Dodawanie połączeń przelotowych i ekranowania przelotowego

Przelotki szyjące to technika stosowana do łączenia większych obszarów miedzi na różnych warstwach, tworząca w praktyce silne pionowe połączenie przez strukturę płytki, co pomaga utrzymać niską impedancję i krótkie pętle powrotne. Przelotki szyjące mogą być również używane do połączenia obszarów miedzi, które w przeciwnym razie byłyby odizolowane, z powrotem z ich siecią.

Ekranowanie przelotkami pełni inną funkcję — w projektach RF służy do ograniczania przesłuchów i zakłóceń elektromagnetycznych na ścieżce przenoszącej sygnał RF. Ekran z przelotek, znany także jako płot z przelotek lub ogrodzenie z przelotek, tworzy się przez umieszczenie jednego lub kilku rzędów przelotek wzdłuż trasy sygnału. W Altium Designer jest to określane jako via shielding.

Altium Designer obsługuje zarówno via stitching, jak i via shielding. Ponieważ proces dodawania przelotek szyjących lub ekranujących jest podobny, ta strona omawia oba zagadnienia.

Dodawanie przelotek szyjących

Via stitching jest wykonywane jako proces końcowy, wypełniający wolne obszary miedzi przelotkami szyjącymi. Aby via stitching było możliwe, muszą istnieć nakładające się obszary miedzi przypisane do wskazanej sieci na różnych warstwach. Obsługiwane obszary miedzi obejmują: Fills, Solid Regions, Polygons i Power Planes.

Aby dodać przelotki szyjące do sieci, wybierz polecenie Tools » Via Stitching/Shielding » Add Stitching to Net z menu. Otworzy się okno dialogowe Add Stitching to Net, w którym określa się Net, Stitching Parameters oraz Via Style. Po kliknięciu przycisku OK algorytm stitching identyfikuje wszystkie wypełnienia, pełne obszary, polygony i płaszczyzny zasilania przypisane do wybranej sieci i próbuje połączyć je przez płytkę, używając określonej przelotki i wzorca stitching.  

Via Style

Właściwości przelotek szyjących są wyświetlane w obszarze Via Style okna dialogowego. Właściwości te można definiować:

• na podstawie nowych ustawień wprowadzonych do okna dialogowego lub

• na podstawie ustawień wybranego Via Template, lub

• na podstawie ustawień zdefiniowanych w odpowiedniej regule Routing Via Style design rule, jeśli umieszczasz nowy zestaw przelotek szyjących.

Styl przelotki (  )
Diameters (Simple/TMB/Full)	Edytor PCB obsługuje 3 typy średnic przelotek w płaszczyźnie X-Y: Simple, Top-Middle-Bottom lub Full Stack. Kliknij, aby wybrać strukturę przelotki wymaganą dla przelotek szyjących. Dowiedz się więcej o Via Stack.
Hole Size	Określa wartość średnicy otworu dla przelotek szyjących.
Tolerance	Ustawienie atrybutów tolerancji otworu może pomóc w określeniu pasowań i granic dla płytki. Określ minimalną (-) i maksymalną (+) tolerancję otworu dla przelotek szyjących.
Diameter	Średnica przelotek szyjących w płaszczyźnie X-Y.
Thermal Relief (okno Via Stitching i panel Properties)	Zaznacz pole wyboru, aby umożliwić zdefiniowanie lokalnych ustawień stylu połączenia polygonu dla wszystkich przelotek w zestawie, a następnie kliknij połączone słowo kluczowe, aby skonfigurować ustawienia w oknie dialogowym Edit Polygon Connect Style (). Oprócz zastosowania ustawień w oknie dialogowym/panelu należy również ponownie wylać wszystkie objęte zmiany polygony, z którymi przelotki łączą się połączeniem typu relief.
Load Values from Routing Via Style Rule (okno Add Stitching to Net)	Po kliknięciu tego przycisku właściwości przelotki z odpowiedniej reguły Routing Via Style zostaną zastosowane tutaj, w oknie dialogowym Add Stitching to Net. Dowiedz się więcej o regule projektowej Routing Via Style.
Via Template	Po wybraniu szablonu przelotki z tej listy rozwijanej właściwości przelotki z tego szablonu zostaną zastosowane tutaj, w oknie dialogowym Add Stitching to Net. Po wybraniu szablonu pole Library wyświetla bibliotekę, z którą powiązany jest szablon przelotki, i zawiera opcję Unlink szablonu z tej biblioteki. Dowiedz się więcej o pracy z szablonami Pad Via.
Properties – Net	Sieć, z którą mają zostać połączone przelotki szyjące. Styl połączenia przelotki (relief lub direct) jest określany przez obiekt, z którym przelotka jest połączona, oraz przez obowiązujące reguły projektowe. Więcej na ten temat w sekcji Uwagi.
Properties – Drill Pair / Via Type	Warstwy początkowa i końcowa, przez które przelotki szyjące przechodzą w osi Z, można skonfigurować zgodnie z wymaganiami (ten zakres jest określany jako drill pair). Dozwolony zakres przelotek w osi Z jest konfigurowany na karcie Via Types okna Layer Stack Manager (); tylko zakresy zdefiniowane tam będą widoczne na liście rozwijanej Drill Pair. Kliknij przycisk Via Types, aby otworzyć Layer Stack Manager, gdzie można skonfigurować typy przelotek dostępne dla aktywnego stosu warstw. Dowiedz się więcej o typach przelotek.
Properties – Locked (okno Add Stitching to Net)	Jeśli opcja jest włączona, wszystkie przelotki w tym zestawie przelotek szyjących mają aktywny atrybut Locked.
Solder Mask Expansion	Rozszerzenie maski lutowniczej (lub tenting) może być oparte albo na odpowiedniej regule projektowej Solder Mask, albo na wartości rozszerzenia określonej tutaj, w oknie dialogowym (która może zostać nadpisana przez zakrycie przelotki). Wybrana opcja jest stosowana do wszystkich przelotek w tym zestawie przelotek szyjących.

Uwagi dotyczące Via Stitching

• Najpierw wybierz Net, która ma zostać użyta do stitching, ponieważ wpływa to na działanie innych opcji, takich jak kliknięcie przycisku Load values from Routing Via Style Rule. Jeśli sieć jest już wybrana w przestrzeni projektowej, ta sieć zostanie automatycznie wybrana po otwarciu okna dialogowego Add Stitching to Net.

• Via ekranujące są identyfikowane przez VSn: Via Stitching, gdzie wartość liczbowa n wskazuje, że ten przelot należy do tej samej unii via stitching co inne przeloty o tym samym identyfikatorze liczbowym.

• Styl połączenia przelotu (termiczne lub bezpośrednie) jest: określany przez odpowiednie ograniczenie projektowe Polygon Connect Style dla poligonów oraz odpowiednie ograniczenie projektowe Plane Connect Style dla płaszczyzn zasilania, przy czym dla pełnych regionów i wypełnień stosowane są połączenia bezpośrednie.

• Po zakończeniu stitching należy ponownie wylać wszystkie poligony, których to dotyczy, w miejscach, gdzie przeloty łączą się przy użyciu stylu połączenia termicznego.

• Każdy zestaw przelotów stitching jest dodawany do unii; ustaw panel PCB na tryb Unions, aby przeglądać te unie ( ).

• Aby edytować zestaw przelotów stitching, kliknij dwukrotnie dowolny przelot w zestawie, aby otworzyć okno dialogowe Via Stitching lub panel Properties, jeśli jest skonfigurowany do otwierania po dwukliku ( ). Alternatywnie przeciągnij prostokąt zaznaczenia wewnętrznego (od lewej do prawej), obejmujący jeden lub więcej przelotów stitching, a następnie edytuj ustawienia w panelu Properties.

• Zestaw przelotów można usunąć, uruchamiając polecenie Tools » Via Stitching » Remove Via Stitching Group, a następnie klikając dowolny przelot w grupie. 

• Algorytm via stitching traktuje poligony, wypełnienia, pełne regiony i płaszczyzny zasilania w następujący sposób:

  1. Poligony, regiony i wypełnienia należące do tej samej sieci są łączone stitchingiem wszędzie tam, gdzie nakładają się na różnych warstwach. Jeśli w tym obszarze nakładają się poligony, regiony lub wypełnienia innych sieci (na innej warstwie), stitching nie jest stosowany w tym regionie. Nakładające się obszary płaszczyzn innych sieci są przebijane.

  2. Nakładające się obszary płaszczyzn sieci docelowej są zawsze łączone stitchingiem, niezależnie od obecności obszarów płaszczyzn (na innej warstwie) przypisanych do innych sieci. Powyższa zasada 1 ma zastosowanie, jeśli w tym samym regionie nakładają się poligony, regiony lub wypełnienia.

     To summarize these two rules - na innych warstwach warstwy płaszczyzn innych sieci są zawsze przebijane przez przeloty stitching, natomiast poligony, regiony lub wypełnienia innych sieci nie. Jeśli projekt zawiera poligony innych sieci w obszarze wymagającym przelotów stitching, tymczasowo odłóż te poligony na półkę, zdefiniuj przeloty stitching, a następnie przywróć poligony i ponownie je wylej. Dowiedz się więcej o odkładaniu poligonów na półkę i ich ponownym wylewaniu. 

Modyfikowanie obszaru via stitching

Zestaw przelotów w każdym unikalnym obszarze via stitching jest grupowany w unię. Całą unię można przesuwać, a sam obszar można również zmieniać rozmiarem.

Przeciągnij okno zaznaczenia od lewej do prawej, aby wybrać obszar stitching, a następnie przesuń go lub zmień jego rozmiar, ustawiając wskaźnik myszy tak, aby uzyskać odpowiedni kursor.

Dodawanie via ekranujących do sieci

Ekranowanie za pomocą przelotów służy do izolowania sieci od potencjalnych zakłóceń lub sprzężenia z pobliskimi sygnałami. Odstępy między via ekranującymi muszą być dobrane odpowiednio do najwyższej częstotliwości, przed którą ma być zapewniona ochrona. Prawidłowe zaprojektowanie ekranu ma kluczowe znaczenie; źle zaprojektowane ogrodzenie może wręcz przyczyniać się do problemów EMI, jeśli odstęp odpowiada częstotliwości rezonansowej pobliskiego sygnału. Omówiono to szerzej w sekcji Uwagi dotyczące ekranowania via.

Aby umieścić ekran z przelotów wokół poprowadzonej sieci, wybierz z menu polecenie Tools » Via Stitching/Shielding » Add Shielding to Net. Pojawi się okno dialogowe Add Shielding to Net, w którym można skonfigurować Net to Shield oraz inne Shielding Parameters, odniesienie Net oraz Via Style zgodnie z wymaganiami. Przeloty zostaną rozmieszczone po obu stronach wybranej sieci (lub wybranych sieci), wszędzie tam, gdzie możliwe jest umieszczenie przelotu zgodnego z obowiązującymi regułami projektowymi.

Via Style

Właściwości via ekranujących są wyświetlane w obszarze Via Style okna dialogowego. Właściwości te mogą być definiowane:

• przez nowe ustawienia wprowadzone w oknie dialogowym, lub

• na podstawie ustawień wybranego Via Template, lub

• na podstawie ustawień zdefiniowanych w odpowiednim Routing Via Style design rule, jeśli umieszczasz nowy zestaw via ekranujących.

Styl przelotu (  )
Diameters (Simple/TMB/Full)	Edytor PCB obsługuje 3 typy średnic przelotu w płaszczyźnie X-Y: Simple, Top-Middle-Bottom lub Full Stack. Kliknij, aby wybrać strukturę przelotu wymaganą dla via ekranujących. Dowiedz się więcej o Via Stack.
Hole Size	Określa wartość średnicy otworu dla via ekranujących.
Tolerance	Ustawienie atrybutów tolerancji otworu może pomóc w określeniu pasowań i limitów płytki. Określ minimalną (-) i maksymalną (+) tolerancję otworu dla via ekranujących.
Diameter	Średnica via ekranujących w płaszczyźnie X-Y.
Thermal Relief (okno dialogowe Via Shielding i panel Properties)	Zaznacz pole wyboru, aby umożliwić zdefiniowanie lokalnych ustawień stylu połączenia poligonu dla wszystkich przelotów w zestawie, a następnie kliknij powiązane słowo kluczowe, aby skonfigurować ustawienia w oknie dialogowym Edit Polygon Connect Style (). Oprócz zastosowania ustawień w oknie dialogowym/panelu należy również ponownie wylać wszystkie poligony, których to dotyczy, w miejscach, gdzie przeloty łączą się przy użyciu stylu połączenia termicznego.
Load Values from Routing Via Style Rule (okno dialogowe Add Shielding to Net)	Po kliknięciu tego przycisku właściwości przelotu z odpowiedniej reguły Routing Via Style zostaną zastosowane tutaj, w oknie dialogowym Add Shielding to Net. Dowiedz się więcej o regule projektowej Routing Via Style.
Via Template	Po wybraniu szablonu przelotki z tej listy rozwijanej właściwości tej przelotki szablonu zostaną tutaj zastosowane w oknie Add Shielding to Net. Gdy szablon jest wybrany, pole Library wyświetla bibliotekę, z którą powiązany jest szablon przelotki, i zawiera opcję Unlink odłączeniaUnlink szablonu od tej biblioteki. Dowiedz się więcej w temacie Praca z szablonami przelotek Pad Via.
Properties – Net	Sieć, do której mają być podłączone przelotki ekranowania. Styl połączenia przelotki (termiczne lub bezpośrednie) jest określany przez obiekt, do którego przelotka jest podłączona, oraz przez odpowiednie reguły projektowe. Więcej informacji na ten temat znajduje się w sekcji Uwagi.
Properties – Drill Pair / Via Type	Początkową i końcową warstwę, przez które przelotki ekranowania przechodzą w płaszczyźnie Z, można skonfigurować według potrzeb (ten zakres jest określany jako drill pair). Dozwolony zakres przelotek w płaszczyźnie Z konfiguruje się na karcie Via Types w oknie Layer Stack Manager (); na liście rozwijanej Drill Pair pojawią się tylko zakresy zdefiniowane właśnie tam. Kliknij przycisk Via Types, aby otworzyć Layer Stack Manager, gdzie można skonfigurować typy przelotek dostępne dla aktywnego stosu warstw. Dowiedz się więcej o typach przelotek.
Properties – Locked (okno Add Shielding to Net)	Jeśli opcja jest włączona, wszystkie przelotki w tym zestawie przelotek ekranowania mają włączony atrybut Locked.
Solder Mask Expansion	Rozszerzenie maski lutowniczej (lub tenting) może być oparte na: odpowiedniej regule projektowej Solder Mask albo na wartości rozszerzenia określonej tutaj w oknie dialogowym (która może zostać nadpisana przez zakrycie przelotki maską). Wybrana opcja jest stosowana do wszystkich przelotek w tym zestawie przelotek ekranowania.

Uwagi dotyczące ekranowania przelotkami

• Najpierw wybierz Net, który ma być ekranowany, ponieważ wpływa to na działanie innych opcji, takich jak kliknięcie przycisku Load values from Routing Via Style Rule. Jeśli sieć jest już wybrana w przestrzeni projektowej, zostanie automatycznie wskazana po otwarciu okna dialogowego Add Shielding to Net.

• Przelotki ekranowania są identyfikowane przez VSHn: Via SHielding, gdzie wartość liczbowa n wskazuje, że ta przelotka należy do tego samego połączenia via shielding union co inne przelotki o tym samym identyfikatorze liczbowym.

• Styl połączenia przelotki (termiczne lub bezpośrednie) jest określany przez: odpowiednie ograniczenie projektowe Polygon Connect Style dla poligonów oraz odpowiednie ograniczenie projektowe Plane Connect Style dla płaszczyzn zasilania.

• Po zakończeniu stitching należy ponownie wylać wszystkie poligony, których to dotyczy, i które mają odpowiednią regułę projektową Polygon Connect Style określającą styl połączenia termicznego.

• Każdy zestaw przelotek ekranowania jest dodawany do unii ; ustaw panel PCB w tryb Unions, aby przeglądać te unie ( ).

• Aby edytować zestaw przelotek ekranowania, kliknij dwukrotnie dowolną przelotkę w zestawie, aby otworzyć okno dialogowe Via Shielding  lub panel Properties, jeśli jest skonfigurowany do otwierania po dwukliku ( ). Możesz też przeciągnąć prostokąt zaznaczenia obejmujący jeden lub więcej elementów ekranowania (od lewej do prawej), a następnie edytować ustawienia w panelu Properties.

• Zestaw przelotek można usunąć, uruchamiając polecenie Tools » Via Stitching/Shielding » Remove Via Shielding Group , a następnie klikając dowolną przelotkę w grupie.

• Możesz wykonać częściowe ekranowanie sieci lub ekranowanie wielu sieci:

  • Jeśli nie chcesz ekranować całej sieci, najpierw wybierz wymagane segmenty ścieżek, a następnie wykonaj ekranowanie z włączoną opcją Selected Objects.

  • Aby ekranować wiele sąsiadujących sieci, zaznacz sieci w przestrzeni projektowej, a następnie wykonaj ekranowanie z włączoną opcją Selected Objects.

  • Zwróć uwagę, że parę różnicową można ekranować przy użyciu techniki wielu sieci Selected Objects lub wybierając jedną z sieci pary różnicowej z listy rozwijanej Net to Shield.

• Użyj opcji Add shielding copper, aby dodać poligon obejmujący przelotki ekranowania; włącz także opcję Add clearance cutout, aby przyciąć poligon tak, by obejmował tylko przelotki. Przeczytaj poniższy temat Dodawanie miedzi ekranującej do przelotek ekranowania, aby dowiedzieć się więcej o tych opcjach.

Dodawanie miedzi ekranującej do przelotek ekranowania

Oprócz dodawania przelotek ekranowania wzdłuż każdej strony prowadzenia, można również dodać miedź ekranującą, jak pokazano na poniższych ilustracjach. Aby to zrobić, włącz opcję Add shielding copper w oknie dialogowym Via Shielding . Ta miedź jest tworzona jako poligon, więc podlega odpowiednim regułom projektowym Clearance i Polygon Connect Style.

Opcja Add shielding copper doda poligon obejmujący przelotki ekranowania. Krawędź poligonu znajdująca się po stronie oddalonej od ekranowanej sieci będzie stykać się z krawędzią przelotek. Krawędź poligonu przylegająca do ekranowanej sieci będzie odsunięta od sieci zgodnie z odpowiednią regułą projektową Clearance. Jeśli dodatkowo włączona jest opcja Add clearance cutout, poligon będzie zamiast tego odsunięty od ekranowanej sieci zgodnie z ustawieniem Distance w oknie dialogowym Add Shielding to Net. Najedź kursorem na poniższy obraz, aby zobaczyć różnicę.

Wybieranie lub edycja przelotek stitching albo ekranowania

Aby uprościć pracę z macierzą przelotek stitching/ekranowania, oba typy są automatycznie grupowane w unie. Unie są zarządzane za pomocą panelu PCB.

Wybieranie przy użyciu panelu PCB

Aby wybrać macierz, przełącz panel PCB do trybu Unions i wybierz wymaganą unię Via Stitching lub Via Shielding. Wszystkie przelotki należące do tej macierzy zostaną zaznaczone, jeśli w panelu jest włączone pole wyboru Select (jak pokazano na poniższym obrazie). Alternatywnie kliknij dwukrotnie dowolną przelotkę w macierzy, aby otworzyć panel Properties i edytować macierz.

Użyj panelu PCB w trybie Unions, aby zaznaczyć wszystkie przelotki w macierzy stitching lub ekranowania. Na tym obrazie zaznaczone są wszystkie cztery unie via shielding.

Interaktywne wybieranie zestawu przelotek

Zachowanie podczas zaznaczania:

• Pojedynczą przelotkę stitching/ekranowania można zaznaczyć i usunąć.

• Jeśli włączona jest opcja Popup Selection Dialog w Preferences ( ), kliknięcie pojedynczej przelotki należącej do unii spowoduje wyświetlenie listy zawierającej tę unię, jak pokazano na powyższym obrazie. Po wybraniu unii można usunąć tę unię przelotek w obszarze roboczym albo edytować ją w panelu Properties. 

• Jeśli okno dialogowe Popup Selection nie jest włączone, kliknięcie pojedynczej przelotki należącej do unii będzie działać następująco:

  • Pierwsze kliknięcie zaznaczy pojedynczą przelotkę.

  • Drugie i kolejne kliknięcia będą zaznaczać następny obiekt w kolejności wyboru używanej w przypadku nakładających się obiektów: na przykład komponent, poligon, unia przelotek (jeśli te obiekty znajdują się pod kursorem).

  • Alternatywnie, po tym jak pierwsze kliknięcie zaznaczy pojedynczą przelotkę, naciśnij skrót Shift+Tab, aby wywołać polecenie Select Overlapping. Kontynuuj naciskanie Shift+Tab, aby przechodzić kolejno przez nakładające się obiekty i zaznaczać każdy z nich po kolei.

   

• Unię stitching ograniczoną do obszaru można zaznaczyć, przeciągając okno zaznaczenia wokół dowolnej przelotki w unii (przeciągnięcie od lewej do prawej), jak pokazano w animacji w sekcji Modyfikowanie obszaru Via Stitching zdefiniowanego przez użytkownika na tej stronie.

Edycja zestawu przelotek

Właściwości zestawu przelotek stitching lub ekranowania można edytować po jego zaznaczeniu, w trybie Via Stitching lub Via Shielding panelu Properties. Kliknij dwukrotnie dowolną przelotkę w zestawie, aby otworzyć panel.

Przykład edycji wykonanej dla przelotek stitching w panelu Properties.

Po edycji właściwości w panelu i naciśnięciu klawisza Enter na klawiaturze u góry panelu pojawią się komunikat Changes pending oraz przyciski — kliknij Apply , aby zakończyć edycję.

Dalsza lektura

1. Informacje dotyczące wszystkich aspektów projektowania PCB można znaleźć na stronie Printed Circuit Design and Fab Magazine. To doskonałe źródło wiedzy na tematy techniczne, takie jak rola „via fence” (uwzględnij cudzysłowy, aby poprawić jakość wyników wyszukiwania).

2. Artykuł w Wikipedii, Via Fence

3. Badania nad sprzężeniem przelotek na wielowarstwowych płytkach drukowanych

4. Artykuł wprowadzający podstawowe zasady propagacji fal elektromagnetycznych w strukturze PCB — Najlepsze praktyki w projektowaniu płytek drukowanych

5. Forum dyskusyjne, na którym zadano pytanie Via fences for noise reduction of a chip antenna?