Planos de alimentação internos e planos divididos

Planos de alimentação

Os planos de alimentação são camadas internas especiais de cobre maciço, normalmente utilizadas para fornecer uma referência de terra ou de alimentação eletricamente estável em toda a placa de circuito impresso (PCB). 

O editor de PCB suporta até 16 planos de alimentação internos. É possível atribuir uma rede a cada uma destas camadas ou partilhar um plano de alimentação entre várias redes, dividindo-o em duas ou mais áreas isoladas. As ligações 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 colocados na camada do plano de alimentação tornam-se vazios no cobre; as regiões restantes tornar-se-ão de cobre maciço.

Criação de planos internos

Os planos de alimentação internos são adicionados a um projeto de PCB através da Layer Stack Manager (Design » Layer Stack Manager). Para adicionar um novo plano interno, selecione a camada existente sob a qual pretende criar a camada interna, clique com o botão direito do rato e selecione Insert layer below » Plane no menu de contexto. Um novo plano interno é adicionado à pilha de camadas. Utilize o Layer Stack Manager modo do Properties painel para definir as propriedades da camada do plano interno selecionado. As alterações efetuadas no Layer Stack Manager devem ser guardadas para que fiquem disponíveis no editor de PCB.

Visualização de planos

Para visualizar uma camada de plano no espaço de projeto, deve primeiro ativar a exibição da camada no Layer & Colors separador no View Configuration painel. 

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 num separador de camada na parte inferior do editor para tornar essa camada a camada ativa).
2. Clique duas vezes em qualquer ponto dentro do contorno da forma da placa. 
3. A Split Plane caixa de diálogo será aberta; selecione a rede pretendida na Connect to Net lista. Note que a caixa de diálogo não se abrirá se a camada ativa não for uma camada de plano.

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

No modo de visualização 3D (atalho 3), pode ver representações físicas de todos os objetos de plano internos. Além da visualização, ao alternar para o modo de camada única e clicar em cada camada sucessivamente, a vista 3D permite-lhe percorrer a placa, facilitando a tarefa de inspecionar os planos internos.

Vista 3D de uma ligação de alívio térmico num plano dividido.

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

Recuo da camada do plano

Quando é adicionado um plano de alimentação, é criado automaticamente um conjunto de faixas de recuo à volta da forma da placa para afastar o plano da borda da placa. As faixas de recuo não podem ser editadas no ecrã, uma vez que a sua largura é definida pela propriedade «Distância de recuo» no Gestor de Pilha de Camadas (ver imagem). Quando o valor de recuo de um plano interno é alterado, estas faixas são regeneradas automaticamente.

Criação de secções de remoção

Para «retirar» secções de um plano, ou seja, criar regiões sem cobre, pode colocar linhas, arcos ou preenchimentos utilizando os Place comandos para construir a região sem cobre.

Ligar pads e vias a uma camada de plano

As ligações a pads e vias são apresentadas num plano de alimentação de acordo com o Plane regras de projeto definidas na PCB Rules and Constraints Editor caixa de diálogo (Design » Rules). Pode criar regras adicionais para pads e vias que tenham requisitos específicos de ligação ou de não ligação.

Alívio térmico e ligações diretas

Os pads e vias de furo passante podem ser ligados a um plano de alimentação através de uma ligação direta ou de uma ligação de alívio térmico. As ligações de alívio térmico são utilizadas para isolar termicamente o pino ligado do plano de cobre maciço quando a placa é soldada. As regras de projeto no editor de PCB permitem-lhe definir a forma de alívio térmico de cada um ou de todos os pads ligados ao plano de alimentação.

A Power Plane Connect Style regra de projeto especifica o estilo da ligação de um pino de componente a um plano de alimentação. Estão disponíveis três opções de ligação

• Relief Connect
• Direct Connect
• No Connect

É também fornecido suporte especial para ligar pinos de alimentação SMD às camadas do plano de alimentação. As almofadas SMD numa rede ligada a um plano de alimentação são automaticamente marcadas como ligadas ao plano apropriado. O roteador automático completa a ligação física destas pastilhas colocando um fanout, que consiste numa pista curta e numa via que constitui uma ligação de alívio ou direta à camada do plano de alimentação.

Ligação de alívio térmico a um pad num plano de alimentação. As regiões coloridas indicam áreas sem cobre.

Quando uma rede é atribuída a um plano de alimentação, aparece uma pequena cruz em cada pad da rede na camada do plano de alimentação adequada. A cruz é apresentada como «+' para uma ligação de alívio e como um 'x' no caso de uma ligação direta. Como os pads ligados diretamente têm cobre contínuo até ao pino, apresentam a cor do plano até ao orifício do pad.

Pads que não se ligam a um plano de alimentação

Os pads que não se ligam ao plano estão isolados deste por uma região sem cobre. Esta região sem cobre é especificada na Power Plane Clearance regra de projeto como uma expansão radial em torno do orifício do pad.

Ligar vias a planos de alimentação

Tal como os pads, as vias ligam-se automaticamente a uma camada interna do plano de alimentação com o mesmo nome de rede. A via ligar-se-á de acordo com a Power Plane Connect Style . Se não quiser que as vias se liguem aos planos de alimentação, adicione uma Power Plane Connect Style regra de projeto com um estilo de ligação de No Connect e uma consulta de âmbito de IsVia.

Considerações sobre a fabricação

Consulte o seu fabricante para obter as propriedades dimensionais adequadas para quaisquer ligações de alívio térmico. Além disso, verifique se os pads ou vias que não estão ligados não rodeiam completamente um pad ligado, uma vez que isso pode acidentalmente fazer com que o pad ligado fique isolado e desligado. Certifique-se de que não remove demasiado cobre e que se mantém um equilíbrio entre a quantidade máxima de cobre e um custo de fabrico acessível.

Desligar pads e vias do plano

Pode utilizar consultas nas Power Plane Connect Style regras de projeto para limitar ainda mais quais pads ou vias se ligam ou não a um plano de alimentação. Os pads podem ser selecionados pelo nome do designador ou por propriedades físicas, tais como o tamanho do pad. Uma vez que as vias não têm designadores, devem ser selecionadas por propriedades físicas, tais como o diâmetro da via.

Selecionar pads e vias específicos que não se ligam a um plano de alimentação

Para desligar, por exemplo, apenas os pads com um nome de designador específico que comece por U7, pode utilizar o (ObjectKind = 'Pad') e (Name Like 'U7-*') para definir o âmbito de uma Power Plane Connect Style regra de projeto. O estilo de ligação seria definido como No Connect. Outra consulta, como (ObjectKind = 'Pad') e (HoleSize = 25) visaria apenas os pads com um diâmetro de orifício de 25 mils.

Ao trabalhar com vias que não pretende ligar, pode modificar as vias para que incluam uma propriedade especial que as identifique de forma única, como um diâmetro diferente, e, em seguida, definir o âmbito de uma nova Power Plane Connect Style regra de projeto com um No Connect estilo de ligação que corresponda apenas a essas vias. A consulta (ObjectKind = 'Via') e (ViaDiameter = '24') poderiam ser utilizadas para selecionar vias com um diâmetro de 24 mil, por exemplo. A consulta InNet('VCC') e IsVia pode ser utilizada para selecionar apenas as vias que estão ligadas à rede VCC.

Em alternativa, se não for possível selecionar as vias utilizando os métodos acima referidos, pode convertê-las em pads livres e, em seguida, utilizar os nomes dos pads para definir o âmbito. Para tal, selecione as vias que não pretende ligar, 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 Power Plane Connect Style regra de design e especifique o âmbito (ObjectKind = 'Pad') e (Name = 'Free‑NoPlaneConnect') para a regra. Além disso, selecione No Connect como o Connect Style. Todos os pads livres denominados NoPlaneConnect serão desligados de todas as camadas do plano de alimentação.

Remover um plano interno

Para remover um plano interno, clique com o botão direito do rato na camada na Layer Stack Manager e, em seguida, selecione Delete layer no menu de contexto. Abre-se uma caixa de diálogo de confirmação a avisar que todas as primitivas na camada serão removidas com a eliminação da camada. Clique em Yes para confirmar.

Planos divididos

Um plano dividido é uma região delimitada num plano interno que divide o plano em áreas separadas e eletricamente isoladas. Cada região é definida através da colocação de linhas de delimitação de modo a abranger todos os pinos dessa rede. Cada área é então atribuída a uma rede diferente, o que cria dois ou mais planos divididos numa camada de plano de alimentação interno.

Os planos de alimentação podem ser divididos em qualquer número de regiões separadas. Este processo de divisão é semelhante a cortar ou fatiar o plano em secções, em que a largura da linha que se coloca define a distância de separação. Os planos de alimentação são construídos em negativo, pelo que estas linhas de delimitação especiais se tornam uma faixa sem cobre, criando assim a separação entre esta rede e a(s) rede(s) adjacente(s) no plano.

Planos divididos num plano interno

Normalmente, a rede com o maior número de pads é atribuída primeiro ao plano interno; em seguida, são definidas (separadas) as regiões para as outras redes que pretende ligar através deste plano. Quaisquer pads que não possam ser abrangidos pela região do plano dividido continuam a apresentar uma linha de ligação, indicando que devem ser ligados numa camada de sinal.

Análise das áreas de planos divididos

Também é possível selecionar planos internos e os seus conteúdos para visualização utilizando o Split Plane Editor disponível no menu suspenso na parte superior do PCB painel, conforme ilustrado abaixo.

Configure as opções de realce e, em seguida, clique uma vez para realçar uma área de divisão e os pads e vias ligados.

Ao configurar as opções de realce na parte superior do painel (Selecionar, Ampliar, etc.), pode — após definir a camada ativa como a camada do plano em questão — clicar uma vez num Net Name para localizar uma área de plano dividido e os pads e vias que se ligam a ela (toda a área dentro das faixas de recuo/plano dividido é destacada). Clicar duas vezes num Net Name no painel abrirá a Split Plane caixa de diálogo, onde a rede atribuída a esse plano dividido pode ser alterada.

Utilização de Vários Planos Divididos num Projeto

As divisões dentro de divisões (divisões aninhadas ou ilhas) são suportadas, pelo que não é necessário envolver uma divisão exterior à divisão interior. Se pretender dividir ainda mais um plano de alimentação, pode continuar a adicionar objetos na camada do plano de alimentação dentro de um plano de alimentação dividido existente para criar outras regiões eletricamente isoladas.

Dicas de visualização ao definir um plano de divisão

Quando define uma área de divisão num plano de alimentação, por vezes pode ser difícil ver todos os pads que a área de divisão precisa de abranger. Para tornar os pads da rede que pretende ligar ao plano de divisão mais visíveis, 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.
• Utilize o modo 3D (atalho 3) para visualizar a representação física dos planos, incluindo áreas vazias e ligações de alívio térmico. Para facilitar a navegação pela placa em 3D, altere a escala da espessura da placa para aumentar a distância vertical entre as camadas. O Board thickness (Scale) controlo está localizado na 3D Settings área no View Options guia do View Configuration painel.

• Apresente apenas um número mínimo de camadas (por exemplo, a camada «Keep Out», a «Multi-layer» e quaisquer camadas mecânicas necessárias) e o plano de alimentação que está a ser utilizado. Desative as restantes camadas no View Configuration painel.
• Oculte todas as linhas de ligação (View » Connections » Hide All). Por vezes, pode ser útil exibir uma rede individual para a qual pretenda criar um plano dividido (View » Connections » Show Net).
• Defina o atributo de cor de cada rede no plano dividido para uma cor diferente, selecionando Nets no PCB painel e, em seguida, clicar duas vezes no nome de uma rede para abrir a caixa de diálogo «Editar Rede».
• Para visualizar todos os pads associados a uma rede, clique nessa rede no plano interno do PCB para ocultar todos os outros pads.
• Atribua a rede com o maior número de pads ao plano de alimentação interno e, em seguida, utilize consultas como InNet('A') ou InNet('B') no PCB List painel para mostrar as redes, por exemplo, algumas com alívio térmico e outras sem, de modo a distinguir entre os pads a incluir num novo plano dividido.
• Para apresentar apenas os objetos e primitivas nos planos internos, utilize a consulta OnPlane no PCB Filter painel.

Definir um plano dividido

No Altium Designer, pode colocar qualquer configuração de linhas, arcos, pistas e preenchimentos através de um plano de alimentação interno para definir um plano de divisão. Assim que estes isolarem uma parte do plano do resto, é criado um novo plano de divisão. Em seguida, é associada uma rede ao novo plano dividido. A forma mais fácil de definir planos divididos é utilizar o Place » Line comando e, em seguida, desenhar o contorno do plano de divisão no plano de alimentação.

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

Isto cria uma linha na arte final para excluir o cobre, o que, por sua vez, divide os planos. A largura da linha torna-se a largura de separação. Ao clicar com o botão direito do rato para sair do modo de colocação de linhas, o plano é analisado e a região dividida independente é criada. Para alterar a largura de separação entre o plano dividido e o plano de alimentação interno durante a colocação de linhas, prima Tab para abrir a Line Constraints caixa de diálogo e altere o Line Width valor.

Para dividir um plano de alimentação em dois planos de divisão, pode traçar uma linha reta através da placa, de pista de recuo a pista de recuo. Desde que as linhas se liguem às faixas de recuo, formarão uma área isolada e, por conseguinte, criarão o objeto do tipo polígono que identifica o plano de divisão. Certifique-se de que as linhas se ligam; o cursor transforma-se num grande círculo com uma cruz quando as linhas se ligam.

Pode criar uma forma fechada a partir de linhas, arcos e preenchimentos para definir um plano de divisão com uma forma invulgar. Também pode utilizar linhas, arcos, preenchimentos ou pistas existentes na camada interna para formar parte do contorno. Desde que se liguem para formar uma área fechada, é formado um plano de divisão.

Utilização de arcos, preenchimentos e pistas

Recomenda-se que, se utilizar arcos para dividir o plano, coloque um segmento curto de trilho entre os segmentos de arco. Note que a utilização de um preenchimento (Place » Fill) não cria um plano dividido; cria apenas uma área vazia. Pode utilizar preenchimentos para criar as arestas exteriores do plano dividido, colocando-os em vez de linhas, por exemplo.

Se colocar trilhos em vez de linhas utilizando o Place » Interactive Routing comando, certifique-se de que as pistas estão definidas como No Net e que o plano dividido esteja associado ao nome de rede adequado.

Atribuir uma rede a um plano dividido

Para verificar se cada região de divisão está corretamente definida, clique uma vez numa divisão; se for uma região fechada, apenas essa área ficará destacada.

Um plano de divisão destacado.

Se a área ficar destacada, clique duas vezes nessa área para abrir a Split Plane caixa de diálogo para verificar ou definir a atribuição da rede. Selecione o nome da rede do plano de divisão a partir da lista suspensa na caixa de diálogo que inclui todas as redes atualmente carregadas para o projeto.

Atualização das ligações do plano de divisão

Após mover ou colocar objetos no espaço de desenho, a forma de um plano de divisão pode ser alterada, o que não é atualizado automaticamente na visualização. Selecione Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer ou Rebuild Split Planes on All Layers para recalcular e redesenhar os planos.

Colocação de faixas numa camada de plano

Uma vez que as camadas de plano são construídas em negativo, uma pista colocada numa camada de plano de alimentação cria um vazio no cobre e, por conseguinte, não é estabelecida qualquer ligação. Por este motivo, não é possível utilizar uma única pista numa camada de plano para traçar uma rede. Se pretender traçar uma rede numa camada de plano de alimentação, tem de criar uma ilha de cobre muito fina com o tamanho da pista que pretende utilizar. Ao criar um contorno de linhas à volta da área que irá funcionar como uma pista (Place » Line), cria-se um plano dividido que pode então ser atribuído à rede pretendida.

Em alternativa, se houver várias ligações a traçar na mesma camada que o plano, é provavelmente mais eficiente utilizar uma camada de sinal para traçar as ligações e, em seguida, utilizar um plano poligonal (preenchimento de cobre) para criar o plano de alimentação.

Revisão e edição de planos de divisão

Omodo Split Plane Editor permite-lhe visualizar e gerir facilmente os planos divididos do projeto atual da PCB. Este modo do painel está dividido em três regiões:

• Layers - esta região apresenta todas as camadas de planos internas atualmente definidas no projeto e o número de planos divididos existentes por camada.
• Split Planes - esta região apresenta os planos divididos contidos numa entrada selecionada da Layers região.
• Pads/Vias On Split Plane - esta região é preenchida com pads e vias a partir de uma entrada selecionada na Split Planes região do painel.

Região de Camadas

A Layers região do painel apresenta todas as camadas de planos internos atualmente definidas para o projeto. Dentro da região, a Split Count coluna indica quantos planos divididos existem para a 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 dos Planos Divididos

Após selecionar uma entrada na Layers região, todos os planos divididos nessa camada de plano e as suas redes atribuídas serão carregados na Split Planes região do painel.

Para cada entrada, é Node Count é exibido. Este valor reflete o número total de pads e vias que estão ligados a essa região de plano dividido.

Clique duas vezes (ou clique com o botão direito do rato e selecione Properties no menu de contexto) numa rede com planos de divisão para abrir a Split Plane caixa de diálogo, que pode ser utilizada para alterar a rede à qual o plano dividido está atribuído.

Pads/Vias na Região do Plano Dividido

Clicar com o botão direito do rato em «Pad» ou «Via» na Split Planes região do painel e, em seguida, selecionar Properties no menu de contexto abrirá o Properties para essa primitiva.

Eliminar um plano dividido

Uma vez que uma divisão é formada quando uma região num plano é isolada, a remoção de qualquer objeto que forme o limite da divisão irá eliminar essa divisão. Por conseguinte, para eliminar planos de divisão, elimine as primitivas delimitadoras, por exemplo, as linhas ou outras primitivas que criam o contorno do plano de divisão. Lembre-se de que as faixas de recuo só podem ser eliminadas removendo o plano interno da pilha de camadas.

Verificação de Regras de Projeto (DRC) para Planos de Divisão

Pode verificar e gerar relatórios sobre planos de divisão durante a verificação em lote das regras de projeto (DRC) para as seguintes regras:

• Planos quebrados
• Regiões de cobre inativas
• Ligações térmicas com deficiência de calor.

Estas opções estão disponíveis no DRC Report Options na caixa de diálogo «Design Ruler Checker», à qual se acede selecionando Tools » Design Rule Check nos menus principais. Ative as opções pretendidas para que sejam verificadas e indicadas durante o DRC em lote.

Quando o relatório for criado, quaisquer violações destas regras serão apresentadas no relatório. Clique no relatório para apresentar o erro associado no editor de PCB.

Planos interrompidos

Os planos quebrados ocorrem quando uma área do plano que tem conectividade com a rede fica eletricamente desligada do resto do plano. Um exemplo em que isto pode ocorrer é um conector que é colocado sobre um plano dividido, mas que não está ligado a ele. Os espaços vazios à volta dos pinos unem-se para cortar completamente o cobre do plano, dividindo-o efetivamente em duas partes.

Plano partido a apresentar um erro de DRC (verde brilhante).

Cobre inativo

Por «cobre inativo» entende-se secções de cobre que não têm conectividade com a rede e que também ficam eletricamente desligadas do plano original. Um exemplo em que isto pode ocorrer é um conector (não ligado ao plano) com pinos muito próximos uns dos outros, em que os espaços vazios à volta dos pinos se unem para isolar áreas do cobre do plano do resto do plano.

Região de cobre inativo a apresentar um erro de DRC (verde brilhante).

Ligações térmicas com deficiência

As ligações térmicas são ligações ao plano com «recortes» de alívio térmico à sua volta para reduzir a condutividade térmica para o cobre do plano. As ligações térmicas podem ficar «insuficientes» quando a área de superfície dos raios de cobre que as ligam ao plano é reduzida por áreas vazias. Esta regra também verifica a área de superfície da ligação térmica (não apenas os raios) em relação a quaisquer áreas vazias que invadam a ligação térmica.

Ligação térmica com deficiência a apresentar um erro de DRC (verde brilhante).

Notas sobre planos divididos

• As verificações DRC de planos divididos são realizadas apenas no modo em lote.
• É necessário executar novamente o DRC em lote 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 quebrados e cobre inativo requerem a Un-Routed Net regra (Electrical categoria) esteja Batch ativada.