés si la case Select est cochée dans le panneau (comme montré dans l’image ci-dessous). Vous pouvez également double-cliquer sur n’importe quel via de la matrice pour ouvrir le panneau Properties et modifier la matrice.

Utilisez le panneau PCB en mode Unions pour sélectionner tous les vias d’une matrice de stitching ou de blindage. Dans cette image, les quatre unions de blindage par vias sont sélectionnées.
Utilisez le panneau PCB en mode Unions pour sélectionner tous les vias d’une matrice de stitching ou de blindage. Dans cette image, les quatre unions de blindage par vias sont sélectionnées.

Sélection interactive d’un ensemble de vias

Comportement de sélection :

  • Un via individuel de stitching/blindage peut être sélectionné et supprimé.

  • Si l’option Popup Selection Dialog est activée dans Preferences (), le fait de cliquer sur un via individuel appartenant à une union affichera une liste comprenant l’union, comme illustré dans l’image ci-dessus. Lorsqu’une union est sélectionnée, cette union de vias peut être supprimée dans l’espace de travail, ou modifiée dans le panneau Properties

  • Si la boîte de dialogue Popup Selection n’est pas activée, alors cliquer sur un via individuel appartenant à une union se comportera de la manière suivante :

    • Le premier clic sélectionnera le via individuel.

    • Le deuxième clic et les clics suivants sélectionneront l’objet suivant dans l’ordre de sélection utilisé lorsqu’il y a des objets qui se chevauchent : par exemple, composant, polygone, union de vias (si ces objets se trouvent sous le curseur).

    • Sinon, après que le premier clic a sélectionné le via individuel, appuyez sur le raccourci Shift+Tab pour invoquer la commande Select Overlapping. Continuez à appuyer sur Shift+Tab pour faire défiler les objets superposés et les sélectionner tour à tour.

     

  • Une union de stitching contrainte à une zone peut être sélectionnée en traçant une fenêtre de sélection englobante autour de n’importe quel via de l’union (glisser de gauche à droite), comme démontré dans l’animation de la section Modifying a User-Defined Via Stitching Area de cette page.

Modification d’un ensemble de vias

Les propriétés d’un ensemble de vias de stitching ou de blindage peuvent être modifiées une fois celui-ci sélectionné, dans le mode Via Stitching ou le mode Via Shielding du panneau Properties. Double-cliquez sur n’importe quel via de l’ensemble pour ouvrir le panneau.

Exemple de modification effectuée sur des vias de stitching dans le panneau Properties.Exemple de modification effectuée sur des vias de stitching dans le panneau Properties.

Après avoir modifié une propriété dans le panneau et appuyé sur Enter au clavier, le message Changes pending et les boutons apparaissent en haut du panneau — cliquez sur Apply pour terminer votre action de modification.

Pour aller plus loin

  1. Pour des informations sur tous les aspects de la conception de PCB, consultez le site Printed Circuit Design and Fab Magazine. Ce site est une excellente ressource sur des sujets techniques, tels que le rôle d’une "via fence" (incluez les guillemets pour améliorer la qualité des résultats de recherche).

  2. Article Wikipédia, Via Fence

  3. Études sur le couplage des vias sur des cartes de circuits imprimés multicouches

  4. Un article présentant les principes de base de la propagation des ondes EM dans une structure PCB - Bonnes pratiques de conception de circuits imprimés

  5. Un forum de discussion où la question Via fences for noise reduction of a chip antenna? a été posée

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