Planos de alimentação internos e planos divididos

Planos de alimentação

Os planos de alimentação são camadas internas especiais de cobre sólido que normalmente são usadas para fornecer uma referência de terra ou alimentação eletricamente estável em toda a PCB. 

O editor de PCB oferece suporte a até 16 planos de alimentação internos. Você pode atribuir uma rede a cada uma dessas camadas ou compartilhar um plano de alimentação entre várias redes, dividindo-o em duas ou mais áreas isoladas. As conexões de pads e vias aos planos de alimentação são controladas pelas Plane regras de projeto. Os planos de alimentação são criados em negativo. Os objetos posicionados na camada do plano de alimentação tornam-se vazios no cobre; as regiões restantes se tornam cobre sólido.

Criação de planos internos

Os planos de alimentação internos são adicionados a um projeto de PCB por meio do Layer Stack Manager (Design » Layer Stack Manager). Para adicionar um novo plano interno, selecione a camada existente abaixo da qual você deseja criar a camada interna, clique com o botão direito e selecione Insert layer below » Plane no menu de contexto. Um novo plano interno é adicionado ao empilhamento de camadas. Use o modo Layer Stack Manager do painel Properties para definir as propriedades da camada de plano interno selecionada. As alterações feitas no Layer Stack Manager devem ser salvas para que fiquem disponíveis no editor de PCB.

Visualização de planos

Para visualizar uma camada de plano no espaço de projeto, primeiro você deve habilitar a exibição da camada na aba Layer & Colors do painel View Configuration . 

Atribuição de uma rede a um plano

A rede é atribuída ao plano no editor de PCB. Para atribuir uma rede a uma camada de plano:

1. Torne a camada de plano a camada ativa no espaço de projeto (clique em uma aba de camada na parte inferior do editor para torná-la a camada ativa).
2. Clique duas vezes em qualquer lugar dentro do contorno da placa. 
3. A caixa de diálogo Split Plane será aberta; selecione a rede desejada na lista Connect to Net. Observe que a caixa de diálogo não será aberta se a camada ativa não for uma camada de plano.

Após selecionar uma camada de plano de alimentação, clique duas vezes em qualquer lugar dessa camada para atribuir uma rede.

No modo de visualização 3D (atalho 3), você pode ver representações físicas de todos os objetos dos planos internos. Além da visualização, ao alternar para o modo de camada única e clicar em cada camada, uma de cada vez, a visualização 3D permite percorrer a placa, auxiliando na inspeção dos planos internos.

Visualização 3D de uma conexão com alívio térmico em um plano dividido.

As camadas de plano também podem ser divididas ou separadas em áreas distintas, e cada área é atribuída a uma rede diferente. Saiba mais sobre como definir planos divididos.

Recuo da camada de plano

Quando um plano de alimentação é adicionado, um conjunto de trilhas de recuo é criado automaticamente ao redor do contorno da placa para afastar o plano da borda da placa. As trilhas de recuo não podem ser editadas na tela, pois sua largura é definida pela propriedade de distância de recuo no Gerenciador de empilhamento de camadas (mostrar imagem). Quando o valor de recuo de um plano interno é alterado, essas trilhas são regeneradas automaticamente.

Criação de seções sem cobre 

Para remover o cobre de seções de um plano, ou seja, criar regiões sem cobre, você pode posicionar linhas, arcos ou preenchimentos usando os comandos Place para compor a região sem cobre.

Conexão de pads e vias a uma camada de plano

As conexões com pads e vias são exibidas em um plano de alimentação de acordo com as Plane regras de projeto definidas na caixa de diálogo PCB Rules and Constraints Editor (Design » Rules). Você pode criar regras adicionais para pads e vias que tenham requisitos específicos de conexão ou de não conexão.

Conexões com alívio térmico e diretas

Pads de furo passante e vias podem ser conectados a um plano de alimentação por uma conexão direta ou uma conexão com alívio térmico. As conexões com alívio térmico são usadas para isolar termicamente o pino conectado do plano de cobre sólido quando a placa é soldada. As regras de projeto no editor de PCB permitem definir o formato do alívio térmico de cada pad ou de todos os pads conectados ao plano de alimentação.

A regra de projeto Power Plane Connect Style especifica o estilo da conexão entre um pino de componente e um plano de alimentação. Há três opções de conexão disponíveis

• Relief Connect
• Direct Connect
• No Connect

Também há suporte especial para conectar pinos de alimentação SMD às camadas de plano de alimentação. Os pads SMD de uma rede conectada a um plano de alimentação são automaticamente marcados como conectados ao plano correspondente. O roteador automático conclui a conexão física desses pads posicionando um fanout, que consiste em uma trilha curta e uma via com conexão com alívio térmico ou direta à camada de plano.

Conexão com alívio térmico de um pad em um plano de alimentação. As regiões coloridas indicam áreas sem cobre.

Quando uma rede é atribuída a um plano de alimentação, uma pequena cruz aparece em cada pad da rede na camada de plano de alimentação correspondente. A cruz é exibida como '+' para uma conexão com alívio térmico e como 'x' para uma conexão direta. Como os pads com conexão direta têm cobre sólido até o pino, eles exibem a cor do plano até o furo do pad.

Pads que não se conectam a um plano de alimentação

Os pads que não se conectam ao plano são isolados dele por uma região sem cobre. Essa região sem cobre é especificada na regra de projeto Power Plane Clearance como uma expansão radial ao redor do furo do pad.

Conexão de vias a planos de alimentação

Assim como os pads, as vias se conectam automaticamente a uma camada de plano de alimentação interno com o mesmo nome de rede. A via se conectará de acordo com a Power Plane Connect Style regra de projeto aplicável. Se você não quiser que as vias se conectem aos planos de alimentação, adicione uma regra de projeto Power Plane Connect Style com um estilo de conexão No Connect e uma consulta de escopo IsVia.

Considerações de fabricação

Consulte seu fabricante sobre as dimensões adequadas para quaisquer conexões com alívio térmico. Verifique também se os pads ou vias não conectados não circundam completamente um pad conectado, pois isso pode fazer com que esse pad fique isolado e desconectado acidentalmente. Certifique-se de não remover cobre em excesso e de manter um equilíbrio entre a quantidade máxima de cobre e um custo de fabricação acessível.

Desconexão de pads e vias do plano

Você pode usar consultas nas regras de projeto Power Plane Connect Style para restringir ainda mais quais pads ou vias se conectam ou não a um plano de alimentação. Os pads podem ser selecionados pelo nome do designador ou por propriedades físicas, como o tamanho do pad. Como as vias não têm designadores, elas devem ser selecionadas por propriedades físicas, como o diâmetro da via.

Definição do escopo de pads e vias específicos que não se conectam a um plano de alimentação

Para desconectar, por exemplo, apenas pads cujo nome do designador começa com U7, você pode usar a consulta (ObjectKind = 'Pad') e (Name Like 'U7-*') para definir o escopo de uma regra de projeto Power Plane Connect Style . O estilo de conexão seria definido como No Connect. Outra consulta, como (ObjectKind = 'Pad') e (HoleSize = 25), selecionaria apenas os pads com um furo de 25 mils.

Ao trabalhar com vias que você não deseja conectar, é possível modificá-las para que tenham uma propriedade especial que as identifique de forma exclusiva, como um diâmetro de via diferente, e então definir o escopo de uma nova regra de projeto Power Plane Connect Style com um estilo de conexão No Connect para corresponder apenas a essas vias. A consulta (ObjectKind = 'Via') And (ViaDiameter = '24') pode ser usada para selecionar vias com diâmetro de 24 mil, por exemplo. A consulta InNet('VCC') e IsVia pode ser usada para selecionar apenas as vias ligadas à net VCC.

Como alternativa, se não for possível selecionar as vias usando os métodos acima, você pode convertê-las em pads livres e usar os nomes dos pads para definir o escopo. Para isso, selecione as vias que não deseja conectar, converta-as em pads livres (Tools » Convert » Convert Selected Vias to Free Pads) e atribua o mesmo nome de designador a todas elas, por exemplo, NoPlaneConnect. Em seguida, adicione uma nova regra de projeto Power Plane Connect Style e especifique o escopo (ObjectKind = 'Pad') e (Name = 'Free‑NoPlaneConnect') para a regra. Selecione também No Connect como Connect Style. Todos os pads livres chamados NoPlaneConnect serão desconectados de todas as camadas de plano de alimentação.

Remoção de um plano interno

Para remover um plano interno, clique com o botão direito do mouse na camada no Layer Stack Manager e escolha Delete layer no menu de contexto. Uma caixa de diálogo de confirmação é aberta, avisando que todas as primitivas da camada serão removidas com a exclusão da camada. Clique em Yes para confirmar.

Planos divididos

Um plano dividido é uma região fechada em um plano interno que divide o plano em áreas separadas e eletricamente isoladas. Cada região é definida pela inserção de linhas de contorno que englobam todos os pinos daquela net. Cada área é então atribuída a uma net diferente, criando dois ou mais planos divididos em uma única camada de plano de alimentação interno.

Os planos de alimentação podem ser divididos em qualquer número de regiões separadas. Esse processo de divisão é semelhante a cortar ou fatiar o plano em seções, em que a largura da linha inserida define a distância de separação. Os planos de alimentação são construídos em negativo, de modo que essas linhas de contorno especiais se tornam uma faixa sem cobre, criando assim a separação entre essa net e as nets adjacentes no plano.

Planos divididos em um plano interno

Normalmente, a net com o maior número de pads é atribuída primeiro ao plano interno; em seguida, são definidas regiões separadas para as outras nets que você deseja conectar por meio desse plano. Os pads que não puderem ser englobados na região do plano dividido continuarão exibindo uma linha de conexão, indicando que devem ser conectados em uma camada de sinal.

Inspeção das áreas do plano dividido

Você também pode selecionar planos internos e seu conteúdo para visualização usando o modo Split Plane Editor disponível no menu suspenso na parte superior do painel PCB , conforme mostrado abaixo.

Configure as opções de realce e clique uma vez para realçar uma área dividida e os pads e vias conectados.

Ao configurar as opções de realce na parte superior do painel (Select, Zoom etc.), você pode — após definir a camada de plano de interesse como camada ativa — clicar uma vez em um Net Name para localizar uma área de plano dividido e os pads e vias que se conectam a ela (toda a área delimitada pelas trilhas de recuo/divisão do plano é realçada). Clicar duas vezes em um Net Name no painel abre a caixa de diálogo Split Plane, na qual é possível alterar a net atribuída a esse plano dividido.

Uso de vários planos divididos em um projeto

Há suporte para divisões dentro de divisões (divisões aninhadas ou ilhas), portanto não é necessário contornar a divisão interna com uma divisão externa. Se quiser subdividir um plano dividido, você pode continuar adicionando objetos na camada de plano de alimentação dentro de um plano dividido existente para criar outras regiões eletricamente isoladas.

Dicas de exibição ao definir um plano dividido

Ao definir uma área dividida em um plano de alimentação, às vezes pode ser difícil visualizar todos os pads que essa área precisa englobar. Para tornar mais visíveis os pads da net que você deseja conectar ao plano dividido, sugerimos as seguintes técnicas antes de começar.

• Recalcule e redesenhe os planos internos selecionando Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer / Rebuild Split Planes on All Layers nos menus principais.
• Use o modo 3D (atalho 3) para visualizar a representação física dos planos, incluindo áreas sem cobre e conexões com alívio térmico. Para facilitar a navegação pela placa em 3D, ajuste a escala da espessura da placa para aumentar a distância vertical entre as camadas. O controle Board thickness (Scale) está localizado na região 3D Settings, na aba View Options do painel View Configuration.

• Exiba apenas o mínimo de camadas (por exemplo, a camada Keep Out, a Multi-layer e quaisquer camadas mecânicas necessárias) e o plano de alimentação que está sendo utilizado. Desative as outras camadas no painel View Configuration .
• Oculte todas as linhas de conexão (View » Connections » Hide All). Em algumas situações, pode ser útil exibir uma net específica para a qual você deseja criar um plano dividido (View » Connections » Show Net).
• Defina uma cor diferente para cada net no plano dividido selecionando Nets no painel PCB e, em seguida, clique duas vezes no nome de uma net para abrir a caixa de diálogo Editar net.
• Para exibir todos os pads associados a uma net, clique nessa net no plano interno, no painel PCB, para mascarar todos os outros pads.
• Atribua a net com o maior número de pads ao plano de alimentação interno e, em seguida, use consultas como InNet('A') ou InNet('B') no painel PCB List para exibir as nets, por exemplo, algumas com alívio térmico e outras sem, para distinguir os pads que devem ser incluídos em um novo plano dividido.
• Para exibir apenas os objetos e as primitivas nos planos internos, use a consulta OnPlane no painel PCB Filter.

Definição de um plano dividido

No Altium Designer, você pode posicionar qualquer configuração de linhas, arcos, trilhas e preenchimentos em um plano de alimentação interno para definir um plano dividido. Assim que esses elementos isolarem uma parte do plano do restante, um novo plano dividido será criado. Uma net é então associada ao novo plano dividido. A maneira mais fácil de definir planos divididos é usar o comando Place » Line e, em seguida, desenhar o contorno do plano dividido no plano de alimentação.

Criação de um plano dividido usando o comando Place » Line .

Isso cria uma linha na arte-final para deixar uma área sem cobre que, por sua vez, divide os planos. A largura da linha passa a ser a largura da separação. Ao clicar com o botão direito para sair do modo de posicionamento de linhas, o plano é analisado e a região dividida independente é criada. Para alterar a largura da separação entre o plano dividido e o plano de alimentação interno durante o posicionamento de linhas, pressione Tab para abrir a caixa de diálogo Line Constraints e alterar o valor de Line Width.

Para dividir um plano de alimentação em dois planos divididos, você pode desenhar uma linha reta atravessando a placa, de uma trilha de recuo até a outra. Desde que as linhas se conectem às trilhas de recuo, elas formarão uma área isolada e, portanto, criarão o objeto do tipo polígono que identifica o plano dividido. Certifique-se de que as linhas estejam conectadas; o cursor muda para um círculo grande com uma cruz quando as linhas se conectam.

Você pode criar uma forma fechada a partir de linhas, arcos e preenchimentos para definir um plano dividido de formato irregular. Também pode usar linhas, arcos, preenchimentos ou trilhas existentes na camada interna para compor parte do contorno. Desde que esses elementos se conectem para formar uma área fechada, um plano dividido será formado.

Uso de arcos, preenchimentos e trilhas

Se você usar arcos para dividir o plano, recomenda-se posicionar um pequeno segmento de trilha entre os segmentos de arco. Observe que o uso de um preenchimento (Place » Fill) não criará um plano dividido; ele apenas criará uma área sem cobre. Você pode usar preenchimentos para criar as bordas externas do plano dividido, posicionando-os no lugar das linhas, por exemplo.

Se você posicionar trilhas em vez de linhas usando o comando Place » Interactive Routing, certifique-se de que as trilhas estejam definidas como No Net e de que o plano dividido esteja associado ao nome da net apropriada.

Atribuição de uma net a um plano dividido

Para verificar se cada região dividida está definida corretamente, clique uma vez em uma delas; se for uma região fechada, apenas essa área será destacada.

Um plano dividido destacado.

Se a área for destacada, clique duas vezes nela para abrir a caixa de diálogo Split Plane e verificar ou definir a atribuição da net. Selecione o nome da net do plano dividido na lista suspensa da caixa de diálogo, que inclui todas as nets atualmente carregadas para o projeto.

Atualização das conexões do plano dividido

Após mover ou posicionar objetos no espaço de projeto, a forma de um plano dividido pode ser alterada, mas essa alteração não é atualizada automaticamente na exibição. Selecione Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer ou Rebuild Split Planes on All Layers para recalcular e redesenhar os planos.

Posicionamento de trilhas em uma camada de plano

Como as camadas de plano são construídas em negativo, uma trilha posicionada em uma camada de plano de alimentação cria uma área sem cobre e, portanto, nenhuma conexão é estabelecida. Por isso, não é possível usar uma única trilha em uma camada de plano para rotear uma net. Se quiser rotear uma net em uma camada de plano de alimentação, será necessário criar uma ilha de cobre muito estreita, com as dimensões da trilha que deseja usar. Ao criar um contorno de linhas ao redor da área que funcionará como uma trilha (Place » Line), você cria um plano dividido que pode então ser atribuído à net desejada.

Como alternativa, se houver várias conexões a serem roteadas na mesma camada do plano, provavelmente será mais eficiente usar uma camada de sinal para rotear as conexões e, em seguida, usar um plano poligonal (preenchimento de cobre) para criar o plano de alimentação.

Revisão e edição de planos divididos

O modo do painel PCB Split Plane Editor permite visualizar e gerenciar facilmente os planos divididos do projeto de PCB atual. Esse modo do painel é dividido em três regiões:

• Layers - esta região exibe todas as camadas de plano interno definidas atualmente no projeto e quantos planos divididos existem por camada.
• Split Planes - esta região é preenchida com os planos divididos contidos em uma entrada selecionada na região Layers.
• Pads/Vias On Split Plane - esta região é preenchida com os pads e as vias de uma entrada selecionada na região Split Planes do painel.

Região Camadas

A região Layers do painel exibe todas as camadas de plano interno definidas atualmente para o projeto. Nessa região, a coluna Split Count indica quantos planos divididos existem na camada de plano correspondente. Uma contagem de divisões igual a '1' significa que a camada não foi dividida e que a própria camada é considerada uma única divisão.

Região Planos divididos

Após selecionar uma entrada na região Layers, todos os planos divididos dessa camada de plano e as nets atribuídas a eles serão carregados na região Split Planes do painel.

Para cada entrada, é exibido um Node Count. Esse valor reflete o número total de pads e vias conectados à região desse plano dividido.

Clique duas vezes em uma net com planos divididos (ou clique com o botão direito do mouse e selecione Properties no menu de contexto) para abrir a caixa de diálogo Split Plane, que pode ser usada para alterar a net à qual o plano dividido está atribuído.

Região Pads/vias no plano dividido 

Clicar com o botão direito do mouse em um pad ou uma via na região Split Planes do painel e selecionar Properties no menu de contexto abrirá o Properties painel associado a essa primitiva.

Exclusão de um plano dividido

Como uma divisão é formada quando uma região de um plano é isolada, a remoção de qualquer objeto que forme o contorno da divisão eliminará essa divisão. Portanto, para excluir planos divididos, exclua as primitivas que delimitam seus contornos, por exemplo, as linhas ou outras primitivas que formam o contorno do plano dividido. Lembre-se de que as trilhas de recuo só podem ser excluídas removendo o plano interno do empilhamento de camadas.

Verificação de regras de projeto em planos divididos

Você pode verificar os planos divididos e gerar relatórios durante a verificação de regras de projeto (DRC) em lote para as seguintes regras:

• Planos interrompidos
• Regiões de cobre isolado
• Conexões térmicas insuficientes.

Essas opções estão disponíveis em DRC Report Options na caixa de diálogo Verificador de regras de projeto, que é acessada selecionando Tools » Design Rule Check nos menus principais. Habilite as opções desejadas para que sejam verificadas e incluídas no relatório durante a DRC em lote.

Quando o relatório é criado, todas as violações dessas regras são exibidas nele. Clique no relatório para exibir o erro associado no editor de PCB.

Planos interrompidos

Os planos interrompidos ocorrem quando uma área do plano que possui conectividade com a net fica eletricamente desconectada do restante do plano. Um exemplo em que isso pode ocorrer é um conector posicionado sobre um plano dividido, mas não conectado a ele. As áreas sem cobre ao redor dos pinos se unem e cortam completamente o cobre do plano, dividindo-o efetivamente em duas partes.

Plano interrompido mostrando um erro de DRC (verde intenso).

Cobre isolado

Cobre isolado refere-se a seções de cobre que não possuem conectividade com a net e que também ficam eletricamente desconectadas do plano original. Um exemplo em que isso pode ocorrer é um conector (não conectado ao plano) com pinos muito próximos no qual as áreas sem cobre ao redor dos pinos se unem, isolando áreas de cobre do restante do plano.

Região de cobre isolado mostrando um erro de DRC (verde intenso).

Conexões térmicas estranguladas

As conexões térmicas são conexões ao plano com 'recortes' de alívio térmico ao redor para reduzir a condução de calor para o cobre do plano. Elas podem ficar 'estranguladas' quando a área superficial dos raios de cobre que as conectam ao plano é reduzida por áreas vazias. Esta regra também verifica a área superficial da conexão térmica (não apenas dos raios) em relação a quaisquer áreas vazias que invadam a conexão térmica.

Conexão térmica estrangulada exibindo um erro de DRC (verde-claro).

Notas sobre planos divididos

• As verificações de DRC de planos divididos estão disponíveis apenas no modo em lote.
• É necessário executar o DRC em lote novamente para remover os marcadores de erro ou selecionar Tools » Reset Error Markers nos menus principais.
• Recalcule e redesenhe os planos internos após a edição selecionando Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer/Rebuild Split Planes on All Layers nos menus principais.
• As verificações de planos interrompidos e cobre isolado exigem que a regra Un-Routed Net (categoria Electrical ) esteja habilitada para Batch.