Internal Power & Split Planes

Piani di alimentazione

I piani di alimentazione sono speciali layer interni in rame pieno che vengono tipicamente utilizzati per fornire un riferimento di massa o di alimentazione elettricamente stabile in tutto il PCB. 

L’editor PCB supporta fino a 16 piani di alimentazione interni. È possibile assegnare una net a ciascuno di questi layer oppure condividere un piano di alimentazione tra più net suddividendolo in due o più aree isolate. Le connessioni di pad e via ai piani di alimentazione sono controllate dalle Plane regole di progettazione. I piani di alimentazione vengono creati in negativo. Gli oggetti posizionati sul layer del piano di alimentazione diventano vuoti nel rame; le regioni rimanenti diventeranno rame pieno.

Creazione dei piani interni

I piani di alimentazione interni vengono aggiunti a un progetto PCB tramite il Layer Stack Manager (Design » Layer Stack Manager). Per aggiungere un nuovo piano interno, evidenzia il layer esistente sotto il quale desideri creare il layer interno, quindi fai clic con il pulsante destro del mouse e seleziona Insert layer below » Plane dal menu contestuale. Un nuovo piano interno viene aggiunto allo stack dei layer. Usa la modalità Layer Stack Manager del pannello Properties per definire le proprietà del layer di piano interno selezionato. Le modifiche apportate nel Layer Stack Manager devono essere salvate affinché siano disponibili nell’editor PCB.

Visualizzazione dei piani

Per visualizzare un layer di piano nello spazio di progettazione, devi prima abilitare la visualizzazione del layer nella scheda Layer & Colors del pannello View Configuration . 

Assegnazione di una net a un piano

La net viene assegnata al piano nell’editor PCB. Per assegnare una net a un layer di piano:

1. Rendi attivo il layer di piano nello spazio di progettazione (fai clic su una scheda layer nella parte inferiore dell’editor per rendere quel layer attivo).
2. Fai doppio clic in qualsiasi punto all’interno del contorno della forma della scheda. 
3. Si aprirà la finestra di dialogo Split Plane; seleziona la net richiesta nell’elenco Connect to Net. Nota che la finestra di dialogo non si aprirà se il layer attivo non è un layer di piano.

Dopo aver selezionato un layer di piano di alimentazione, fai doppio clic in qualsiasi punto di quel layer per assegnare una net.

Nella modalità di visualizzazione 3D (scorciatoia 3), puoi vedere le rappresentazioni fisiche di tutti gli oggetti dei piani interni. Oltre alla visualizzazione, passando alla modalità a layer singolo e facendo clic su ciascun layer a turno, la vista 3D ti consente di attraversare la scheda, aiutandoti nell’ispezione dei piani interni.

Vista 3D di una connessione thermal relief su un piano suddiviso.

I layer di piano possono anche essere divisi o suddivisi in aree separate, e a ciascuna area viene assegnata una net diversa. Scopri di più su come definire i piani suddivisi.

Rientro del layer di piano

Quando viene aggiunto un piano di alimentazione, viene creato automaticamente un insieme di tracce di rientro attorno alla forma della scheda per arretrare il piano rispetto al bordo della scheda. Le tracce di rientro non possono essere modificate sullo schermo poiché la loro larghezza è definita come proprietà Pullback distance nel Layer Stack Manager (mostra immagine). Quando il valore di rientro per un piano interno viene modificato, queste tracce si rigenerano automaticamente.

Creazione di sezioni blow-out 

Per “svuotare” sezioni di un piano, cioè creare regioni prive di rame, puoi posizionare linee, archi o riempimenti usando i comandi Place per costruire la regione senza rame.

Connessione di pad e via a un layer di piano

Le connessioni a pad e via vengono visualizzate su un piano di alimentazione in base alle Plane regole di progettazione impostate nella finestra di dialogo PCB Rules and Constraints Editor (Design » Rules). Puoi creare regole aggiuntive per pad e via che hanno requisiti specifici di connessione o non connessione.

Connessioni thermal relief e dirette

I pad e i via passanti possono essere collegati a un piano di alimentazione tramite una connessione diretta oppure una connessione thermal relief. Le connessioni thermal relief vengono utilizzate per isolare termicamente il pin collegato dal piano di rame pieno quando la scheda viene saldata. Le regole di progettazione nell’editor PCB consentono di definire la forma del thermal relief di ciascun pad, o di tutti i pad, che si collegano al piano di alimentazione.

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

• Relief Connect
• Direct Connect
• No Connect

È inoltre disponibile un supporto speciale per collegare i pin di alimentazione SMD ai layer di piano di alimentazione. I pad SMD su una net collegata a un piano di alimentazione vengono automaticamente contrassegnati come collegati al piano appropriato. L’auto-router completa la connessione fisica per questi pad posizionando un fanout, che è una breve traccia e un via che costituisce una connessione relief o diretta al layer di piano.

Connessione thermal relief a un pad su un piano di alimentazione. Le regioni colorate indicano aree prive di rame.

Quando una net viene assegnata a un piano di alimentazione, apparirà una piccola croce su ciascun pad della net sul layer di piano di alimentazione appropriato. La croce viene visualizzata come '+' per una connessione relief e come 'x' per una connessione diretta. Poiché i pad con connessione diretta hanno rame pieno fino al pin, mostrano il colore del piano fino al foro del pad.

Pad che non si collegano a un piano di alimentazione

I pad che non si collegano al piano vengono isolati da esso tramite una regione priva di rame. Questa regione priva di rame è specificata nella regola di progettazione Power Plane Clearance come un’espansione radiale attorno al foro del pad.

Connessione dei via ai piani di alimentazione

Come i pad, i via si collegano automaticamente a un layer di piano di alimentazione interno con lo stesso nome di net. Il via si collegherà in conformità con la regola di progettazione Power Plane Connect Style applicabile. Se non vuoi che i via si colleghino ai piani di alimentazione, aggiungi una regola di progettazione Power Plane Connect Style con uno stile di connessione No Connect e una query di ambito IsVia.

Considerazioni di fabbricazione

Verifica con il tuo produttore le proprietà dimensionali adatte per eventuali connessioni thermal relief. Inoltre, controlla che i pad o i via che non si collegano non circondino completamente un pad collegato, poiché ciò potrebbe accidentalmente causare l’isolamento e la disconnessione del pad collegato. Assicurati di non rimuovere troppo rame e che venga raggiunto un equilibrio tra la massima quantità di rame e una produzione economicamente sostenibile.

Scollegamento di pad e via dal piano

Puoi usare query nelle regole di progettazione Power Plane Connect Style per limitare ulteriormente quali pad o via si collegano o meno a un piano di alimentazione. I pad possono essere selezionati in base al nome del designatore o a proprietà fisiche, come la dimensione del pad. Poiché i via non hanno designatori, devono essere selezionati in base a proprietà fisiche, come il diametro del via.

Definizione dell’ambito di pad e via specifici che non si collegano a un piano di alimentazione

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

Quando lavori con via che non vuoi collegare, potresti modificare i via in modo che contengano una proprietà speciale per identificarli in modo univoco, ad esempio un diametro del via diverso, quindi definire l’ambito di una nuova regola di progettazione Power Plane Connect Style con uno stile di connessione No Connect in modo che corrisponda solo a quei via. La query (ObjectKind = 'Via') And (ViaDiameter = '24') potrebbe essere usata per selezionare via con un diametro di 24 mil, per esempio. La query InNet('VCC') and IsVia potrebbe essere usata per selezionare solo i via collegati alla net VCC.

In alternativa, se non riesci a selezionare i via usando i metodi sopra, puoi convertirli in free pad e poi usare i nomi dei pad per impostare l’ambito. Per farlo, seleziona i via che non vuoi collegare, convertili in free pad (Tools » Convert » Convert Selected Vias to Free Pads) e assegna a tutti lo stesso nome di Designator, ad esempio NoPlaneConnect. Quindi aggiungi una nuova regola di progettazione Power Plane Connect Style e specifica l’ambito (ObjectKind = 'Pad') e (Name = 'Free‑NoPlaneConnect') per la regola. Inoltre, seleziona No Connect come Connect Style. Tutti i free pad denominati NoPlaneConnect verranno scollegati da tutti i layer power plane.

Rimozione di un piano interno

Per rimuovere un piano interno, fai clic con il pulsante destro del mouse sul layer nel Layer Stack Manager , quindi scegli Delete layer dal menu contestuale. Si apre una finestra di conferma che avvisa che tutte le primitive sul layer verranno rimosse insieme all’eliminazione del layer. Fai clic su Yes per confermare.

Piani suddivisi

Un piano suddiviso è una regione chiusa su un piano interno che divide il piano in aree separate elettricamente isolate. Ogni regione viene definita posizionando linee di contorno che racchiudano tutti i pin di quella net. A ogni area viene quindi assegnata una net diversa, creando due o più split plane su un unico layer di power plane interno.

I power plane 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 posizioni definisce la distanza di separazione. I power plane sono costruiti in negativo, quindi queste speciali linee di contorno diventano una striscia senza rame, creando così la separazione tra questa net e la/e net adiacente/i sul piano.

Piani suddivisi su un piano interno

In genere, la net con il maggior numero di pad viene assegnata per prima al piano interno, quindi vengono definite regioni (separate) per le altre net che vuoi collegare tramite questo piano. Tutti i pad che non possono essere racchiusi nella regione del piano suddiviso continuano a mostrare una linea di connessione, indicando che devono essere collegati su un signal layer.

Esame delle aree del piano suddiviso

Puoi anche selezionare i piani interni e il loro contenuto da visualizzare usando la modalità Split Plane Editor disponibile dal menu a discesa nella parte superiore del pannello PCB , come mostrato di seguito.

Configura le opzioni di evidenziazione, quindi fai clic una volta per evidenziare un’area suddivisa e i pad e via collegati.

Configurando le opzioni di evidenziazione nella parte superiore del pannello (Select, Zoom, ecc.), puoi – dopo aver impostato come layer attivo il layer del piano di interesse – fare clic una volta su un Net Name per individuare un’area di split plane e i pad e via che vi si collegano (viene evidenziata l’intera area all’interno delle tracce di pullback / split plane). Facendo doppio clic su un Net Name nel pannello si aprirà la finestra di dialogo Split Plane, dove la net assegnata a quello split plane può essere modificata.

Uso di più split plane in un progetto

Le suddivisioni all’interno di altre suddivisioni (nested splits o islands) sono supportate, quindi non è necessario avvolgere una suddivisione esterna attorno a quella interna. Se vuoi suddividere ulteriormente uno split plane, puoi continuare ad aggiungere oggetti sul layer power plane all’interno di uno split plane esistente per creare altre regioni elettricamente isolate.

Suggerimenti di visualizzazione durante la definizione di uno split plane

Quando definisci un’area suddivisa in un power plane, a volte può essere difficile vedere tutti i pad che l’area deve racchiudere. Per rendere più visibili i pad della net che vuoi collegare allo split plane, prima di iniziare si suggeriscono le seguenti tecniche.

• Ricalcola e ridisegna i piani interni selezionando Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer / Rebuild Split Planes on All Layers dai menu principali.
• Usa la modalità 3D (scorciatoia 3) per visualizzare la rappresentazione fisica dei piani, incluse le aree vuote e le connessioni thermal relief. Per facilitare lo spostamento sulla scheda in 3D, scala lo spessore della scheda per aumentare la distanza verticale tra i layer. Il controllo Board thickness (Scale) si trova nella sezione 3D Settings della scheda View Options del pannello View Configuration.

• Visualizza solo un numero minimo di layer (ad esempio il layer Keep Out, il Multi-layer, gli eventuali layer meccanici necessari) e il power plane utilizzato. Disattiva gli altri layer nel pannello View Configuration.
• Nascondi tutte le linee di connessione (View » Connections » Hide All). In alcuni casi, può essere utile visualizzare una singola net per la quale vuoi creare uno split plane (View » Connections » Show Net).
• Imposta l’attributo colore di ciascuna net sullo split plane su un colore diverso selezionando Nets nel pannello PCB, quindi facendo doppio clic su un nome di net per aprire la finestra di dialogo Edit Net dialog.
• Per visualizzare tutti i pad associati a una net, fai clic su quella net sul piano interno nel pannello PCB per mascherare tutti gli altri pad.
• Assegna al power plane interno la net con il maggior numero di pad, quindi usa query come InNet('A') o InNet('B') nel pannello PCB List per mostrare le net, ad esempio alcune con thermal relief e altre senza, così da distinguere i pad da includere in un nuovo split plane.
• Per visualizzare solo gli oggetti e le primitive sui piani interni, usa la query OnPlane nel pannello PCB Filter.

Definizione di uno split plane

In Altium Designer, puoi posizionare qualsiasi configurazione di linee, archi, track e fill su un power plane interno per definire uno split plane. Non appena questi isolano una porzione del piano dal resto, viene creato un nuovo split plane. A questo nuovo split plane viene quindi associata una net. Il modo più semplice per definire gli split plane è usare il comando Place » Line e poi disegnare il contorno dello split plane sul power plane.

Creazione di uno split plane usando il comando Place » Line .

Questo crea una linea nell’artwork per lasciare una zona senza rame che, a sua volta, divide i piani. La larghezza della linea diventa la larghezza di separazione. Quando fai clic con il pulsante destro del mouse per uscire dalla modalità di posizionamento linea, il piano viene analizzato e viene creata la regione suddivisa indipendente. Per modificare la larghezza di separazione tra lo split plane e il power plane interno durante il posizionamento della linea, premi Tab per aprire la finestra di dialogo Line Constraints e modifica il valore Line Width.

Per dividere un power plane in due split plane, puoi tracciare una linea diritta attraverso la scheda da una traccia di pullback all’altra. Finché le linee si collegano alle tracce di pullback, formeranno un’area isolata e quindi creeranno l’oggetto di tipo poligono che identifica lo split plane. Assicurati che le linee siano collegate; il cursore cambia in un grande cerchio con una croce quando le linee si collegano.

Puoi creare una forma chiusa con linee, archi e fill per definire uno split plane di forma insolita. Puoi anche usare linee, archi, fill o track già esistenti sul layer interno per formare parte del contorno. Purché siano collegati in modo da formare un’area chiusa, verrà formato uno split plane.

Uso di archi, fill e track

Si consiglia, se usi archi per suddividere il piano, di posizionare un breve segmento di track tra i segmenti di arco. Nota che l’uso di un fill (Place » Fill) non creerà uno split plane; creerà solo un’area vuota. Puoi usare i fill per creare i bordi esterni dello split plane posizionandoli al posto delle linee, per esempio.

Se posizioni track invece di linee usando il comando Place » Interactive Routing, assicurati che le track siano impostate su No Net e che lo split plane sia invece associato al nome di net appropriato.

Assegnazione di una net a uno split plane

Per verificare che ogni regione suddivisa sia definita correttamente, fai clic una volta su una suddivisione; se è una regione chiusa, verrà evidenziata solo quell’area.

Uno split plane evidenziato.

Se l’area viene evidenziata, fai doppio clic su quell’area per aprire la finestra di dialogo Split Plane e controllare o impostare l’assegnazione della net. Seleziona il nome di net dello split plane dall’elenco a discesa nella finestra di dialogo, che include tutte le net attualmente caricate per il progetto.

Aggiornamento delle connessioni dello split plane

Dopo aver spostato o posizionato oggetti nello spazio di progettazione, la forma di uno split plane può essere alterata e la visualizzazione non viene aggiornata automaticamente. Seleziona Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer o Rebuild Split Planes on All Layers per ricalcolare e ridisegnare i piani.

Posizionamento di tracce su un layer di piano

Poiché i layer di piano sono costruiti in negativo, una traccia posizionata su un layer di piano di alimentazione crea un vuoto nel rame e, di conseguenza, non viene realizzata alcuna connessione. Per questo motivo, non è possibile usare una singola traccia su un layer di piano per instradare una net. Se si desidera instradare una net su un layer di piano di alimentazione, è necessario creare una sottilissima isola di rame delle dimensioni della traccia che si vuole usare. Creando un contorno di linee attorno all’area che fungerà da traccia (Place » Line), si crea un piano suddiviso che può quindi essere assegnato alla net richiesta.

In alternativa, se ci sono numerose connessioni da instradare sullo stesso layer del piano, probabilmente è più efficiente usare un layer di segnale per instradare le connessioni e poi usare un piano poligonale (riempimento di rame) per creare il piano di alimentazione.

Revisione e modifica dei piani suddivisi

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

• Layers - questa regione visualizza tutti i layer di piano interni attualmente definiti nel progetto e quanti piani suddivisi esistono per ciascun layer.
• Split Planes - questa regione viene popolata con i piani suddivisi contenuti in una voce selezionata della regione Layers. - questa regione viene popolata con Pad e Via da una voce selezionata nella regione Split Planes del pannello.

Regione Layers

La regione Layers del pannello visualizza tutti i layer di piano interni attualmente definiti per il progetto. All’interno della regione, la colonna Split Count indica quanti piani suddivisi esistono per il corrispondente layer di piano. Un conteggio split pari a '1' significa che il layer non è stato suddiviso e che il layer stesso è considerato come un unico split.

Regione Split Planes

Dopo aver selezionato una voce nella regione Layers, tutti i piani suddivisi su quel layer di piano e le net loro assegnate verranno caricati nella regione Split Planes del pannello.

Per ogni voce viene visualizzato un Node Count. Questo valore riflette il numero totale di pad e via collegati a quella regione di piano suddiviso.

Fare doppio clic (oppure clic con il tasto destro e selezionare Properties dal menu contestuale) su una Net con piani suddivisi per aprire la finestra di dialogo Split Plane, che può essere usata per modificare la net a cui il piano suddiviso è assegnato.

Regione Pads/Vias On Split Plane 

Facendo clic con il tasto destro su un Pad o una Via nella regione Split Planes del pannello e selezionando quindi Properties dal menu contestuale, si aprirà il pannello Properties associato a quella primitiva.

Eliminazione di un piano suddiviso

Poiché uno split si forma quando una regione su un piano viene isolata, la rimozione di qualsiasi oggetto che costituisce il contorno dello split eliminerà quello split. Pertanto, per eliminare i piani suddivisi, eliminare le primitive di contorno, ad esempio le linee o altre primitive che creano il profilo del piano suddiviso. Ricordare che le tracce di pullback possono essere eliminate solo rimuovendo il piano interno dallo stack dei layer.

Controllo delle regole di progettazione per i piani suddivisi

È possibile controllare e generare report sui piani suddivisi durante il controllo batch delle regole di progettazione (DRC) per le seguenti regole:

• Piani interrotti
• Regioni di rame morto
• Connessioni termiche insufficienti.

Queste opzioni sono disponibili in 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 per farle controllare e riportare durante il Batch DRC.

Quando viene creato il report, eventuali violazioni di queste regole vengono visualizzate nel report. Fare clic nel report per visualizzare l’errore associato nell’editor PCB.

Piani interrotti

I piani interrotti si verificano quando un’area del piano che ha connettività con la net diventa elettricamente scollegata dal resto del piano. Un esempio di situazione in cui ciò può verificarsi è un connettore posizionato attraverso un piano suddiviso ma non collegato a esso. I vuoti attorno ai pin si uniscono fino a tagliare completamente il rame del piano, spezzandolo di fatto in due parti.

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

Rame morto

Il rame morto si riferisce a sezioni di rame che non hanno connettività con la net e che diventano anche elettricamente scollegate dal piano originale. Un esempio di situazione in cui ciò può verificarsi è un connettore (non collegato al piano) con pin molto ravvicinati, in cui i vuoti attorno ai pin si uniscono per isolare aree di rame del piano dal resto del piano.

Regione di rame morto che mostra un errore DRC (verde brillante).

Connessioni termiche insufficienti

I thermal sono connessioni al piano con “intagli” di thermal relief attorno a esse per ridurre la conducibilità termica verso il rame del piano. I thermal possono diventare “insufficienti” quando l’area superficiale dei raggi di rame che li collegano al piano viene ridotta da aree di vuoto. Questa regola controlla anche l’area superficiale del thermal (non solo i raggi) rispetto a eventuali aree di vuoto che invadono il thermal.

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

Note sui piani suddivisi

• I controlli DRC dei piani suddivisi sono disponibili solo in modalità Batch.
• È necessario eseguire nuovamente il Batch DRC per rimuovere i marcatori di errore oppure selezionare Tools » Reset Error Markers dai menu principali.
• Ricalcola e ridisegna 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 dei piani interrotti e del rame isolato richiedono che la regola Un-Routed Net (categoria Electrical ) sia abilitata in Batch.