Aggiunta di Via Stitching e Via Shielding

A colpo d'occhio

Questo articolo spiega la differenza tra via stitching e via shielding in Altium Designer, perché si utilizza ciascuna tecnica e come Altium Designer le supporta entrambe attraverso un flusso di lavoro simile. Illustra come aggiungere via di stitching a una net, descrive le principali opzioni di configurazione per il posizionamento, le distanze di isolamento e lo stile dei via e spiega come modificare i gruppi di via esistenti dopo il posizionamento. Se vuoi capire meglio quando utilizzare lo stitching o lo shielding e come configurarli nell'editor PCB, questa guida ti aiuterà a seguire la procedura con sicurezza. Continua a leggere per rendere più efficace il tuo lavoro sul layout PCB.

- Capirai a cosa servono il via stitching e il via shielding e quali diverse esigenze di progettazione PCB soddisfano.
- Scoprirai come aggiungere via di stitching o di shielding in Altium Designer, comprese le principali opzioni della finestra di dialogo che controllano il posizionamento e le proprietà dei via.
- Apprenderai importanti indicazioni sulle distanze di isolamento, sul comportamento delle connessioni, sul ricalcolo del riempimento dei poligoni e sulla modifica dei gruppi di via esistenti.
Approfondisci con l'IA:

Il via stitching è una tecnica utilizzata per collegare tra loro ampie aree di rame su layer diversi, creando di fatto una solida connessione verticale attraverso la struttura della scheda e contribuendo a mantenere una bassa impedenza e percorsi di ritorno brevi. Il via stitching può essere utilizzato anche per ricollegare alla rispettiva net aree di rame che altrimenti rimarrebbero isolate.

La schermatura tramite via ha una funzione diversa: nei progetti RF viene utilizzata per contribuire a ridurre la diafonia e le interferenze elettromagnetiche su una pista che trasporta un segnale RF.  Una schermatura tramite via, nota anche come via fence o picket fence, viene creata posizionando una o più file di via lungo il percorso del segnale. In Altium Designer, questa tecnica viene chiamata via shielding.

Altium Designer supporta sia il via stitching sia la schermatura tramite via. Poiché il processo di aggiunta dei via di stitching o di schermatura è simile, questa pagina tratta entrambi gli argomenti.

 
 
 
 
 

Il via stitching contribuisce a creare solide connessioni verticali attraverso la scheda, aiutando a mantenere le impedenze e ad accorciare i percorsi di ritorno.

La schermatura tramite via viene utilizzata per creare una «barriera» che protegge la net dalla diafonia e dalle interferenze elettromagnetiche.

 

Aggiunta di via di stitching

Il via stitching viene eseguito come operazione di post-elaborazione, riempiendo le aree di rame libere con via di stitching. Affinché il via stitching sia possibile, devono essere presenti, su layer diversi, regioni di rame sovrapposte collegate alla net specificata. Le regioni di rame supportate includono: Fills, Solid Regions, Polygons e Power Planes.

Per aggiungere via di stitching a una net, selezionare il comando Tools » Via Stitching/Shielding » Add Stitching to Net dai menu. Si aprirà la finestra di dialogo Add Stitching to Net, in cui specificare Net, Stitching Parameters e Via Style. Quando si fa clic sul pulsante OK, l'algoritmo di stitching identifica tutti i riempimenti, le regioni piene, i poligoni e i piani di alimentazione collegati alla net selezionata e tenta di collegarli attraverso la scheda, utilizzando il via e lo schema di stitching specificati.  

I nuovi gruppi di via di stitching vengono configurati nella finestra di dialogo Add Stitching to Net; i gruppi di via esistenti vengono poi modificati nella finestra di dialogo Via Stitching () oppure nel pannello Properties (). I campi di tutte e tre queste interfacce sono descritti di seguito.

Note sul via stitching

  • Seleziona innanzitutto la Net da utilizzare per lo stitching, poiché questa scelta influisce sul comportamento delle altre opzioni, ad esempio quando fai clic sul pulsante Load values from Routing Via Style Rule. Se la net è già selezionata nell'area di progettazione, viene scelta automaticamente quando apri la finestra di dialogo Add Stitching to Net.

  • I via di schermatura sono identificati da VSn: Via Stitching, dove il valore numerico n indica che questo via appartiene alla stessa unione di via di stitching degli altri via con lo stesso identificatore numerico.

  • Lo stile di connessione dei via (con isolamento termico o diretto) è definito dal vincolo di progettazione Polygon Connect Style applicabile per i poligoni e dal vincolo di progettazione Plane Connect Style applicabile per i piani di alimentazione, mentre per le regioni solide e i riempimenti vengono utilizzate connessioni dirette.

  • Una volta completato lo stitching, dovrai rieseguire il riempimento di tutti i poligoni interessati in cui i via si collegano tramite una connessione con isolamento termico.

  • Ogni gruppo di via di stitching viene aggiunto a un'unione; imposta il pannello PCB sulla modalità Unions per esplorare queste unioni ().

  • Per modificare un gruppo di via di stitching, fai doppio clic su un qualsiasi via del gruppo per aprire la finestra di dialogo Via Stitching, oppure il pannello Properties se è configurato per aprirsi con un doppio clic (). In alternativa, trascina un rettangolo di selezione per inclusione (da sinistra a destra) che comprenda uno o più via di stitching, quindi modifica le impostazioni nel pannello Properties.

  • Per rimuovere il gruppo di via, esegui il comando Tools » Via Stitching » Remove Via Stitching Group, quindi fai clic su un qualsiasi via del gruppo. 

  • L'algoritmo di via stitching gestisce poligoni, riempimenti, regioni solide e piani di alimentazione nel modo seguente:

    1. I poligoni, le regioni e i riempimenti appartenenti alla stessa net vengono collegati mediante stitching ovunque si sovrappongano su strati diversi. Se in quell'area si sovrappongono poligoni, regioni o riempimenti appartenenti ad altre net (su un altro strato), lo stitching non viene applicato in quella zona. Le regioni dei piani sovrapposte appartenenti ad altre net vengono attraversate.

    2. Le regioni dei piani sovrapposte appartenenti alla net di destinazione vengono sempre collegate mediante stitching, indipendentemente dalla presenza di regioni dei piani (su un altro strato) collegate ad altre net. Se nella stessa area si sovrappongono poligoni, regioni o riempimenti, si applica la regola 1 riportata sopra.

      To summarize these two rules - Sugli altri strati, i via di stitching attraversano sempre i piani appartenenti ad altre net, ma non i poligoni, le regioni o i riempimenti appartenenti ad altre net. Se il progetto include poligoni di altre net all'interno di un'area che richiede via di stitching, sospendi temporaneamente tali poligoni, definisci i via di stitching, quindi ripristina i poligoni e rieseguine il riempimento. Scopri di più su come sospendere i poligoni e rieseguirne il riempimento. 

Modifica dell'area di via stitching

I via presenti in ciascuna area distinta di via stitching vengono raggruppati in un'unione. È possibile spostare l'intera unione e ridimensionare l'area.

Trascina una finestra di selezione da sinistra a destra per selezionare un'area di stitching, quindi spostala o ridimensionala posizionando il mouse in modo da visualizzare il cursore appropriato.

Aggiunta di via di schermatura a una net

La schermatura mediante via viene utilizzata per isolare una net da potenziali interferenze o accoppiamenti con segnali vicini. La distanza tra i via di schermatura deve essere adeguata alla frequenza più elevata da cui proteggersi. È essenziale progettare correttamente la schermatura: una barriera progettata male potrebbe addirittura contribuire ai problemi di EMI se la spaziatura corrisponde alla frequenza di risonanza di un segnale vicino. Questo argomento è approfondito nella sezione Note sulla schermatura mediante via.

Per posizionare una schermatura mediante via attorno a una net sbrogliata, selezionare il comando Tools » Via Stitching/Shielding » Add Shielding to Net dai menu. Verrà visualizzata la finestra di dialogo Add Shielding to Net, in cui configurare Net to Shield e le altre Shielding Parameters, il riferimento Net e Via Style secondo necessità. I via verranno posizionati lungo entrambi i lati delle net scelte, ovunque sia possibile collocare un via conforme alle regole di progettazione applicabili.

I nuovi insiemi di via di schermatura vengono configurati nella finestra di dialogo Add Shielding to Net; gli insiemi esistenti possono poi essere modificati nella finestra di dialogo Via Shielding () o nel pannello Properties ().  I campi di tutte e tre queste interfacce sono descritti di seguito.

Note sulla schermatura mediante via

  • Selezionare prima la Net da schermare, poiché questa scelta influisce sul comportamento delle altre opzioni, ad esempio quando si fa clic sul pulsante Load values from Routing Via Style Rule. Se la net è già selezionata nell'area di progettazione, viene scelta automaticamente quando si apre la finestra di dialogo Add Shielding to Net.

  • I via di schermatura sono identificati da VSHn: Via SHielding, dove il valore numerico n indica che il via appartiene alla stessa unione di via di schermatura degli altri via con lo stesso identificatore numerico.

  • Lo stile di connessione dei via (con sollievo termico o diretto) è definito dal vincolo di progettazione Polygon Connect Style applicabile ai poligoni e dal vincolo di progettazione Plane Connect Style applicabile ai piani di alimentazione.

  • Una volta completato lo stitching, sarà necessario riempire nuovamente tutti i poligoni interessati ai quali si applica una regola di progettazione Polygon Connect Style che specifica una connessione con sollievo termico.

  • Ogni gruppo di via di schermatura viene aggiunto a un'unione; impostare il pannello PCB sulla modalità Unions per esplorare queste unioni ().

  • Per modificare un gruppo di via di schermatura, fare doppio clic su un qualsiasi via del gruppo per aprire la finestra di dialogo Via Shielding  oppure il pannello Properties, se è configurato per aprirsi con un doppio clic (). In alternativa, tracciare un rettangolo di selezione per inclusione (da sinistra a destra) che comprenda uno o più via di schermatura, quindi modificare le impostazioni nel pannello Properties.

  • Il gruppo di via può essere rimosso eseguendo il comando Tools » Via Stitching/Shielding » Remove Via Shielding Group, quindi facendo clic su un qualsiasi via del gruppo.

  • È possibile eseguire una schermatura parziale della net o schermare più net:

    • Se non si desidera schermare l'intera net, selezionare prima i segmenti di pista desiderati, quindi eseguire la schermatura con l'opzione Selected Objects abilitata.

    • Per schermare più net adiacenti, selezionarle nell'area di progettazione, quindi eseguire la schermatura con l'opzione Selected Objects abilitata.

    • Si noti che una coppia differenziale può essere schermata utilizzando la tecnica Selected Objects per più net oppure scegliendo una delle due net della coppia differenziale nel menu a discesa Net to Shield.

  • Utilizzare l'opzione Add shielding copper per aggiungere un poligono che racchiuda i via di schermatura e attivare anche l'opzione Add clearance cutout per ritagliare il poligono in modo che racchiuda soltanto i via. Per ulteriori informazioni su queste opzioni, consultare la sezione Inclusione di rame di schermatura insieme ai via di schermatura riportata di seguito.

Il dimensionamento e il posizionamento dei via di schermatura non sono una scienza esatta, ma esistono linee guida definite sulla base di prove empiriche. 

  • M K Armstrong, nel suo articolo intitolato "Tecniche di progettazione PCB per la conformità EMC al minor costo, Parte 1", raccomanda:

"Eseguire lo stitching a intervalli non superiori a λ/20, con stub di lunghezza non superiore a tale valore. Questa è in realtà un'ottima regola per collegare mediante stitching qualsiasi riempimento di massa al piano di massa in un progetto multistrato. λ è la lunghezza d'onda della frequenza significativa più alta del progetto (se non è nota, assumere una frequenza di 1 GHz), dove:

f = C / λ

NB: C (velocità della luce) sarà circa il 60% della velocità nel vuoto per la radiazione elettromagnetica che si propaga attraverso un PCB con dielettrico FR4."

  • Come indicato nel forum di discussione(5) citato di seguito, per un PCB con un'antenna integrata, "la distanza tra i via dovrebbe essere al massimo pari a 1/4 della lunghezza d'onda di risonanza". 

  • La discussione del forum(5) fa inoltre riferimento a una nota tecnica secondo cui "la regola pratica comune è posizionare i via di stitching a una distanza non superiore a λ/10 e preferibilmente a intervalli di λ/20".

Inclusione di rame di schermatura insieme ai via di schermatura

Oltre ad aggiungere via di schermatura su entrambi i lati del percorso delle piste, è possibile includere anche rame di schermatura, come mostrato nelle immagini seguenti. A tale scopo, abilitare l'opzione Add shielding copper nella finestra di dialogo Via Shielding . Questo rame viene creato come poligono e rispetta quindi le regole di progettazione Clearance e Polygon Connect Style applicabili.

L'opzione Add shielding copper aggiunge un poligono che racchiude i via di schermatura. Il bordo del poligono più lontano dalla net schermata toccherà il bordo dei via. Il bordo del poligono adiacente alla net schermata sarà distanziato dalla net in base alla regola di progettazione Clearance applicabile. Se è abilitata anche l'opzione Add clearance cutout, il poligono sarà invece distanziato dalla net schermata in base all'impostazione Distance nella finestra di dialogo Add Shielding to Net. Passare il cursore sull'immagine seguente per vedere la differenza.

Via di schermatura attorno a una net con l'opzione di ritaglio per la distanza di isolamento abilitata e

via di schermatura attorno a una net con l'opzione di ritaglio per la distanza di isolamento disabilitata.

 

Selezione o modifica dei via di stitching o di schermatura

Per semplificare le operazioni su una matrice di via di stitching/schermatura, entrambi i tipi vengono raggruppati automaticamente in un'unione. Le unioni vengono gestite tramite il pannello PCB.

Selezione tramite il pannello PCB

Per selezionare la matrice, impostare il pannello PCB sulla modalità Unions e selezionare l'unione Via Stitching o Via Shielding desiderata. Tutti i via appartenenti alla matrice verranno selezionati se la casella di controllo Select è abilitata nel pannello (come mostrato nell'immagine seguente). In alternativa, fare doppio clic su un qualsiasi via della matrice per aprire il pannello Properties  e modificare la matrice.

Utilizzare il pannello PCB in modalità Unions per selezionare tutti i via di una matrice di stitching o di schermatura. In questa immagine sono selezionate tutte e quattro le unioni di via di schermatura.
Utilizzare il pannello PCB in modalità Unions per selezionare tutti i via di una matrice di stitching o di schermatura. In questa immagine sono selezionate tutte e quattro le unioni di via di schermatura.

Selezione interattiva di un gruppo di via

Comportamento della selezione:

  • È possibile selezionare ed eliminare un singolo via di stitching/schermatura.

  • Se l'opzione Popup Selection Dialog è abilitata in Preferences (), facendo clic su un singolo via appartenente a un'unione viene visualizzato un elenco che include l'unione, come mostrato nell'immagine sopra. Quando si seleziona un'unione, è possibile eliminare tale unione di via nell'area di lavoro oppure modificarla nel pannello Properties. 

  • Se la finestra di dialogo Popup Selection non è abilitata, facendo clic su un singolo via appartenente a un'unione si ottiene il seguente comportamento:

    • Il primo clic seleziona il singolo via.

    • Il secondo clic e quelli successivi selezionano l'oggetto successivo nell'ordine di selezione utilizzato in presenza di oggetti sovrapposti: ad esempio, componente, poligono, unione di via (se questi oggetti si trovano sotto il cursore).

    • In alternativa, dopo aver selezionato il singolo via con il primo clic, premere la scorciatoia Shift+Tab per richiamare il comando Select Overlapping. Continuare a premere Shift+Tab per scorrere gli oggetti sovrapposti, selezionandoli uno alla volta.

  • Un'unione di stitching vincolata a un'area può essere selezionata tracciando una finestra di selezione per inclusione attorno a qualsiasi via dell'unione (trascinando da sinistra verso destra), come illustrato nell'animazione nella sezione Modifica di un'area di via stitching definita dall'utente di questa pagina.

Modifica di un insieme di via

Una volta selezionato un insieme di via di stitching o schermatura, è possibile modificarne le proprietà nella modalità Via Stitching o Via Shielding del pannello Properties. Fare doppio clic su un via qualsiasi dell'insieme per aprire il pannello.

Un esempio di modifica dei via di stitching nel pannello Properties.Un esempio di modifica dei via di stitching nel pannello Properties.

Dopo aver modificato una proprietà nel pannello e premuto Enter sulla tastiera, il messaggio Changes pending e i relativi pulsanti vengono visualizzati nella parte superiore del pannello: fare clic su Apply per completare la modifica.

Ulteriori letture

  1. Per informazioni su tutti gli aspetti della progettazione PCB, consultare il sito web Printed Circuit Design and Fab Magazine. Il sito è un'ottima risorsa per argomenti tecnici, come il ruolo di una "via fence" (includere le virgolette per migliorare la qualità dei risultati di ricerca).

  2. Articolo di Wikipedia, Barriera di via

  3. Studi sull'accoppiamento tra via nei circuiti stampati multistrato

  4. Un articolo che introduce i principi fondamentali della propagazione delle onde elettromagnetiche all'interno della struttura di un PCB - Buone pratiche nella progettazione dei circuiti stampati

  5. Un forum di discussione in cui è stata posta la domanda Via fences for noise reduction of a chip antenna?

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