Piani di alimentazione interni e piani suddivisi

Piani di alimentazione

I piani di alimentazione sono speciali strati interni in rame massiccio, tipicamente utilizzati per fornire una massa elettricamente stabile o un riferimento di alimentazione in tutto il PCB. 

L'editor del PCB supporta fino a 16 piani di alimentazione interni. È possibile assegnare una rete a ciascuno di questi strati oppure condividere un piano di alimentazione tra più reti suddividendolo in due o più aree isolate. Le connessioni dei pad e dei via ai piani di alimentazione sono regolate dalle Plane regole di progettazione. I piani di alimentazione vengono creati in negativo. Gli oggetti posizionati sullo strato del piano di alimentazione diventano vuoti nel rame; le regioni rimanenti diventeranno rame solido.

Creazione di piani interni

I piani di alimentazione interni vengono aggiunti a un progetto di PCB tramite il Layer Stack Manager (Design » Layer Stack Manager). Per aggiungere un nuovo piano interno, evidenziare lo strato esistente sotto il quale si desidera creare lo strato interno, quindi fare clic con il tasto destro del mouse e selezionare Insert layer below » Plane dal menu contestuale. Un nuovo piano interno viene aggiunto alla pila degli strati. Utilizzare la Layer Stack Manager modalità del Properties pannello per definire le proprietà dello strato del piano interno selezionato. Le modifiche apportate nel Layer Stack Manager devono essere salvate affinché siano disponibili nell’editor del PCB.

Visualizzazione dei piani

Per visualizzare uno strato di piano nello spazio di progettazione, è necessario innanzitutto abilitare la visualizzazione dello strato nella Layer & Colors scheda nel View Configuration pannello. 

Assegnazione di una rete a un piano

La rete viene assegnata al piano nell’editor PCB. Per assegnare una rete a un livello piano:

1. Rendere il livello del piano il livello attivo nello spazio di progettazione (fare clic su una scheda del livello nella parte inferiore dell'editor per rendere quel livello attivo).
2. Fare doppio clic in un punto qualsiasi all'interno del contorno della forma della scheda. 
3. Si aprirà la Split Plane si aprirà la finestra di dialogo; selezionare la rete desiderata dall’ Connect to Net elenco. Si noti che la finestra di dialogo non si aprirà se il livello attivo non è un livello piano.

Dopo aver selezionato un livello del piano di alimentazione, fare doppio clic in un punto qualsiasi di quel livello per assegnare una rete.

Nella modalità di visualizzazione 3D (scorciatoia 3), è possibile visualizzare le rappresentazioni fisiche di tutti gli oggetti dei piani interni. Oltre alla visualizzazione, passando alla modalità a singolo strato e cliccando su ciascuno strato a turno, la vista 3D consente di spostarsi all’interno della scheda, facilitando l’ispezione dei piani interni.

Vista 3D di un collegamento di dissipazione termica su un piano diviso.

I livelli dei piani possono anche essere suddivisi o separati in aree distinte, e a ciascuna area viene assegnata una rete diversa. Scopri di più sulla definizione dei piani divisi.

Ritrazione dei livelli del piano

Quando viene aggiunto un piano di alimentazione, viene automaticamente creata una serie di tracce di pullback attorno alla forma della scheda per allontanare il piano dal bordo della scheda. Le tracce di pullback non possono essere modificate sullo schermo poiché la loro larghezza è definita dalla proprietà "Distanza di pullback" nel Gestore della pila dei livelli (vedi immagine). Quando si modifica il valore di pullback per un piano interno, queste tracce vengono rigenerate automaticamente.

Creazione di sezioni di "blow-out"

Per "svuotare" sezioni di un piano, ovvero creare aree prive di rame, è possibile posizionare linee, archi o riempimenti utilizzando i Place comandi per costruire l’area priva di rame.

Collegamento di pad e vie a un livello di piano

I collegamenti a pad e vie vengono visualizzati su un piano di alimentazione in base alle Plane regole di progettazione impostate nella PCB Rules and Constraints Editor finestra di dialogo (Design » Rules). È possibile creare regole aggiuntive per pad e vie che presentano requisiti specifici di connessione o di non connessione.

Collegamenti di sfogo termico e collegamenti diretti

I pad e i via a foro passante possono essere collegati a un piano di alimentazione tramite un collegamento diretto o un collegamento di sfogo termico. I collegamenti di sfogo termico vengono utilizzati per isolare termicamente il pin collegato dal piano in rame massiccio quando la scheda viene saldata. Le regole di progettazione nell’editor PCB consentono di definire la forma di distanziamento termico di ciascuno o di tutti i pad collegati al piano di alimentazione.

La Power Plane Connect Style regola di progettazione specifica lo stile del collegamento da un pin del componente a un piano di alimentazione. Sono disponibili tre opzioni di collegamento

• Relief Connect
• Direct Connect
• No Connect

È inoltre previsto un supporto speciale per il collegamento dei pin di alimentazione SMD agli strati del piano di alimentazione. I pad SMD su una rete collegata a un piano di alimentazione vengono automaticamente contrassegnati come collegati al piano appropriato. L’auto-router completa il collegamento fisico per questi pad posizionando un fanout, ovvero una breve traccia e un via che costituisce un collegamento di sfogo o diretto allo strato del piano di alimentazione.

Connessione di sfogo termico a un pad su un piano di alimentazione. Le aree colorate indicano zone prive di rame.

Quando una rete viene assegnata a un piano di alimentazione, apparirà una piccola croce su ciascun pad della rete sul livello del piano di alimentazione corrispondente. La croce viene visualizzata come '+' per una connessione di scarico e come 'x' per un collegamento diretto. Poiché i pad collegati direttamente presentano rame pieno fino al pin, mostrano il colore del piano fino al foro del pad.

Pad non collegati a un piano di alimentazione

I pad non collegati al piano sono isolati da esso da un’area priva di rame. Quest’area priva di rame è specificata nella Power Plane Clearance regola di progettazione come espansione radiale attorno al foro del pad.

Collegamento dei via ai piani di alimentazione

Come i pad, i via si collegano automaticamente a uno strato del piano di alimentazione interno con lo stesso nome di rete. Il via si collegherà in base alla Power Plane Connect Style regola di progettazione applicabile. Se non si desidera che i via si colleghino ai piani di alimentazione, aggiungere una Power Plane Connect Style regola di progettazione con uno stile di connessione No Connect e un ambito di applicazione pari a IsVia.

Considerazioni sulla fabbricazione

Verificare con il proprio produttore le proprietà dimensionali adeguate per eventuali connessioni di sfogo termico. Inoltre, assicurarsi che i pad o i via non collegati non circondino completamente un pad collegato, poiché ciò potrebbe causare accidentalmente l’isolamento e la disconnessione del pad collegato. Assicurarsi di non rimuovere troppo rame e di trovare un equilibrio tra la massima quantità di rame e una produzione economicamente sostenibile.

Disconnessione di pad e vie dal piano

È possibile utilizzare le query nelle Power Plane Connect Style regole di progettazione per limitare ulteriormente quali pad o vie si collegano o meno a un piano di alimentazione. I pad possono essere selezionati in base al nome del designatore o alle proprietà fisiche, come le dimensioni del pad. Poiché le vie non hanno designatori, devono essere selezionate in base alle proprietà fisiche, come il diametro della via.

Definizione dell’ambito di specifici pad e via non collegati a un piano di alimentazione

Per scollegare, ad esempio, solo i pad con un nome di designatore specifico che inizia con U7, è possibile utilizzare (ObjectKind = 'Pad') e (Name Like 'U7-*') per impostare l’ambito di una Power Plane Connect Style regola di progettazione. Lo stile di connessione verrebbe impostato su No Connect. Un’altra query, come (ObjectKind = 'Pad') e (HoleSize = 25) prenderebbe di mira solo quei pad con un foro di 25 mil.

Quando si lavora con vie che non si desidera collegare, è possibile modificare le vie in modo che contengano una proprietà speciale per identificarle in modo univoco, ad esempio un diametro diverso, quindi definire l’ambito di una nuova Power Plane Connect Style regola di progettazione con uno No Connect stile di connessione che corrisponda esclusivamente a tali vie. La query (ObjectKind = 'Via') e (ViaDiameter = '24') potrebbero essere utilizzati per selezionare, ad esempio, i via con un diametro di 24 mil. La query InNet('VCC') e IsVia potrebbe essere utilizzata per selezionare solo i via collegati alla rete VCC.

In alternativa, se non è possibile selezionare i via utilizzando i metodi sopra indicati, è possibile convertirli in pad liberi e quindi utilizzare i nomi dei pad per definire l’ambito. Per farlo, selezionare i via che non si desidera collegare, convertirli in pad liberi (Tools » Convert » Convert Selected Vias to Free Pads) e assegnare a tutti lo stesso nome di designatore, ad esempio NoPlaneConnect. Aggiungere quindi una nuova Power Plane Connect Style regola di progettazione e specificare l’ambito (ObjectKind = 'Pad') e (Name = 'Free‑NoPlaneConnect') per la regola. Inoltre, selezionare No Connect come Connect Style. Tutti i pad liberi denominati NoPlaneConnect verranno scollegati da tutti gli strati del piano di alimentazione.

Rimozione di un piano interno

Per rimuovere un piano interno, fare clic con il tasto destro del mouse sullo strato nella Layer Stack Manager e selezionare Delete layer dal menu contestuale. Si aprirà una finestra di dialogo di conferma che avverte che tutte le primitive presenti sul livello verranno rimosse con l’eliminazione del livello stesso. Fare clic su Yes per confermare.

Piani divisi

Un piano diviso è una regione chiusa su un piano interno che divide il piano in aree separate e elettricamente isolate. Ogni regione viene definita posizionando delle linee di confine in modo da racchiudere tutti i pin di quella rete. Ogni area viene quindi assegnata a una rete diversa, creando così due o più piani divisi su un unico livello di piano di alimentazione interno.

I piani di alimentazione possono essere suddivisi in un numero qualsiasi di regioni separate. Questo processo di suddivisione è simile al taglio o alla sezionatura del piano in parti, dove la larghezza della linea che si posiziona definisce la distanza di separazione. I piani di alimentazione sono realizzati in negativo, quindi queste linee di confine speciali diventano una striscia priva di rame, creando così la separazione tra questa rete e le reti adiacenti sul piano.

Piani suddivisi su un piano interno

In genere, la rete con il maggior numero di pad viene assegnata per prima al piano interno, quindi vengono definite (separate) le regioni per le altre reti che si desidera collegare tramite questo piano. Qualsiasi pad che non possa essere compreso nella regione del piano diviso continua a visualizzare una linea di connessione, indicando che deve essere collegato su uno strato di segnale.

Esame delle aree dei piani suddivisi

È inoltre possibile selezionare i piani interni e i relativi contenuti da visualizzare utilizzando la Split Plane Editor modalità disponibile dal menu a tendina nella parte superiore del PCB pannello, come mostrato di seguito.

Configurare le opzioni di evidenziazione, quindi fare clic una volta per evidenziare un’area di piano suddiviso e i pad e i via collegati.

Configurando le opzioni di evidenziazione nella parte superiore del pannello (Seleziona, Zoom, ecc.), è possibile – dopo aver impostato il livello attivo sul livello del piano di interesse – fare un clic singolo su un’ Net Name per individuare un’area del piano diviso e i pad e i via ad essa collegati (viene evidenziata l’intera area all’interno delle tracce del pullback / del piano diviso). Facendo doppio clic su un Net Name nel pannello si aprirà la Split Plane finestra di dialogo, in cui è possibile modificare la rete assegnata a quel piano diviso.

Utilizzo di più piani divisi in un progetto

Sono supportate le suddivisioni all’interno di altre suddivisioni (suddivisioni annidate o isole), quindi non è necessario avvolgere una suddivisione esterna attorno a quella interna. Se si desidera dividere ulteriormente un piano di alimentazione suddiviso, è possibile continuare ad aggiungere oggetti sul livello del piano di alimentazione all’interno di un piano di alimentazione suddiviso esistente per creare altre regioni elettricamente isolate.

Suggerimenti per la visualizzazione durante la definizione di un piano di divisione

Quando si definisce un’area di separazione in un piano di alimentazione, a volte può risultare difficile individuare tutti i pad che l’area di separazione deve comprendere. Per rendere più visibili i pad della rete che si desidera collegare al piano di separazione, si suggeriscono le seguenti tecniche prima di iniziare.

• Ricalcolare e ridisegnare i piani interni selezionando Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer / Rebuild Split Planes on All Layers dai menu principali.
• Utilizzare la modalità 3D (scorciatoia 3) per visualizzare la rappresentazione fisica dei piani, comprese le aree vuote e i collegamenti di sfogo termico. Per facilitare lo spostamento sulla scheda in 3D, ridimensionare lo spessore della scheda per aumentare la distanza verticale tra gli strati. Il Board thickness (Scale) controllo si trova nella 3D Settings sezione della View Options scheda del View Configuration pannello.

• Visualizzare solo un numero minimo di strati (ad esempio, lo strato Keep Out, lo strato Multi-layer, eventuali strati meccanici necessari) e il piano di alimentazione in uso. Disattivare gli altri strati nel View Configuration pannello.
• Nascondere tutte le linee di connessione (View » Connections » Hide All). In alcuni casi, può essere utile visualizzare una singola rete per la quale si desidera creare un piano diviso (View » Connections » Show Net).
• Impostare l’attributo colore di ciascuna rete sul piano diviso su un colore diverso selezionando Nets nel PCB pannello, quindi fare doppio clic sul nome di una rete per aprire la finestra di dialogo "Modifica rete".
• Per visualizzare tutti i pad associati a una rete, fare clic su tale rete sul piano interno nel PCB pannello per nascondere tutti gli altri pad.
• Assegnare la rete con il maggior numero di pad al piano di alimentazione interno, quindi utilizzare query come InNet('A') o InNet('B') nel PCB List pannello per visualizzare le reti, ad esempio alcune con scarico termico e altre senza, in modo da distinguere i pad da includere in un nuovo piano di divisione.
• Per visualizzare solo gli oggetti e le primitive sui piani interni, utilizzare la query OnPlane nel PCB Filter pannello.

Definizione di un piano diviso

In Altium Designer, è possibile posizionare qualsiasi configurazione di linee, archi, tracce e riempimenti su un piano di alimentazione interno per definire un piano di divisione. Non appena questi isolano una porzione del piano dal resto, viene creato un nuovo piano di divisione. A questo nuovo piano di separazione viene quindi associata una rete. Il modo più semplice per definire i piani di separazione è utilizzare il Place » Line comando e quindi tracciare il contorno del piano di divisione sul piano di alimentazione.

Creazione di un piano di divisione utilizzando il Place » Line .

Questo crea una linea nella grafica per escludere il rame, il che, a sua volta, divide i piani. La larghezza della linea diventa la larghezza di separazione. Quando si fa clic con il tasto destro del mouse per uscire dalla modalità di posizionamento della linea, il piano viene analizzato e viene creata la regione divisa indipendente. Per modificare la larghezza di separazione tra il piano diviso e il piano di alimentazione interno durante il posizionamento della linea, premere Tab per aprire la Line Constraints finestra di dialogo e modificare il Line Width valore.

Per dividere un piano di alimentazione in due piani di separazione, è possibile tracciare una linea diritta attraverso la scheda da una traccia di pullback all’altra. Purché le linee si colleghino alle piste di pullback, formeranno un’area isolata e, di conseguenza, creeranno l’oggetto di tipo poligono che identifica il piano di separazione. Assicurarsi che le linee si colleghino; il cursore si trasforma in un grande cerchio con una croce quando le linee si collegano.

È possibile creare una forma chiusa utilizzando linee, archi e riempimenti per definire un piano di separazione dalla forma insolita. È inoltre possibile utilizzare linee, archi, riempimenti o piste esistenti sullo strato interno per formare parte del contorno. Purché si colleghino per formare un'area chiusa, si crea un piano di separazione.

Utilizzo di archi, riempimenti e piste

Se si utilizzano archi per dividere il piano, si consiglia di inserire un breve segmento di traccia tra i segmenti dell’arco. Si noti che l’uso di un riempimento (Place » Fill) non creerà un piano diviso, ma solo un’area vuota. È possibile utilizzare le riempiture per creare i bordi esterni del piano diviso, inserendole al posto delle linee, ad esempio.

Se si inseriscono binari al posto delle linee utilizzando il Place » Interactive Routing , assicurarsi che le piste siano impostate su No Net e che il piano di divisione sia invece associato al nome di rete appropriato.

Assegnazione di una rete a un piano di divisione

Per verificare se ogni regione di divisione è definita correttamente, fare clic una volta su una divisione; se si tratta di una regione chiusa, verrà evidenziata solo quell’area.

Un piano di divisione evidenziato.

Se l’area si evidenzia, fare doppio clic su di essa per aprire la Split Plane finestra di dialogo per verificare o impostare l’assegnazione della rete. Selezionare il nome della rete del piano di divisione dall’elenco a discesa nella finestra di dialogo che include tutte le reti attualmente caricate per il progetto.

Aggiornamento delle connessioni del piano di divisione

Dopo aver spostato o posizionato oggetti nello spazio di progettazione, la forma di un piano di divisione potrebbe subire variazioni che non vengono aggiornate automaticamente nella visualizzazione. Selezionare Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer oppure Rebuild Split Planes on All Layers per ricalcolare e ridisegnare i piani.

Posizionamento delle piste su uno strato di piano

Poiché i livelli di piano sono costruiti in negativo, una traccia posizionata su un livello di piano di alimentazione crea un vuoto nel rame e, di conseguenza, non viene stabilita alcuna connessione. Per questo motivo, non è possibile utilizzare una singola traccia su un livello di piano per instradare una rete. Se si desidera instradare una rete su un livello di piano di alimentazione, è necessario creare un’isola di rame molto sottile delle dimensioni della traccia che si intende utilizzare. Creando un contorno di linee attorno all’area che fungerà da traccia (Place » Line), si crea un piano diviso che può poi essere assegnato alla rete richiesta.

In alternativa, se vi sono diverse connessioni da instradare sullo stesso strato del piano, è probabilmente più efficiente utilizzare uno strato di segnale per instradare le connessioni e poi utilizzare un piano poligonale (riempimento di rame) per creare il piano di alimentazione.

Revisione e modifica dei piani di divisione

Lamodalità Split Plane Editor consente di visualizzare e gestire facilmente i piani divisi del progetto PCB corrente. Questa modalità del pannello è suddivisa in tre aree:

• Layers - questa area mostra tutti gli strati di piano interni attualmente definiti nel progetto e il numero di piani divisi presenti per ogni strato.
• Split Planes - questa sezione mostra i piani divisi contenuti in una voce selezionata dalla Layers regione.
• Pads/Vias On Split Plane - Questa regione viene popolata con i pad e i via provenienti da una voce selezionata nella Split Planes regione del pannello.

Regione dei livelli

La Layers regione del pannello visualizza tutti gli strati di piano interni attualmente definiti per il progetto. All'interno della regione, la Split Count colonna indica quanti piani suddivisi esistono per il livello di piano corrispondente. Un conteggio di suddivisioni pari a "1" significa che il livello non è stato suddiviso e che il livello stesso è considerato come un'unica suddivisione.

Area "Piani di divisione"

Dopo aver selezionato una voce nell’ Layers regione, tutti i piani suddivisi presenti su quel livello di piano e le reti ad essi assegnate verranno caricati nella Split Planes regione del pannello.

Per ogni voce, viene Node Count . Questo valore riflette il numero totale di pad e vie collegati a quella regione del piano di separazione.

Fare doppio clic (oppure cliccare con il tasto destro e selezionare Properties dal menu contestuale) su una rete con piani di divisione per aprire la Split Plane finestra di dialogo, che può essere utilizzata per modificare la rete a cui è assegnato il piano diviso.

Pad/vie sulla regione del piano diviso

Fare clic con il tasto destro del mouse su "Pad" o "Via" nella Split Planes regione del pannello e selezionando poi Properties dal menu contestuale, si aprirà il Properties pannello associato a quella primitiva.

Eliminazione di un piano diviso

Poiché una divisione si forma quando una regione su un piano viene isolata, la rimozione di qualsiasi oggetto che costituisce il confine della divisione comporterà l’eliminazione di tale divisione. Pertanto, per eliminare i piani divisi, è necessario eliminare le primitive di delimitazione, ad esempio le linee o altre primitive che definiscono il contorno del piano diviso. Si ricordi che le tracce di pullback possono essere eliminate solo rimuovendo il piano interno dalla pila dei livelli.

Verifica delle regole di progettazione (DRC) relative ai piani di divisione

È possibile verificare e segnalare i piani di divisione durante il controllo in batch delle regole di progettazione (DRC) per le seguenti regole:

• Piani interrotti
• Aree di rame morte
• Connessioni termiche insufficienti.

Queste opzioni sono disponibili nella DRC Report Options nella finestra di dialogo "Design Ruler Checker", a cui si accede selezionando Tools » Design Rule Check dai menu principali. Abilitare le opzioni desiderate affinché vengano verificate e segnalate durante il DRC in batch.

Una volta generato il report, eventuali violazioni di queste regole vengono visualizzate nel report stesso. Fare clic nel report per visualizzare l’errore associato nell’editor del PCB.

Piani interrotti

I piani interrotti si verificano quando un’area del piano, che presenta connettività con la rete, viene disconnessa elettricamente dal resto del piano. Un esempio in cui ciò potrebbe verificarsi è un connettore posizionato su un piano diviso ma non collegato ad esso. Gli spazi vuoti attorno ai pin si uniscono fino a tagliare completamente il rame del piano, dividendolo di fatto in due parti.

Piano interrotto che mostra un errore DRC (verde brillante).

Rame inattivo

Il rame inattivo si riferisce a sezioni di rame che non hanno alcuna connettività con la rete e che risultano anche elettricamente scollegate dal piano originale. Un esempio in cui ciò potrebbe verificarsi è un connettore (non collegato al piano) con pin ravvicinati, in cui gli spazi vuoti attorno ai pin si uniscono per isolare aree del rame del piano dal resto del piano stesso.

Area di rame inattivo che mostra un errore DRC (verde brillante).

Connessioni termiche con raffreddamento insufficiente

I collegamenti termici sono connessioni al piano con "ritagli" di sfogo termico attorno ad essi per ridurre la conduttività termica verso il rame del piano. I collegamenti termici possono diventare “carenti” quando l’area superficiale dei raggi di rame che li collegano al piano viene ridotta da aree vuote. Questa regola verifica anche l’area superficiale del collegamento termico (non solo i raggi) rispetto a eventuali aree vuote che invadono il collegamento termico.

Connessione termica "starved" che mostra un errore DRC (verde brillante).

Note sui piani divisi

• I controlli DRC sui piani divisi sono disponibili solo in modalità batch.
• È necessario eseguire nuovamente il DRC in batch per rimuovere gli indicatori di errore oppure selezionare Tools » Reset Error Markers dai menu principali.
• Ricalcolare e ridisegnare i piani interni dopo la modifica selezionando Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer/Rebuild Split Planes on All Layers dai menu principali.
• I controlli sui piani interrotti e sul rame inattivo richiedono la Un-Routed Net regola (Electrical categoria) sia Batch abilitata.