Using Internal Power & Split Planes with Your PCB in Altium Designer

電源プレーン

電源プレーンは、通常、PCB全体に電気的に安定したグラウンドまたは電源リファレンスを提供するために使用される特別な無地の銅内層です。

PCBエディタは最大16の内部電源プレーンをサポートしています。これらの層のそれぞれにネットを割り当てることも、1つの電源プレーンを2つ以上の隔離されたエリアに分割して複数のネット間で共有することもできます。パッドとビアの電源プレーンへの接続は、Plane設計ルールによって制御されます。電源プレーンはネガティブで作成されます。電源プレーン層に配置されたオブジェクトは銅の空洞となり、残りの領域は無地の銅となります。

内部プレーンの作成

内部電源プレーンは、Layer Stack Manager（Design » Layer Stack Manager）を通じてPCB設計に追加されます。新しい内部プレーンを追加するには、内部層を作成したい既存の層をハイライトし、右クリックしてコンテキストメニューからInsert layer below » Planeを選択します。新しい内部プレーンがレイヤースタックに追加されます。Layer Stack Managerモードのプロパティパネルを使用して、選択した内部プレーン層のプロパティを定義します。Layer Stack Managerで行われた変更は、PCBエディタで利用可能になるためには保存する必要があります。

プレーンの表示

設計スペースでプレーン層を表示するには、まずView ConfigurationパネルのLayer & Colorsタブで層の表示を有効にする必要があります。

プレーンにネットを割り当てる

ネットはPCBエディタでプレーンに割り当てられます。プレーン層にネットを割り当てるには：

1. 設計スペースでプレーン層をアクティブ層にします（エディタの下部にある層タブをクリックして、その層をアクティブ層にします）。

2. ボード形状のアウトライン内のどこかをダブルクリックします。

3. Split Planeダイアログが開き、Connect to Netリストで必要なネットを選択します。アクティブ層がプレーン層でない場合、ダイアログは開きません。

電源プレーン層を選択した後、その層上のどこかをダブルクリックしてネットを割り当てます。

3D表示モード（ショートカット3）では、すべての内部プレーンオブジェクトの物理的な表現を見ることができます。表示に加えて、シングルレイヤーモードに切り替えて各層を順番にクリックすることで、3Dビューを使用してボードを通過し、内部プレーンの検査を支援することができます。

スプリットプレーン上のサーマルリリーフ接続の3Dビュー。

プレーン層はまた、別々のエリアに分割または分割され、各エリアが異なるネットに割り当てられます。スプリットプレーンの定義についてもっと学びましょう。

プレーン層のプルバック

電源プレーンが追加されると、ボードの端からプレーンを引き戻すためにプルバックトラックのセットが自動的に作成されます。プルバックトラックは、プルバック距離プロパティ（画像を表示）としてLayer Stack Managerで定義されている幅のため、画面上で編集することはできません。内部プレーンのプルバック値が変更されると、これらのトラックは自動的に再生成されます。

ブローアウトセクションの作成

プレーンのセクションを「ブローアウト」する、つまり銅のない領域を作成するには、Placeコマンドを使用して線、円弧、または塗りつぶしを配置し、銅のない領域を構築できます。

プレーン層へのパッドとビアの接続

パッドとビアへの接続は、PCB Rules and Constraints Editorダイアログ（Design » Rules）で設定されたPlaneデザインルールに従って電源プレーンに表示されます。特定の接続要件または非接続要件を持つパッドとビアに対して、追加のルールを作成できます。

サーマルリリーフと直接接続

スルーホールパッドとビアは、直接接続またはサーマルリリーフ接続によって電源プレーンに接続できます。サーマルリリーフ接続は、ボードがはんだ付けされるときに、固定された銅プレーンから接続されたピンを熱的に隔離するために使用されます。PCBエディタの設計ルールでは、電源プレーンに接続する各パッドまたはすべてのパッドのサーマルリリーフ形状を定義できます。

Power Plane Connect Style設計ルールは、コンポーネントピンから電源プレーンへの接続スタイルを指定します。3つの接続オプションが利用可能です

• Relief Connect

• Direct Connect

• No Connect

SMDパワーピンを電源プレーンレイヤーに接続するための特別なサポートも提供されています。電源プレーンに接続されているネットにあるSMDパッドは、適切なプレーンに接続されていると自動的にタグ付けされます。オートルーターは、これらのパッドの物理的な接続を、プレーンレイヤーに対するリリーフまたは直接接続である短いトラックとビアを配置することによって完了します。

電源プレーン上のパッドへのサーマルリリーフ接続。色付きの領域は銅がない領域を示しています。

ネットが電源プレーンに割り当てられると、該当する電源プレーンレイヤー上のネット上の各パッドに小さな十字が表示されます。十字は、リリーフ接続の場合は'+'として、直接接続の場合は'x'として表示されます。直接接続されたパッドはピンに固定された銅を持つため、パッドホールまでプレーンの色が表示されます。

電源プレーンに接続しないパッド

プレーンに接続しないパッドは、銅がない領域によってそれから隔離されます。この銅がない領域は、Power Plane Clearance設計ルールでパッドホールの周りの放射状拡張として指定されます。

電源プレーンへのビアの接続

パッドと同様に、ビアは同じネット名の内部電源プレーンレイヤーに自動的に接続します。ビアは適用されるPower Plane Connect Style設計ルールに従って接続されます。電源プレーンにビアを接続したくない場合は、接続スタイルがNo ConnectでスコープクエリがIsViaのPower Plane Connect Style設計ルールを追加してください。

製造上の考慮事項

任意のサーマルリリーフ接続に適した寸法特性については、製造業者に確認してください。また、接続されているパッドを完全に囲むようなパッドやビアが、偶然にも接続されたパッドが隔離されて切断される原因とならないようにプレーンからのパッドとビアの切断

電源プレーンに接続するかどうかをさらに制限するために、Power Plane Connect Style設計ルール内のクエリを使用できます。パッドは、指定子の名前や物理的特性（例えば、パッドのサイズ）によって対象とされます。ビアには指定子がないため、ビアの直径などの物理的特性によって対象とされなければなりません。

電源プレーンに接続しない特定のパッドとビアの範囲指定

例えば、U7で始まる特定の指定子名を持つパッドのみを切断する場合、(ObjectKind = 'Pad') および (Name Like 'U7-*') クエリを使用してPower Plane Connect Style設計ルールの範囲を設定できます。接続スタイルは No Connectに設定されます。別のクエリ、(ObjectKind = 'Pad') および (HoleSize = 25) は、穴のサイズが25ミルのパッドのみを対象とします。

接続したくないビアを扱う場合、ビアに特別なプロパティを追加してそれらを一意に識別することができます。例えば、異なるビアの直径を設定し、新しいPower Plane Connect Style設計ルールを範囲指定し、No Connect接続スタイルでそれらのビアのみに一致させます。クエリ (ObjectKind = 'Via') および (ViaDiameter = '24') は、例えば、直径が24ミルのビアを対象とするために使用できます。クエリ InNet('VCC') および IsVia は、ネットVCCに接続されているビアのみを対象とするために使用できます。

上記の方法でビアを選択できない場合は、それらをフリーパッドに変換してから、パッド名を使用して範囲を設定できます。これを行うには、接続したくないビアを選択し、フリーパッドに変換します（Tools » Convert » Convert Selected Vias to Free Pads）し、それら全てに同じ指定子名を割り当てます。例えば、NoPlaneConnect。次に、新しいPower Plane Connect Style設計ルールを追加し、ルールの範囲（ObjectKind = 'Pad'）および（Name = 'Free‑NoPlaneConnect'）を指定します。また、No ConnectをConnect Styleとして選択します。NoPlaneConnectと名付けられた全てのフリーパッドは、全ての電源プレーン層から切断されます。

内部プレーンの削除

内部プレーンを削除するには、Layer Stack Managerー内のレイヤーを右クリックし、コンテキストメニューからDelete layerを選択します。レイヤーの削除によりレイヤー上の全てのプリミティブが削除されることを警告する確認ダイアログが表示されます。Yesをクリックして確認します。

分割プレーン

分割プレーンは、内部プレーン上の囲まれた領域で、プレーンを電気的に隔離された複数のエリアに分割します。各領域は、そのネット上の全てのピンを包含するように境界線を配置して定義されます。次に、各エリアに異なるネットが割り当てられ、一つの内部電源プレーン層上に二つ以上の分割プレーンが作成されます。

電源プレーンは任意の数の別々の領域に分割できます。この分割プロセスは、プレーンをセクションに切り分けるようなもので、配置する線の幅が分離距離を定義します。電源プレーンはネガティブで構築されるため、これらの特別な境界線は銅のないストリップとなり、このネットと隣接するネット（複数可）との間の分離を作り出します。

内部プレーン上の分割プレーン

通常、最も多くのパッドを持つネットが最初に内部プレーンに割り当てられ、次にこのプレーンを介して接続したい他のネットのために領域が定義（分割）されます。分割プレーン領域に含まれないパッドは、信号層上で接続されなければならないことを示す接続線が表示され続けます。

分割プレーンエリアの調査

内部プレーンとその内容を選択して、Split Plane Editorモードで表示することもできます。これは、PCBパネルの上部にあるドロップダウンメニューから選択できます。

ハイライトオプションを設定し、分割エリアと接続されたパッドおよびビアをハイライトするためにシングルクリックします。

パネルの上部にあるハイライトオプション（選択、ズームなど）を設定することで、アクティブレイヤーを関心のあるプレーンレイヤーに設定した後、Net Nameをシングルクリックすることで、分割プレーンエリアとそれに接続するパッドやビアを特定できます（プルバック/分割プレーントラック内の全エリアがハイライト表示されます）。パネル内のNet Nameをダブルクリックすると、分割プレーンダイアログが開き、その分割プレーンに割り当てられたネットを変更できます。

設計で複数の分割プレーンを使用する

分割内の分割（ネストされた分割またはアイランド）がサポートされているため、内側の分割の周りに外側の分割を配置する必要はありません。分割プレーンをさらに分割したい場合は、既存の分割プレーン内の電源プレーンレイヤー上にオブジェクトを追加し続けることで、他の電気的に分離された領域を作成できます。

分割プレーンを定義する際の表示のヒント

電源プレーンで分割エリアを定義するとき、分割エリアが包含する必要があるすべてのパッドを見るのが難しいことがあります。分割プレーンに接続したいネットのパッドをより見やすくするために、開始する前に以下の技術が推奨されます。

• メインメニューからTools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer / Rebuild Split Planes on All Layersを選択して、内部プレーンを再計算し再描画します。

• 3Dモード（ショートカット 3）を使用して、空隙領域やサーマルリリーフ接続を含むプレーンの物理的表現を表示します。3Dでボードを移動しやすくするために、ボードの厚さを拡大してレイヤー間の垂直距離を増やします。Board thickness (Scale)コントロールは、View ConfigurationパネルのView Optionsタブの3D Settings領域にあります。

• 使用している電源プレーンと、必要な最小限のレイヤー（例：キープアウトレイヤー、マルチレイヤー、必要な機械レイヤー）のみを表示します。表示設定 パネルで他のレイヤーを無効にします。

• すべての接続線を隠す（View » Connections » Hide All）。場合によっては、分割プレーンを作成したい個々のネットを表示すると便利なことがあります（View » Connections » Show Net）。

• 分割プレーン上の各ネットの色属性を、NetsをPCBパネルで選択し、ネット名をダブルクリックしてEdit Netダイアログを開くことで異なる色に設定します。

• ネットに関連するすべてのパッドを表示するには、PCBパネルの内部プレーンでそのネットをクリックして、他のすべてのパッドをマスクアウトします。

• 内部電源プレーンに最も多くのパッドを持つネットを割り当て、InNet('A')やInNet('B')などのクエリをPCB Listパネルで使用してネットを表示し、新しい分割プレーンに含めるパッドを区別します（例：サーマルリリーフあり/なし）。

• 内部プレーン上のオブジェクトとプリミティブのみを表示するには、OnPlane クエリをPCBフィルターパネルで使用します。

分割プレーンの定義

Altium Designerでは、内部電源プレーンを横切るライン、円弧、トラック、およびフィルの任意の構成を配置して、分割プレーンを定義できます。これらによって平面の一部が他の部分から分離されるとすぐに、新しい分割平面が作成されます。その後、ネットが新しい分割平面に関連付けられます。分割平面を定義する最も簡単な方法は、Place » Lineコマンドを使用してから、分割平面の境界をパワープレーン上に描画することです。

Place » Lineコマンドを使用して分割平面を作成します。

これにより、アートワークに線が作成され、銅を残さずにプレーンを分割します。線幅が分離幅になります。線の配置モードを終了するために右クリックすると、プレーンが分析され、独立した分割領域が作成されます。線の配置中に分割プレーンと内部電源プレーンの間の分離幅を変更するには、Tabを押してLine Constraintsダイアログを開き、Line Widthの値を変更します。

電源プレーンを2つの分割プレーンに分割するには、ボードを横切ってプルバックトラックからプルバックトラックまで直線を引きます。線がプルバックトラックに接続している限り、隔離された領域を形成し、したがって分割プレーンを識別するポリゴンタイプのオブジェクトを作成します。線が接続していることを確認してください。線が接続すると、カーソルは大きな円の中の十字に変わります。

線、アーク、塗りつぶしを使用して、通常とは異なる形状の分割プレーンを定義するための閉じた形状を作成することができます。また、内部層にある既存の線、アーク、塗りつぶし、またはトラックを境界の一部として使用することもできます。それらが閉じた領域を形成する限り、分割プレーンが形成されます。

アーク、塗りつぶし、トラックの使用

プレーンを分割するためにアークを使用する場合は、アークセグメントの間に短いトラックセグメントを配置することをお勧めします。塗りつぶし(Place » Fill)を使用しても分割プレーンは作成されず、空白領域のみが作成されることに注意してください。例えば、線の代わりに塗りつぶしを配置することで、分割プレーンの外側のエッジを作成することができます。

Place » Interactive Routingコマンドを使用して線の代わりにトラックを配置する場合は、トラックがNo Netに設定されていること、そして分割プレーンが適切なネット名に関連付けられていることを確認してください。

分割プレーンにネットを割り当てる

各分割領域が正しく定義されているかを確認するには、分割領域を一度クリックします。閉じた領域であれば、その領域のみがハイライト表示されます。

分割プレーンがハイライト表示されます。

領域がハイライト表示された場合、その領域をダブルクリックしてSplit Planeダイアログを開き、ネット割り当てを確認または設定します。ダイアログのドロップダウンリストから分割プレーンのネット名を選択します。このリストには、設計に現在ロードされているすべてのネットが含まれます。

分割プレーンの接続を更新する

設計空間内でオブジェクトを移動または配置した後、分割プレーンの形状が変更されることがありますが、表示は自動的に更新されません。Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current LayerまたはRebuild Split Planes on All Layersを選択して、プレーンを再計算し、再描画します。

プレーンレイヤーにトラックを配置する

プレーンレイヤーはネガティブで構築されているため、電源プレーンレイヤーに配置されたトラックは銅の空洞を作成し、したがって接続は行われません。このため、プレーンレイヤー上でネットをルーティングするために単一のトラックを使用することはできません。電源プレーンレイヤー上でネットをルーティングしたい場合は、使用したいトラックのサイズと同じ非常に薄い銅の島を作成する必要があります。エリアの周りに線の境界を作成することで（Place » Line）、それから必要なネットに割り当てることができる分割プレーンを作成します。

代替案として、プレーンと同じレイヤー上に多数の接続をルーティングする必要がある場合は、接続をルーティングするために信号レイヤーを使用し、その後、銅の注ぎ込み（ポリゴンプレーン）を使用して電源プレーンを作成する方が効率的かもしれません。

分割プレーンのレビューと編集

 PCB パネルのSplit Plane Editorモードは、現在のPCB設計の分割プレーンを簡単に表示し、管理することを可能にします。このパネルのモードは3つの領域に分かれています：

• Layers - この領域は、設計で現在定義されているすべての内部プレーンレイヤーと、レイヤーごとに存在する分割プレーンの数を表示します。

• Split Planes - この領域は、Layers領域から選択されたエントリに含まれる分割プレーンで満たされます。

• Pads/Vias On Split Plane - この領域は、Split Planes領域のパネルから選択されたエントリのパッドとビアで構成されます。

レイヤー領域

パネルのLayers領域には、デザインに現在定義されているすべての内部平面レイヤーが表示されます。領域内では、Split Count列に、対応する平面レイヤーに存在する分割平面の数が表示されます。分割カウントが「1」の場合、レイヤーは分割されておらず、レイヤー自体は 1 つの分割と見なされます。

分割プレーン領域

Layers領域でエントリを選択すると、そのプレーンレイヤー上のすべての分割プレーンとそれらに割り当てられたネットがSplit Planes領域のパネルに読み込まれます。

各エントリには、Node Countが表示されます。この値は、その分割プレーン領域に接続されているパッドとビアの総数を反映しています。

分割プレーンを持つネットをダブルクリックする（または右クリックしてコンテキストメニューからPropertiesを選択する）と、分割プレーンが割り当てられているネットを変更するために使用できる分割プレーンダイアログが開きます。

分割プレーン領域のパッド/ビア

パネルのSplit Planes領域でパッドまたはビアを右クリックし、コンテキストメニューからPropertiesを選択すると、そのプリミティブに関連するプロパティパネルが開きます。

分割プレーンの削除

プレーン上の領域が隔離されると分割が形成されるため、分割境界を形成するオブジェクトを削除すると、その分割が削除されます。したがって、分割プレーンを削除するには、分割プレーンのアウトラインを作成する線やその他のプリミティブなど、境界プリミティブを削除します。プルバックトラックは、レイヤースタックから内部プレーンを削除することによってのみ削除できることに注意してください。

分割プレーンの設計ルールチェック

バッチ設計ルールチェック（DRC）中に以下のルールについて分割プレーンをチェックおよび報告することができます：

• 断線したプレーン
• デッドコッパー領域
• スターブした熱接続。

これらのオプションは、Design Ruler CheckerダイアログのDRC Report Optionsで利用可能で、メインメニューからTools » Design Rule Checkを選択してアクセスします。バッチDRC中にこれらがチェックされ報告されるように、希望するオプションを有効にします。

レポートが作成されると、これらのルールの違反がレポートに表示されます。レポート内をクリックすると、関連するエラーがPCBエディタに表示されます。

断線したプレーン

断線したプレーンは、ネットに接続性を持つプレーンの領域が残りのプレーンから電気的に切断された場合に発生します。これが発生する例としては、分割プレーンに接続されていないコネクタが分割プレーンをまたいで配置され、ピンの周りの空隙が完全にプレーン銅を切断して2つの部分に分割する場合があります。

DRCエラーを示す断線したプレーン（明るい緑色）。

デッドコッパー

デッドコッパーは、ネットに接続性がなく、元のプレーンからも電気的に切断された銅のセクションを指します。これが発生する例としては、プレーンに接続されていないコネクタ（ピンが密接に配置されている）で、ピンの周りの空隙が結合してプレーン銅の領域を残りのプレーンから隔離する場合があります。

DRCエラーを示すデッドコッパー領域（明るい緑色）。

スターブした熱接続

サーマルは、平面銅への熱伝導率を減らすために、その周囲にサーマルリリーフの「切り欠き」がある平面への接続です。サーマルは、それを平面に接続する銅スポークの表面積がボイドエリアによって減少すると、「欠乏」になる可能性があります。このルールは、サーマル(スポークだけでなく)の表面積を、サーマルに侵入するボイド領域に対してもチェックします。

DRCエラー(明るい緑色)を示す欠乏状態の熱接続。

詳細は、デザインの制約 - デザインルールを参照してください。

分割プレーンに関する注意事項

• 分割平面の DRC チェックはバッチ モードのみです。

• エラーマーカーを削除するには、Batch DRCを再度実行するか、メインメニューからTools » Reset Error Markersを選択する必要があります。

• 編集後に内部平面を再計算して再描画するには、メインメニューからTools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer/Rebuild Split Planes on All Layersを選択します。

• 破損したプレーンやデッドコッパーチェックでは、Un-Routed Netルール (Electricalカテゴリ) をBatch対応にする必要があります。