Aggiunta di Via Stitching e Via Shielding

Il via stitching è una tecnica utilizzata per collegare tra loro aree di rame più estese su layer differenti, creando di fatto una robusta connessione verticale attraverso la struttura della scheda, contribuendo a mantenere una bassa impedenza e percorsi di ritorno corti. Il via stitching può anche essere usato per ricollegare alla propria net aree di rame che altrimenti potrebbero risultare isolate.

Il via shielding ha una funzione diversa: nei progetti RF viene usato per contribuire a ridurre la diafonia e l'interferenza elettromagnetica in una traccia che trasporta un segnale RF.  Uno schermo di via, noto anche come via fence o picket fence, viene creato posizionando una o più file di via lungo il percorso della traccia del segnale. In Altium Designer, questo è indicato come via shielding.

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

 
 
 
 
 

Il via stitching aiuta a creare robuste connessioni verticali attraverso la scheda, contribuendo a mantenere le impedenze e ad accorciare i percorsi di ritorno.

Il via shielding viene usato per creare una "recinzione" che protegge la net dalla diafonia e dall'interferenza elettromagnetica.

 

Aggiunta di via di stitching

Il via stitching viene eseguito come post-processo, riempiendo le aree libere di rame con via di stitching. Affinché il via stitching sia possibile, devono esserci regioni sovrapposte di rame collegate alla net specificata, su layer differenti. Le regioni di rame supportate includono: Fills, Solid RegionsPolygons 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, nella quale vengono specificati NetStitching ParametersVia Style. Quando si fa clic sul pulsante OK, l'algoritmo di stitching identifica tutti i fill, le solid region, i polygon e i power plane collegati alla net selezionata e tenta di connetterli attraverso la scheda, utilizzando il via e il pattern di stitching specificati.  

I nuovi insiemi di via di stitching vengono configurati nella finestra di dialogo Add Stitching to Net, mentre gli insiemi di via esistenti vengono modificati nella finestra di dialogo Via Stitching () o nel pannello Properties (). I campi di tutte e tre queste interfacce sono descritti di seguito.

Note sul via stitching

  • Selezionare innanzitutto la Net da usare per lo stitching, poiché ciò influisce sul comportamento di altre opzioni, come il clic sul pulsante Load values from Routing Via Style Rule. Se la net è già selezionata nell'area di lavoro, quella net viene scelta automaticamente quando si apre la finestra di dialogo Add Stitching to Net.

  • I via di shielding sono identificati da VSnVia Stitching, dove il valore numerico n identifica questo via come appartenente alla stessa union di via stitching di altri via con lo stesso identificatore numerico.

  • Lo stile di connessione del via (relief o diretto) è: definito dal vincolo di progettazione Polygon Connect Style applicabile per i polygon, dal vincolo di progettazione Plane Connect Style applicabile per i power plane, con connessioni dirette per solid region e fill.

  • Una volta completato lo stitching, sarà necessario rieseguire il pour di tutti i polygon interessati nei punti in cui i via si connettono usando uno stile di connessione relief.

  • Ogni insieme di via di stitching viene aggiunto a una union; impostare il pannello PCB in modalità Unions per esplorare queste union ().

  • Per modificare un insieme di via di stitching, fare doppio clic su qualsiasi via dell'insieme per aprire la finestra di dialogo Via Stitching, oppure il pannello Properties se è configurato per aprirsi con il doppio clic (). In alternativa, trascinare un rettangolo di selezione interna (da sinistra a destra) che includa uno o più via di stitching, quindi modificare le impostazioni nel pannello Properties.

  • L'insieme di via può essere rimosso eseguendo il comando Tools » Via Stitching » Remove Via Stitching Group e quindi facendo clic su qualsiasi via del gruppo. 

  • L'algoritmo di via stitching tratta polygon, fill, solid region e power plane nel seguente modo:

    1. I polygon, le region e i fill che si trovano sulla stessa net vengono collegati tramite stitching ovunque si sovrappongano su layer differenti. Se in quell'area sono presenti polygon, region o fill su altre net che si sovrappongono (su un altro layer), lo stitching non viene applicato in quella regione. Le regioni di plane sovrapposte su altre net vengono attraversate.

    2. Le regioni di plane sovrapposte sulla net di destinazione vengono sempre collegate tramite stitching, indipendentemente dalla presenza di regioni di plane (su un altro layer) collegate ad altre net. La regola 1 sopra si applica se sono presenti polygon, region o fill sovrapposti nella stessa regione.

      To summarize these two rules - sugli altri layer, i plane layer di altre net vengono sempre forati dai via di stitching, mentre polygon, region o fill di altre net no. Se il progetto include polygon di altre net all'interno di un'area che richiede via di stitching, mettere temporaneamente da parte tali polygon, definire i via di stitching, quindi ripristinare e rieseguire il pour dei polygon. Per saperne di più su shelving and re-pouring polygons

Modifica dell'area di via stitching

L'insieme di via in ciascuna area univoca di via stitching viene raggruppato in una union. L'intera union può essere spostata e l'area può anche essere ridimensionata.

Trascinare una finestra di selezione da sinistra a destra per selezionare un'area di stitching, quindi spostarla o ridimensionarla posizionando il mouse fino a ottenere il cursore corretto.

Aggiunta di via di shielding a una net

Il via shielding viene usato per isolare una net da possibili interferenze o accoppiamenti provenienti da segnali vicini. I via di shielding devono essere spaziati in modo adeguato alla frequenza più alta da cui ci si vuole proteggere. Una corretta progettazione dello schermo è essenziale; una recinzione progettata male potrebbe in realtà contribuire a problemi EMI se la spaziatura corrisponde alla frequenza di risonanza di un segnale vicino. Questo aspetto viene trattato più in dettaglio nella sezione Note sul via shielding.

Per posizionare uno schermo di via attorno a una net instradata, selezionare il comando Tools » Via Stitching/Shielding » Add Shielding to Net dai menu. Verrà visualizzata la finestra di dialogo Add Shielding to Net, nella quale si configurano Net to Shield e altri Shielding Parameters, la Net di riferimento e il parametro Via Style secondo necessità. I via verranno posizionati lungo entrambi i lati della/e net selezionata/e, ovunque sia possibile posizionare un via conforme alle regole di progettazione applicabili.

I nuovi insiemi di via di shielding vengono configurati nella finestra di dialogo Add Shielding to Net, mentre gli insiemi di via esistenti vengono 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 con via

  • Seleziona prima il Net da schermare, poiché questo influenza il comportamento di altre opzioni, come il clic sul pulsante Load values from Routing Via Style Rule. Se la net è già selezionata nell'area di progettazione, quella net viene scelta automaticamente quando apri la finestra di dialogo Add Shielding to Net .

  • I via di schermatura sono identificati da VSHnVia SHielding, dove il valore numerico n identifica questo via come appartenente alla stessa union di schermatura via di altri via con lo stesso identificatore numerico.

  • Lo stile di connessione del via (relief o diretta) è: definito dal vincolo di progettazione Polygon Connect Style applicabile per i poligoni e dal vincolo di progettazione Plane Connect Style applicabile per i power plane.

  • Una volta completato lo stitching, dovrai rieseguire il pour di tutti i poligoni interessati che hanno una regola di progettazione Polygon Connect Style applicabile che specifica uno stile di connessione relief.

  • Ogni insieme di via di schermatura viene aggiunto a una union; imposta il pannello PCB in modalità Unions per esplorare queste union ().

  • Per modificare un insieme di via di schermatura, fai doppio clic su qualsiasi via dell'insieme per aprire la finestra di dialogo Via Shielding , oppure il pannello Properties se è configurato per aprirsi con doppio clic (). In alternativa, trascina un riquadro di selezione interna (da sinistra a destra) che includa uno o più via di schermatura, quindi modifica le impostazioni nel pannello Properties.

  • L'insieme di via può essere rimosso eseguendo il comando Tools » Via Stitching/Shielding » Remove Via Shielding Group e quindi facendo clic su qualsiasi via del gruppo.

  • Puoi eseguire una schermatura parziale della net o una schermatura multi-net:

    • Se non vuoi schermare l'intera net, seleziona prima i segmenti di traccia richiesti, quindi applica la schermatura con l'opzione Selected Objects abilitata.

    • Per schermare più net adiacenti, seleziona le net nell'area di progettazione e quindi applica la schermatura con l'opzione Selected Objects abilitata.

    • Tieni presente che una coppia differenziale può essere schermata usando la tecnica multi-net Selected Objects oppure scegliendo una delle due net della coppia differenziale nell'elenco a discesa Net to Shield.

  • Usa l'opzione Add shielding copper per aggiungere un poligono che racchiuda i via di schermatura; includi l'opzione Add clearance cutout per ritagliare il poligono in modo che racchiuda solo i via. Leggi l'argomento Including Shielding Copper with the Shielding Vias qui sotto per saperne di più su queste opzioni.

La dimensione e il posizionamento dei via di schermatura non sono una scienza esatta, ma esistono linee guida definite sulla base di test empirici. 

  • M K Armstrong, nel suo articolo intitolato "PCB design techniques for lowest-cost EMC compliance Part 1" raccomanda:

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

f = C / λ

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

  • Come osservato nella discussione del forum(5) citata più sotto, per un PCB con antenna integrata, "la distanza tra i via dovrebbe essere al massimo 1/4 della lunghezza d'onda di risonanza". 

  • La discussione del forum(5) fa riferimento anche a una nota tecnica, secondo cui "la regola pratica comune è posizionare gli stitch via a una distanza non superiore a λ/10 e preferibilmente con una frequenza fino a λ/20."

Inclusione di rame di schermatura con i via di schermatura

Oltre ad aggiungere via di schermatura lungo ciascun lato del routing, puoi anche includere rame di schermatura, come mostrato nelle immagini qui sotto. Per farlo, abilita l'opzione Add shielding copper nella finestra di dialogo Via Shielding . Questo rame viene creato come poligono, quindi rispetta le regole di progettazione Clearance e Polygon Connect Style applicabili.

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

Via di schermatura attorno a una net con l'opzione di ritaglio clearance abilitata, e

via di schermatura attorno a una net con l'opzione di ritaglio clearance disabilitata.

 

Selezione o modifica di via di stitching o di schermatura

Per semplificare il processo di lavoro con un array di via di stitching/schermatura, entrambi i tipi vengono automaticamente raggruppati in una union. Le union sono gestite tramite il pannello PCB.

Selezione tramite il pannello PCB

Per selezionare l'array, imposta il pannello PCB in modalità Unions e seleziona la Via Stitching o Via Shielding union richiesta. Tutti i via che fanno parte di quell'array verranno selezionati se la casella di controllo Select è abilitata nel pannello (come mostrato nell'immagine qui sotto). In alternativa, fai doppio clic su qualsiasi via dell'array per aprire il pannello Properties  e modificare l'array.

Usa il pannello PCB in modalità Unions per selezionare tutti i via in un array di stitching o schermatura. In questa immagine sono selezionate tutte e quattro le union di via shielding.
Usa il pannello PCB in modalità Unions per selezionare tutti i via in un array di stitching o schermatura. In questa immagine sono selezionate tutte e quattro le union di via shielding.

Selezione interattiva di un insieme di via

Comportamento della selezione:

  • Un singolo via di stitching/schermatura può essere selezionato ed eliminato.

  • Se l'opzione Popup Selection Dialog è abilitata nella finestra Preferences (), facendo clic su un singolo via che appartiene a una union verrà visualizzato un elenco che include la union, come mostrato nell'immagine sopra. Quando viene selezionata una union, quell'union di via può essere eliminata nell'area di lavoro oppure modificata nel pannello Properties

  • Se la finestra di dialogo Popup Selection non è abilitata, facendo clic su un singolo via che appartiene a una union si comporterà nel modo seguente:

    • Il primo clic selezionerà il singolo via.

    • Il secondo clic e i successivi selezioneranno l'oggetto successivo nell'ordine di selezione usato quando sono presenti oggetti sovrapposti: ad esempio componente, poligono, via union (se tali oggetti si trovano sotto il cursore).

    • In alternativa, dopo che il primo clic seleziona il singolo via, premi la scorciatoia Shift+Tab per richiamare il comando Select Overlapping. Continua a premere Shift+Tab per scorrere tra gli oggetti sovrapposti, selezionandoli a turno.

     

  • Una stitching union vincolata a un'area può essere selezionata trascinando una finestra di selezione interna attorno a qualsiasi via della union (trascina da sinistra a destra), come mostrato nell'animazione nella sezione Modifying a User-Defined Via Stitching Area di questa pagina.

Modifica di un insieme di via

Le proprietà di un insieme di via di stitching o schermatura possono essere modificate, una volta selezionato, nella modalità Via Stitching o Via Shielding del pannello Properties. Fai doppio clic su qualsiasi via dell'insieme per aprire il pannello.

Un esempio di modifica eseguita sui via di stitching nel pannello Properties.Un esempio di modifica eseguita sui via di stitching nel pannello Properties.

Dopo aver modificato una proprietà nel pannello e premuto Enter sulla tastiera, il messaggio Changes pending e i pulsanti appaiono nella parte superiore del pannello: fai clic su Apply per completare l'azione di modifica.

Approfondimenti

  1. Per informazioni su tutti gli aspetti della progettazione PCB, fare riferimento al sito web Printed Circuit Design and Fab Magazine. Il sito è un'eccellente 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, Via Fence

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

  4. Un documento che introduce i principi di base della propagazione delle onde EM all'interno di una struttura PCB - Best practice nella progettazione di circuit board

  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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