Internal Power & Split Planes

Planos de alimentação

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

O editor de PCB suporta até 16 planos de alimentação internos. Pode atribuir uma net a cada uma destas camadas ou partilhar um plano de alimentação entre várias nets, 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 restantes regiões tornam-se cobre sólido.

Criar planos internos

Os planos de alimentação internos são adicionados a um projeto de PCB através do 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. É adicionado um novo plano interno à pilha de camadas. Utilize o modo Layer Stack Manager do painel Properties para definir as propriedades da camada de plano interno selecionada. As alterações efetuadas no Layer Stack Manager têm de ser guardadas para ficarem disponíveis no editor de PCB.

Visualizar planos

Para visualizar uma camada de plano no espaço de desenho, tem primeiro de ativar a apresentação da camada no separador Layer & Colors do painel View Configuration . 

Atribuir uma net a um plano

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

1. Torne a camada de plano a camada ativa no espaço de desenho (clique num separador de camada na parte inferior do editor para tornar essa camada a camada ativa).
2. Faça duplo clique em qualquer ponto dentro do contorno da forma da placa. 
3. A caixa de diálogo Split Plane será aberta; selecione a net pretendida na lista Connect to Net. Tenha em atenção que a caixa de diálogo não será aberta se a camada ativa não for uma camada de plano.

Depois de selecionar uma camada de plano de alimentação, faça duplo clique em qualquer ponto dessa camada para atribuir uma net.

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

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

As camadas de plano também podem ser divididas em áreas separadas, sendo cada área atribuída a uma net diferente. Saiba mais sobre definir planos divididos.

Recuo da camada de plano

Quando é adicionado um plano de alimentação, é criado automaticamente um conjunto de pistas de recuo em torno da forma da placa para afastar o plano da borda da placa. As pistas de recuo não podem ser editadas no ecrã, uma vez que a sua largura é definida como a propriedade Pullback distance no Layer Stack Manager (mostrar imagem). Quando o valor de recuo de um plano interno é alterado, estas pistas são regeneradas automaticamente.

Criar secções blow-out 

Para fazer o 'blow out' de secções de um plano, ou seja, criar regiões sem cobre, pode colocar linhas, arcos ou preenchimentos utilizando os comandos Place 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 as Plane regras de projeto definidas na caixa de diálogo PCB Rules and Constraints Editor (Design » Rules). Pode criar regras adicionais para pads e vias com 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 por ligação direta ou por ligação com alívio térmico. As ligações com alívio térmico são utilizadas para isolar termicamente o pino ligado do plano de cobre sólido quando a placa é soldada. As regras de projeto no editor de PCB permitem-lhe definir a forma do alívio térmico de cada pad, ou de todos os pads, ligados ao plano de alimentação.

A regra de projeto Power Plane Connect Style 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

Existe também suporte especial para ligar pinos de alimentação SMD a camadas de plano de alimentação. Os pads SMD numa net ligada a um plano de alimentação são automaticamente identificados como ligados ao plano apropriado. O auto-router conclui a ligação física destes pads colocando um fanout, que é uma pista curta e uma via com uma ligação de alívio ou direta à camada de plano.

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

Quando uma net é atribuída a um plano de alimentação, aparecerá uma pequena cruz em cada pad dessa net na camada de plano de alimentação apropriada. A cruz é apresentada como '+' para uma ligação de alívio e como 'x' para uma ligação direta. Como os pads ligados diretamente têm cobre sólido até ao pino, apresentam a cor do plano até ao furo do pad.

Pads que não se ligam a um plano de alimentação

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

Ligar vias a planos de alimentação

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

Considerações de fabrico

Consulte o seu fabricante relativamente às propriedades dimensionais adequadas para quaisquer ligações com alívio térmico. Verifique também se os pads ou vias que não ligam não rodeiam completamente um pad ligado, pois isso pode fazer com que o pad ligado fique isolado e desligado por engano. Certifique-se de que não remove cobre em excesso e de que é encontrado um equilíbrio entre o máximo de cobre e um fabrico economicamente viável.

Desligar pads e vias do plano

Pode utilizar queries nas regras de projeto Power Plane Connect Style para limitar ainda mais quais os pads ou vias que se ligam 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, têm de ser selecionadas por propriedades físicas, como o diâmetro da via.

Definir o âmbito de pads e vias específicos que não se ligam a um plano de alimentação

Para desligar, por exemplo, apenas pads com um nome de designador específico iniciado por U7, pode utilizar a query (ObjectKind = 'Pad') e (Name Like 'U7-*') para definir o âmbito de uma regra de projeto Power Plane Connect Style . O estilo de ligação seria definido como No Connect. Outra query, como (ObjectKind = 'Pad') e (HoleSize = 25), direcionaria apenas esses pads com um tamanho de furo de 25 mils.

Ao trabalhar com vias que não pretende ligar, pode modificar as vias para incluir uma propriedade especial que as identifique de forma única, como um diâmetro de via diferente, e depois definir o âmbito de uma nova regra de projeto Power Plane Connect Style com um estilo de ligação No Connect para corresponder apenas a essas vias. A query (ObjectKind = 'Via') And (ViaDiameter = '24') poderia ser utilizada para direcionar vias com um diâmetro de 24 mil, por exemplo. A query InNet('VCC') e IsVia poderia ser utilizada para direcionar apenas vias ligadas à net VCC.

Em alternativa, se não conseguir selecionar vias utilizando os métodos acima, pode convertê-las em free pads e depois usar os nomes das pads para definir o âmbito. Para o fazer, selecione as vias que não quer ligar, converta-as em free pads (Tools » Convert » Convert Selected Vias to Free Pads) e atribua-lhes a todas o mesmo nome de Designator, por exemplo, NoPlaneConnect. Em seguida, adicione uma nova regra de desenho Power Plane Connect Style e especifique o âmbito (ObjectKind = 'Pad') e (Name = 'Free‑NoPlaneConnect') da regra. Selecione também No Connect como o Connect Style. Todas as free pads com o nome NoPlaneConnect serão desligadas de todas as camadas do power plane.

Remover um Plano Interno

Para remover um plano interno, clique com o botão direito na camada no Layer Stack Manager  e depois escolha Delete layer no menu de contexto. É aberta uma caixa de diálogo de confirmação a avisar que todos os primitivos da camada serão removidos com a eliminação da camada. Clique em Yes para confirmar.

Planos Divididos

Um plano dividido é uma região fechada num plano interno que divide o plano em áreas eletricamente isoladas separadas. Cada região é definida colocando linhas de contorno para abranger todos os pinos dessa net. Cada área é depois atribuída a uma net diferente, criando dois ou mais planos divididos numa camada interna de power plane.

Os power planes podem ser divididos em qualquer número de regiões separadas. Este processo de divisão é como cortar ou fatiar o plano em secções, em que a largura da linha colocada define a distância de separação. Os power planes são construídos em negativo, pelo que estas linhas de contorno especiais se tornam numa faixa sem cobre, criando assim a separação entre esta net e a(s) net(s) adjacente(s) no plano.

Planos divididos num plano interno

Normalmente, a net com o maior número de pads é primeiro atribuída ao plano interno e, em seguida, são definidas regiões (separadas) para as outras nets que pretende ligar através deste plano. Quaisquer pads que não possam ser abrangidas na região do plano dividido continuam a apresentar uma linha de ligação, indicando que têm de ser ligadas numa camada de sinal.

Examinar as Áreas do Plano Dividido

Também pode selecionar planos internos e os seus conteúdos para visualização usando o modo Split Plane Editor , disponível no menu pendente na parte superior do painel PCB , conforme mostrado abaixo.

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

Ao configurar as opções de realce na parte superior do painel (Select, Zoom, etc.), pode – depois de definir a camada ativa para a camada do plano pretendida – clicar uma vez numa Net Name para localizar uma área de plano dividido e as pads e vias que a ela se ligam (toda a área dentro dos pullback / split plane tracks é realçada). Fazendo duplo clique numa Net Name no painel, abrirá a caixa de diálogo Split Plane, onde a net atribuída a esse plano dividido pode ser alterada.

Utilizar Vários Planos Divididos num Projeto

São suportadas divisões dentro de divisões (divisões aninhadas ou ilhas), pelo que não precisa de criar uma divisão exterior em torno da divisão interior. Se quiser subdividir ainda mais um plano dividido, pode continuar a adicionar objetos na camada do power plane dentro de um plano dividido existente para criar outras regiões eletricamente isoladas.

Sugestões de Visualização ao Definir um Plano Dividido

Quando define uma área dividida num power plane, por vezes pode ser difícil ver todas as pads que a área dividida tem de abranger. Para tornar mais visíveis as pads da net que pretende ligar ao plano dividido, sugerem-se 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 ver a representação física dos planos, incluindo áreas vazias e ligações thermal relief. Para facilitar a deslocação na placa em 3D, ajuste a espessura da placa para aumentar a distância vertical entre camadas. O controlo Board thickness (Scale) está localizado na região 3D Settings do separador View Options do painel View Configuration.

• Mostre apenas o número mínimo de camadas (por exemplo, a camada Keep Out, a Multi-layer, quaisquer camadas mecânicas necessárias) e o power plane que está a ser utilizado. Desative as outras camadas no painel View Configuration.
• Oculte todas as linhas de ligação (View » Connections » Hide All). Em algumas situações, pode ser útil mostrar uma net individual para a qual pretende criar um plano dividido (View » Connections » Show Net).
• Defina o atributo de cor de cada net no plano dividido para uma cor diferente selecionando Nets no painel PCB e depois fazendo duplo clique num nome de net para abrir a caixa de diálogo Edit Net dialog.
• Para mostrar todas as pads associadas a uma net, clique nessa net no plano interno no painel PCB para ocultar todas as outras pads.
• Atribua a net com o maior número de pads ao power plane interno e depois utilize queries como InNet('A') ou InNet('B') no painel PCB List para mostrar as nets, por exemplo, algumas com thermal relief e outras sem, para distinguir as pads a incluir num novo plano dividido.
• Para mostrar apenas os objetos e primitivos em planos internos, utilize a query OnPlane no painel PCB Filter.

Definir um Plano Dividido

No Altium Designer, pode colocar qualquer configuração de linhas, arcos, tracks e fills ao longo de um power plane interno para definir um plano dividido. Assim que estes isolarem uma parte do plano do restante, é criado um novo plano dividido. Em seguida, é associada uma net ao novo plano dividido. A forma mais fácil de definir planos divididos é usar o comando Place » Line e depois desenhar o contorno do plano dividido sobre o power plane.

Criar um plano dividido com o comando Place » Line .

Isto cria uma linha no artwork para deixar uma zona sem cobre, o que, por sua vez, divide os planos. A largura da linha torna-se a largura de separação. Quando clica com o botão direito 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 power plane interno durante a colocação da linha, prima Tab para abrir a caixa de diálogo Line Constraints e altere o valor de Line Width.

Para dividir um power plane em dois planos divididos, pode desenhar uma linha reta através da placa, de pullback track a pullback track. Desde que as linhas se liguem às pullback tracks, formarão uma área isolada e, por conseguinte, criarão o objeto do tipo polígono que identifica o plano dividido. Certifique-se de que as linhas se ligam; o cursor muda para um círculo grande em cruz quando as linhas se ligam.

Pode criar uma forma fechada a partir de linhas, arcos e fills para definir um plano dividido de forma invulgar. Também pode usar linhas, arcos, fills ou tracks existentes na camada interna para formar parte do contorno. Desde que se liguem para formar uma área fechada, será formado um plano dividido.

Utilizar Arcos, Fills e Tracks

Recomenda-se que, se utilizar arcos para dividir o plano, coloque um pequeno segmento de track entre os segmentos de arco. Tenha em atenção que a utilização de um fill (Place » Fill) não criará um plano dividido; criará apenas uma área vazia. Pode utilizar fills para criar os limites exteriores do plano dividido, colocando-os em vez de linhas, por exemplo.

Se colocar tracks em vez de linhas utilizando o comando Place » Interactive Routing, certifique-se de que as tracks estão definidas para No Net e que o plano dividido está associado ao nome de net apropriado.

Atribuir uma Net a um Plano Dividido

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

Um plano dividido realçado.

Se a área ficar realçada, faça duplo clique nessa área 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 pendente da caixa de diálogo, que inclui todas as nets atualmente carregadas para o projeto.

Atualizar as Ligações do Plano Dividido

Depois de mover ou colocar objetos na área de desenho, a forma de um plano dividido pode ser alterada, o que não é automaticamente atualizado 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.

Colocar pistas numa camada de plano

Uma vez que as camadas de plano são construídas em negativo, uma pista colocada numa camada de power plane cria um vazio no cobre e, por isso, não é estabelecida qualquer ligação. Devido a isto, não pode utilizar uma única pista numa camada de plano para encaminhar uma net. Se quiser encaminhar uma net numa camada de power plane, tem de criar uma ilha de cobre muito fina com o tamanho da pista que pretende utilizar. Ao criar um limite de linhas em torno da área que funcionará como pista (Place » Line), cria um plano dividido que pode então ser atribuído à net pretendida.

Em alternativa, se existir um conjunto de ligações a encaminhar na mesma camada do plano, provavelmente será mais eficiente usar uma camada de sinal para encaminhar essas ligações e depois usar um polygon plane (copper pour) para criar o power plane.

Rever e editar Split Planes

O modo Split Plane Editor do painel PCB permite-lhe visualizar e gerir facilmente os split planes do desenho PCB atual. Este modo do painel está dividido em três regiões:

• Layers - esta região apresenta todas as camadas de plano interno atualmente definidas no desenho e quantos split planes existem por camada.
• Split Planes - esta região é preenchida com os split planes contidos numa entrada selecionada da região Layers.
• Pads/Vias On Split Plane - esta região é preenchida com Pads e Vias de uma entrada selecionada na região Split Planes do painel.

Região Layers

A região Layers do painel apresenta todas as camadas de plano interno atualmente definidas para o desenho. Dentro da região, a coluna Split Count indica quantos split planes existem para a camada de plano correspondente. Uma contagem de split igual a "1" significa que a camada não foi dividida e que a própria camada é considerada um único split.

Região Split Planes

Depois de selecionar uma entrada na região Layers, todos os split planes dessa camada de plano e as respetivas nets atribuídas serão carregados na região Split Planes do painel.

Para cada entrada, é apresentado um Node Count. Este valor reflete o número total de pads e vias ligados a essa região do split plane.

Faça duplo clique (ou clique com o botão direito e selecione Properties no menu de contexto) numa Net com split planes para abrir a caixa de diálogo Split Plane, que pode ser utilizada para alterar a net à qual o split plane está atribuído.

Região Pads/Vias On Split Plane 

Ao clicar com o botão direito em Pad ou Via na região Split Planes do painel e depois selecionar Properties no menu de contexto, será aberto o painel Properties associado a esse primitivo.

Eliminar um Split Plane

Uma vez que um split é formado quando uma região num plano é isolada, remover qualquer objeto que forme o limite do split irá remover esse split. Por isso, para eliminar split planes, elimine os primitivos delimitadores, por exemplo, as linhas ou outros primitivos que criam o contorno do split plane. Lembre-se de que as pistas de pullback só podem ser eliminadas removendo o plano interno do layer stack.

Verificação de regras de desenho de Split Planes

Pode verificar e gerar relatórios sobre split planes durante a verificação em lote das regras de desenho (DRC) para as seguintes regras:

• Planos interrompidos
• Regiões de cobre morto
• Ligações térmicas estranguladas.

Estas opções estão disponíveis em 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 reportadas durante o Batch DRC.

Quando o relatório é criado, quaisquer violações destas regras são apresentadas no relatório. Clique no relatório para mostrar o erro associado no editor PCB.

Broken Planes

Os broken planes ocorrem quando uma área do plano que tem conectividade à net fica eletricamente desligada do resto do plano. Um exemplo em que isto pode acontecer é um conector colocado sobre um split plane mas não ligado a ele. Os vazios à volta dos pinos unem-se e cortam completamente o cobre do plano, dividindo-o efetivamente em duas partes.

Broken plane a mostrar erro DRC (verde brilhante).Dead Copper

Dead copper refere-se a secções de cobre que não têm conectividade à net e que também ficam eletricamente desligadas do plano original. Um exemplo em que isto pode acontecer é um conector (não ligado ao plano) com pinos muito próximos entre si, em que os vazios à volta dos pinos se unem para isolar áreas de cobre do plano do resto do plano.

Região de dead copper a mostrar erro DRC (verde brilhante).

Starved Thermal Connections

As térmicas são ligações ao plano com "recortes" de alívio térmico à sua volta para reduzir a condutividade térmica para o cobre do plano. As térmicas podem ficar "estranguladas" 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 térmica (não apenas os raios) relativamente a quaisquer áreas vazias que invadam a térmica.

Ligação térmica estrangulada a mostrar erro DRC (verde brilhante).

Notas sobre Split Planes

• As verificações DRC de planos divididos só estão disponíveis no modo Batch.
• É necessário voltar a executar o Batch DRC 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 de cobre isolado requerem que a regra Un-Routed Net (categoria Electrical ) esteja Batch ativada.