Working with Object Specific Keepouts on a Board

Un Keepout nella progettazione PCB è un’area o un perimetro definito dall’utente nel layout che gli oggetti in rame non possono attraversare. In genere viene incluso per controllare l’area utilizzata dalle azioni automatiche di posizionamento del rame, come i riempimenti poligonali e il routing interattivo; un Keepout rappresenta inoltre una posizione non valida quando si posizionano manualmente oggetti in rame.

Come aree “vietate” specificate durante il layout di progetto, gli oggetti Keepout utilizzano le esistenti Clearance Constraint Rules per controllare il routing e rilevare le violazioni di posizionamento, ma, a differenza di altri oggetti posizionati, non possono essere assegnati a una Net e non vengono mostrati negli Output generati o nelle stampe. Nel senso più semplice, un Keepout agisce come un oggetto di “interferenza” che impedisce ad altri oggetti in rame di intersecare la sua area, come specificato dalla regola globale di Clearance. Gli oggetti Keepout possono essere posizionati sul Keep-out Layer (dove si applicano a tutti i signal layer), oppure su un signal layer (dove si applicano solo agli oggetti di quel layer). 

Altium Designer consente la creazione e l’applicazione dei Keepout grazie al supporto per Object Specific Keepouts. Gli oggetti Keepout posizionati possono essere configurati per specificare a quali tipi di oggetti si applicano, come tracce, aree di rame, via e pad, migliorando in modo significativo la flessibilità e l’efficacia dei Keepout.

Oggetti Keepout di diversi tipi posizionati in un progetto PCB.
Oggetti Keepout di diversi tipi posizionati in un progetto PCB.

Nel PCB Editor e nel PCB Library Editor, gli oggetti Keepout vengono visualizzati con tratteggio incrociato. Gli oggetti Keepout posizionati sul Keep-Out Layer (cioè applicati a tutti i signal layer) sono mostrati nel colore del Keep-Out Layer, mentre i Keepout posizionati su uno specifico signal layer (cioè applicati solo a quel signal layer) appaiono nel colore di quel signal layer.

I Keepout sono ideali per definire regioni della scheda non instradabili (come aree elettricamente sensibili o ad alta tensione), posizioni di rame specificamente esposte come nei Fiducial e nei Test Point, oppure aree meccanicamente incompatibili (come fori di montaggio o gli angoli di un PCB). La natura configurabile degli Object Specific Keepouts consente inoltre di posizionarli sopra altri oggetti quando sono stati assegnati specifici Keepout Restrictions. Se impostato per limitare solo le Via, ad esempio, un Keepout può essere posizionato sopra regioni di rame esistenti (come un Polygon Pour) per controllare l’estensione dello Via Stitching automatico.

Gli Object Specific Keepouts possono essere posizionati nel PCB Editor e nel PCB Library Editor.

Per ulteriori informazioni sul posizionamento e sulla modifica degli oggetti keepout PCB, fare riferimento alle sezioni comprimibili riportate di seguito:

Posizionamento dei Keepout

Un Keepout viene posizionato nello spazio di progettazione dell’editor dal menu Place » Keepout, dove lo stile di Keepout selezionato (Track, Fill, Region o Arc) verrà posizionato sul Layer attualmente attivo. Seleziona le proprietà del Keepout per modificarne le caratteristiche fisiche, il layer o le restrizioni sul tipo di oggetto. Le relative proprietà Keepout sono:

  • Restricted for Layer – imposta il Keepout Layer e quindi il layer della scheda sul quale gli oggetti in rame saranno limitati (tenuti fuori). Per un keepout su tutti i layer, seleziona Keep-Out Layer.
  • Keepout Restrictions – determina quali tipi di oggetto saranno limitati dal Keepout. Deselezionando un tipo di oggetto, il Keepout consentirà violazioni da parte di quel tipo di oggetto (non escluso), non imponendo la Clearance Rule applicabile.
Le keepout possono essere posizionate su tutti i layer di segnale (rame), esclusi i piani di rame. Quando il layer della scheda attualmente attivo non è compatibile con le Keepout, il comando Place » Keepout non è disponibile (disattivato).

Nell’immagine seguente, i due Keepout Fill hanno restrizioni diverse applicate al Layer e agli oggetti. Queste consentono al Keepout Fill del Top Layer (a sinistra) di accettare un pad Through Hole (TH), limitando invece tutti gli altri tipi di oggetto, e al Keep-Out Layer (a destra) di accettare solo le tracce.

Esempio di due Keepout Fill posizionati su layer diversi di un PCB e configurati per limitare il posizionamento di diversi tipi di oggetti.
Esempio di due Keepout Fill posizionati su layer diversi di un PCB e configurati per limitare il posizionamento di diversi tipi di oggetti.

La flessibilità intrinseca delle Keepout ne consente l’uso per un’ampia gamma di attività di controllo del layout PCB. Poiché le Keepout possono essere sovrapposte, assegnate a qualsiasi layer di segnale (come Top o Bottom) e configurate per rifiutare oggetti specifici, possono essere utilizzate, ad esempio, per controllare in modo preciso Via Stitching e Polygon Pours.

Controllo dei Polygon Pour

Nell’esempio di layout PCB mostrato di seguito, sono stati aggiunti Keepout Fill attorno ai pad multilayer in una regione a potenziale alta tensione, che deve avere un isolamento elettrico sufficiente dai Polygon Pour collegati a massa in attesa di essere inseriti. I Keepout Fill sono impostati sul Top Layer e configurati per limitare solo gli oggetti Copper, il che rifiuterà Polygon Pours, Fill e Region accettando invece tracce e pad esistenti, ecc. – in altre parole, la regola di violazione Clearance si applicherà solo agli oggetti classificati come “copper”.

Keepout Fill posizionati sul Keep-Out Layer e configurati per essere applicati solo agli oggetti copper.
Keepout Fill posizionati sul Keep-Out Layer e configurati per essere applicati solo agli oggetti copper.

La disposizione delle Keepout sopra descritta costringerà i Polygon Pour posizionati sui layer di segnale (in questo caso Top e Bottom Layer) a evitare tutte e tre le aree Keepout. Tuttavia, il pads del top layer associato all’area critica non avrà una distanza di isolamento adeguata rispetto al Top Layer Pour.

In questo caso, è possibile aggiungere ulteriori Keepout al Top Layer affinché il relativo Polygon Pour eviti tutti i pad interessati mantenendo una distanza adeguata. Nell’immagine mostrata di seguito, sono stati aggiunti altri due Keepout Fill al Top Layer, qui visualizzato in modalità Single Layer per maggiore chiarezza. Si noti che la copertura Keepout mostrata avrebbe potuto essere creata da una singola Region, anziché da due Fill sovrapposti.

Keepout Fill posizionati sul Top Layer e configurati per essere applicati solo agli oggetti copper.
Keepout Fill posizionati sul Top Layer e configurati per essere applicati solo agli oggetti copper.

Quando i Polygon Pour verranno infine aggiunti al layout, l’insieme delle Keepout controllerà i pour in modo da produrre una forma di clearance diversa per ciascun layer attorno alla regione. Si noti che in questo esempio la clearance associata alle Keepout è maggiore di quella per gli oggetti normali grazie a una Keepout Clearance Rule personalizzata (vedi sotto).

I Polygon Pour evitano gli oggetti Keepout posizionati.
I Polygon Pour evitano gli oggetti Keepout posizionati.

L’influenza dell’insieme di Keepout sui Polygon Pour può essere vista chiaramente quando il layout viene visualizzato in modalità Single Layer 3D, come mostrato di seguito – Top Layer a sinistra e Bottom Layer a destra.

Il Top Layer (sinistra) e il Bottom Layer (destra) del PCB mostrati in modalità Single Layer 3D.
Il Top Layer (sinistra) e il Bottom Layer (destra) del PCB mostrati in modalità Single Layer 3D.

Si noti che l’approccio al controllo delle aree dei Polygon Pour è usato qui come esempio per il posizionamento e la configurazione di Keepout specifiche per layer. In pratica, l’area occupata da un Polygon Pour è controllata al meglio utilizzando Polygon Pour Cutouts.

Controllo del Via Stitching

L’applicazione di forme Keepout, configurate per limitare gli oggetti Via, su aree di rame multilayer può controllare l’estensione del Via Stitching automatizzato (Tools » Via Stitching/Shielding). Le forme Keepout possono essere impostate per qualsiasi layer o per uno dei layer dell’area di rame, in modo che le Via tra tali layer vengano “tenute fuori” (limitate).

Nell’esempio mostrato di seguito, sono state aggiunte forme Keepout negli angoli superiore sinistro e inferiore sinistro del layout. Queste sono configurate per limitare gli oggetti Via, impedendo così al Via Stitching automatizzato di posizionare Via all’interno di quei perimetri.

Keepout Region configurate per essere applicate solo alle via.
Keepout Region configurate per essere applicate solo alle via.

Oltre a evitare Track, Pad e Via esistenti, come avviene normalmente, il Via Stitching evita anche le forme Keepout come determinato dalla Clearance Rule applicabile.

Il PCB dopo l’aggiunta del via stitching.
Il PCB dopo l’aggiunta del via stitching.

Keepout nei componenti

Le Keepout vengono aggiunte ai footprint dei componenti nel PCB Library Editor utilizzando lo stesso approccio di quelle applicate nello spazio di progettazione del PCB Editor.

La Keepout aggiunta al footprint del componente mostrato di seguito è configurata per limitare tutti gli oggetti, ma consentire le tracce – permettendo quindi le connessioni di Net in un layout in cui il componente viene utilizzato, pur limitando il posizionamento ravvicinato di altri tipi di oggetti.

L’oggetto Keepout può essere aggiunto anche ai footprint dei componenti, nel PCB Library Editor.
L’oggetto Keepout può essere aggiunto anche ai footprint dei componenti, nel PCB Library Editor.

Si noti che le Design Rules non vengono applicate nel PCB Library Editor, quindi in questo caso la Keepout accetterà i pad Through Hole che si trovano entro i suoi limiti.

Lavorare con le Keepout

L’implementazione delle Object Specific Keepouts di Altium Designer si riflette in tutte le funzioni associate e include la compatibilità con le Query (e quindi con le Design Rules), il pannello PCB List panel e anche i documenti di progettazione PCB importati o meno recenti.

Keepout Clearance Rule

Come per gli altri oggetti primitivi, la Electrical Clearance Rule corrente determinerà i vincoli di clearance per le Keepout – vedere Design » Rules. Se per le Keepout è richiesto un vincolo di clearance diverso, creare una Rule specifica applicando il controllo IsKeepOut Attribute Check come Custom Query.

Assicurarsi che la Keepout Clearance Rule personalizzata abbia una priorità superiore rispetto alla Clearance Rule esistente (globale). Nell’esempio seguente, è stata creata una rule per le Keepout (Clearance_Keepout) con una distanza di vincolo di clearance doppia rispetto a quella della Clearance Rule di base (Clearance). Come mostrato nella sezione del layout della scheda, la traccia instradata tra i due pad evita la regione Keepout (a destra) con un margine maggiore rispetto alla regione del Top Layer (a sinistra).

È possibile creare una regola Clearance aggiuntiva per gli oggetti Keepout.
È possibile creare una regola Clearance aggiuntiva per gli oggetti Keepout.

Convertire oggetti primitivi in Keepout

Gli oggetti primitivi esistenti sui layer di segnale possono essere convertiti in Keepout, sullo stesso layer, utilizzando il comando Convert Primitives to Keepouts (Tools » Convert » Convert Selected Primitives to Keepout).

Gli oggetti Keepout possono essere convertiti (nuovamente) nei corrispondenti oggetti primitivi non-Keepout utilizzando il comando Tools » Convert » Convert Selected Keepouts to Primitives.

Un oggetto primitivo può essere convertito in un oggetto Keepout equivalente (e viceversa).
Un oggetto primitivo può essere convertito in un oggetto Keepout equivalente (e viceversa).

Accesso tramite pannelli

Le Keepout specifiche per oggetto in un progetto di scheda possono essere accessibili tramite i pannelli PCB List e PCB Filter.

Il pannello PCB Filter consente l’uso della parola chiave di query IsKeepOut per individuare e (facoltativamente) selezionare gli oggetti Keepout nel progetto.

Il pannello PCB Filter può essere utilizzato per individuare gli oggetti Keepout nel progetto.
Il pannello PCB Filter può essere utilizzato per individuare gli oggetti Keepout nel progetto.

Il pannello PCB List può essere utilizzato per elencare, selezionare e modificare l’oggetto Keepout del tipo selezionato – ad esempio, Keepout Fill, come mostrato nell’immagine del pannello List qui sotto. Per confronto è mostrato anche un Fill standard del Top Layer (l’ultimo nell’elenco). Se all i Fill (o altri tipi di oggetti, come Region) inclusi nel progetto sono assegnati come Keepout, allora il pannello PCB List includerà l’intero insieme di attributi di restrizione degli oggetti Keepout.

Il pannello PCB List può essere utilizzato per elencare, selezionare e modificare l’oggetto Keepout del tipo selezionato.
Il pannello PCB List può essere utilizzato per elencare, selezionare e modificare l’oggetto Keepout del tipo selezionato.

Si noti che l’attributo Keepout elencato nei pannelli PCB List è di sola lettura poiché il Fill, in questo caso, è designato come oggetto Keepout. Analogamente, l’attributo Net per gli oggetti Keepout nel pannello PCB List non può essere modificato perché gli oggetti Keepout, per definizione, non possono essere assegnati a una Net.

Importazione di progetti PCB

Altium Designer è in grado di importare file di progetto da un’ampia gamma di altri strumenti di progettazione utilizzando le capacità di conversione automatica fornite da Import Wizard (File » Import Wizard). Gli oggetti di tipo Keepout inclusi nei file di progettazione PCB provenienti da altri strumenti di progettazione, alcuni dei quali specifici per oggetto, vengono convertiti dal Wizard in Object Specific Keepouts, ove possibile.

Il processo di conversione delle Keepout del Wizard è compatibile con i progetti di scheda provenienti da sistemi ECAD diffusi come Mentor® Graphics Pads e Cadence® Allegro. La corretta interpretazione delle Keepout avviene anche durante il processo di esportazione IDF.

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