Trabalhando com Keepouts Específicos de Objeto em uma Placa

Um Keepout no design de PCB é uma área ou perímetro definido pelo utilizador, colocado no layout, que os objetos de cobre não podem intersectar. Normalmente incluído para controlar a área utilizada por ações automatizadas de colocação de cobre, como polygon pours e encaminhamento interativo, um Keepout também representa uma localização inválida ao colocar manualmente objetos de cobre.

Tal como especificadas as áreas de ‘proibição’ durante o layout do design, os objetos Keepout utilizam as Clearance Constraint Rules existentes para controlar o encaminhamento e detetar violações de colocação, mas, ao contrário de outros objetos colocados, não podem ser atribuídos a uma Net e não são apresentados nos Outputs gerados nem em impressões. No seu sentido mais simples, um Keepout atua como um objeto de ‘interferência’ que impede que outros objetos de cobre intersectem a sua área, conforme especificado pela regra global de Clearance. Os objetos Keepout podem ser colocados na Keep-out Layer (onde se aplicam a todas as signal layers), ou podem ser colocados numa signal layer (onde apenas se aplicam aos objetos dessa layer). 

O Altium Designer permite a criação e aplicação de Keepouts através do seu suporte para Object Specific Keepouts. Os objetos Keepout colocados podem ser configurados para especificar a que tipos de objetos se aplicam, como tracks, áreas de cobre, vias e pads, o que aumenta significativamente a flexibilidade e eficácia dos Keepouts.

Objetos Keepout de diferentes tipos colocados num design de PCB.
Objetos Keepout de diferentes tipos colocados num design de PCB.

No PCB Editor e no PCB Library Editor, os objetos Keepout são apresentados com hachura cruzada. Os objetos Keepout colocados na Keep-Out Layer (ou seja, aplicam-se a todas as signal layers) são mostrados na cor da Keep-Out Layer, enquanto os Keepouts colocados numa signal layer específica (ou seja, aplicam-se apenas a essa signal layer) aparecem na cor dessa signal layer.

Os Keepouts são ideais para definir regiões da placa onde não é possível fazer routing (como áreas eletricamente sensíveis ou de alta tensão), localizações de cobre especificamente expostas, como em Fiducials e Test Points, ou áreas mecanicamente incompatíveis (como furos de montagem ou os cantos de uma PCB). A natureza configurável dos Object Specific Keepouts também permite que sejam colocados sobre outros objetos quando Keepout Restrictions específicos tiverem sido atribuídos. Quando configurado para restringir apenas Vias, por exemplo, um Keepout pode ser colocado sobre regiões de cobre existentes (como um Polygon Pour) para controlar a extensão do Via Stitching automatizado.

Os Object Specific Keepouts podem ser colocados no PCB Editor e no PCB Library Editor.

Para mais informações sobre como colocar e editar objetos keepout de PCB, consulte as secções expansíveis abaixo:

Colocação de Keepouts

Um Keepout é colocado no espaço de desenho do editor a partir do menu Place » Keepout, onde o estilo de Keepout escolhido (Track, Fill, Region ou Arc) será colocado na camada atualmente ativa. Selecione as Propriedades do Keepout para editar as suas características físicas, restrições de camada ou restrições de tipo de objeto. As propriedades Keepout relacionadas são:

  • Restricted for Layer – define a camada Keepout e, por conseguinte, a camada da placa na qual os objetos de cobre serão restringidos (mantidos fora). Para um keepout de todas as camadas, selecione Keep-Out Layer.
  • Keepout Restrictions – determina quais os tipos de objeto que serão restringidos pelo Keepout. Desselecionar um tipo de objeto fará com que o Keepout permita violações por esse tipo de objeto (não excluído), ao não impor a Regra de Afastamento aplicável.
As áreas Keepout podem ser colocadas em todas as camadas de sinal (cobre), excluindo os planos de cobre. Quando a camada atualmente ativa da placa não é compatível com Keepouts, o comando Place » Keepout não está disponível (a cinzento).

Na imagem abaixo, os dois Keepout Fills têm aplicadas diferentes restrições de camada e de objeto. Estas permitem que o Keepout Fill da Top Layer (à esquerda) aceite um Pad de furo metalizado (TH), enquanto restringe todos os outros tipos de objeto, e que a Keep-Out Layer (à direita) aceite apenas tracks.

Exemplo de dois Keepout Fills colocados em diferentes camadas de um PCB e configurados para restringir a colocação de diferentes tipos de objeto.
Exemplo de dois Keepout Fills colocados em diferentes camadas de um PCB e configurados para restringir a colocação de diferentes tipos de objeto.

A flexibilidade inerente dos Keepouts permite a sua utilização numa vasta gama de tarefas para controlar layouts de PCB. Uma vez que os Keepouts podem ser sobrepostos, atribuídos a qualquer camada de sinal (como Top ou Bottom) e configurados para rejeitar objetos específicos, podem ser usados para controlar rigorosamente Via Stitching e Polygon Pours, por exemplo.

Controlo de Polygon Pour

No exemplo de layout de PCB mostrado abaixo, foram adicionados Keepout Fills em torno dos Pads multicamada numa região de potencial alta tensão, que necessita de isolamento elétrico suficiente em relação aos Polygon Pours ligados à massa que serão adicionados. Os Keepout Fills estão definidos para a Top Layer e configurados para restringir apenas objetos de cobre, o que irá rejeitar Polygon Pours, Fills e Regions, aceitando ao mesmo tempo tracks e pads existentes, etc. – por outras palavras, a regra de violação de Clearance aplicar-se-á apenas a objetos classificados como “copper”.

Keepout Fills colocados na Keep-Out Layer e configurados para serem aplicados apenas a objetos de cobre.
Keepout Fills colocados na Keep-Out Layer e configurados para serem aplicados apenas a objetos de cobre.

A disposição de Keepouts acima fará com que os Polygon Pours colocados nas camadas de sinal (neste caso, as camadas Top e Bottom) evitem as três áreas de Keepout. No entanto, a pads da camada superior associada à área em questão não terá clearance adequado por parte do Top Layer Pour.

Neste caso, podem ser adicionados mais Keepouts à Top Layer para que o respetivo Polygon Pour evite todos os pads relacionados a uma distância adequada. Na imagem mostrada abaixo, foram adicionados mais dois Keepout Fills à Top Layer, que é aqui apresentada em modo Single Layer para maior clareza. Note que a cobertura de Keepout mostrada poderia ter sido criada a partir de uma única Region, em vez de dois Fills sobrepostos.

Keepout Fills colocados na Top Layer e configurados para serem aplicados apenas a objetos de cobre.
Keepout Fills colocados na Top Layer e configurados para serem aplicados apenas a objetos de cobre.

Quando os Polygon Pours forem finalmente adicionados ao layout, o conjunto de Keepouts controlará os pours de modo a produzir uma forma de clearance diferente para cada camada em torno da região. Note que, neste exemplo, o clearance associado aos Keepouts é maior do que o dos objetos normais devido a uma Keepout Clearance Rule personalizada (ver abaixo).

Os Polygon Pours evitam os objetos Keepout colocados.
Os Polygon Pours evitam os objetos Keepout colocados.

A influência do conjunto de Keepouts nos Polygon Pours pode ser vista claramente quando o layout é visualizado em modo Single Layer 3D, como mostrado abaixo – Top Layer à esquerda e Bottom Layer à direita.

A Top Layer (à esquerda) e a Bottom Layer (à direita) do PCB mostradas em modo Single Layer 3D.
A Top Layer (à esquerda) e a Bottom Layer (à direita) do PCB mostradas em modo Single Layer 3D.

Note que a abordagem ao controlo de áreas de Polygon Pour é usada aqui como exemplo para colocar e configurar Keepouts específicos de camada. Na prática, a área ocupada por um Polygon Pour é melhor controlada através de Polygon Pour Cutouts.

Controlo de Via Stitching

A aplicação de formas Keepout, configuradas para restringir objetos Via, em áreas de cobre multicamada pode controlar a extensão do Via Stitching automatizado (Tools » Via Stitching/Shielding). As formas Keepout podem ser definidas para qualquer camada ou para uma das camadas da área de cobre, de modo que as Vias entre essas camadas sejam “mantidas fora” (restringidas).

No exemplo mostrado abaixo, foram adicionadas formas Keepout aos cantos superior esquerdo e inferior esquerdo do layout. Estas estão configuradas para restringir objetos Via, o que impedirá o Via Stitching automatizado de colocar Vias dentro desses perímetros.

Keepout Regions configuradas para serem aplicadas apenas a vias.
Keepout Regions configuradas para serem aplicadas apenas a vias.

Para além de evitar Tracks, Pads e Vias existentes, como normalmente acontece, o Via Stitching também evita as formas Keepout conforme determinado pela Clearance Rule aplicável.

O PCB após adicionar via stitching.
O PCB após adicionar via stitching.

Keepouts em componentes

Os Keepouts são adicionados aos Footprints de componentes no PCB Library Editor usando a mesma abordagem que a aplicada no espaço de desenho do PCB Editor.

O Keepout adicionado ao Footprint do componente mostrado abaixo está configurado para restringir todos os objetos, mas permitir tracks – permitindo assim ligações Net num layout onde o componente é utilizado, ao mesmo tempo que restringe a colocação próxima de outros tipos de objeto.

O objeto Keepout também pode ser adicionado a footprints de componentes, no PCB Library Editor.
O objeto Keepout também pode ser adicionado a footprints de componentes, no PCB Library Editor.

Note que as Design Rules não são aplicadas no PCB Library Editor, pelo que o Keepout, neste caso, aceitará os Through Hole Pads que se encontram dentro dos seus limites.

Trabalhar com Keepouts

A implementação dos Object Specific Keepouts do Altium Designer reflete-se em todas as funções associadas e inclui compatibilidade com as Queries (e, portanto, com as Design Rules), o painel PCB List panel, e também documentos de desenho PCB importados/mais antigos.

Keepout Clearance Rule

Como acontece com outros objetos primitivos, a Electrical Clearance Rule atual determinará as restrições de clearance para Keepouts – ver Design » Rules. Se for necessária uma restrição de clearance diferente para Keepouts, crie uma Rule específica aplicando a verificação IsKeepOut Attribute como uma Custom Query.

Certifique-se de que a Keepout Clearance Rule personalizada está definida com prioridade superior à Clearance Rule (global) existente. No exemplo abaixo, foi criada uma rule para Keepouts (Clearance_Keepout) com o dobro da distância de restrição de clearance da Clearance Rule base (Clearance). Como mostrado na secção do layout da placa, a track encaminhada entre os dois pads evita a região Keepout (à direita) com uma margem maior do que a região Top Layer (à esquerda).

Pode ser criada uma Clearance rule adicional para objetos Keepout.
Pode ser criada uma Clearance rule adicional para objetos Keepout.

Converter objetos primitivos em Keepouts

Os objetos primitivos existentes em camadas de sinal podem ser convertidos em Keepouts, na mesma camada, usando o comando Convert Primitives to Keepouts (Tools » Convert » Convert Selected Primitives to Keepout).

Os objetos Keepout podem ser convertidos (de volta) nos seus objetos primitivos equivalentes não-Keepout usando o comando Tools » Convert » Convert Selected Keepouts to Primitives.

Um objeto primitivo pode ser convertido num objeto Keepout equivalente (e vice-versa).
Um objeto primitivo pode ser convertido num objeto Keepout equivalente (e vice-versa).

Acesso através de painéis

Os Keepouts específicos de objeto num desenho de placa podem ser acedidos através dos painéis PCB List e PCB Filter.

O painel PCB Filter permite a utilização da palavra-chave de query IsKeepOut para localizar e (opcionalmente) selecionar objetos Keepout no desenho.

O painel PCB Filter pode ser usado para localizar objetos Keepout no desenho.
O painel PCB Filter pode ser usado para localizar objetos Keepout no desenho.

O painel PCB List pode ser usado para listar, selecionar e editar o objeto Keepout do tipo selecionado – por exemplo, Keepout Fills, como mostrado na imagem do painel List abaixo. Também é mostrado um Fill normal da Top Layer (o último da lista) para comparação. Se all os Fills (ou outros tipos de objeto, como Regions) incluídos no desenho estiverem atribuídos como Keepouts, então o painel PCB List incluirá o conjunto completo de atributos de restrição do objeto Keepout.

O painel PCB List pode ser usado para listar, selecionar e editar o objeto Keepout do tipo selecionado.
O painel PCB List pode ser usado para listar, selecionar e editar o objeto Keepout do tipo selecionado.

Note que o atributo Keepout listado nos painéis PCB List é apenas de leitura, uma vez que o Fill, neste caso, está designado como um objeto Keepout. De forma semelhante, o atributo Net para objetos Keepout no painel PCB List não pode ser editado porque os objetos Keepout, por definição, não podem ser atribuídos a uma Net.

Importar desenhos PCB

O Altium Designer consegue importar ficheiros de desenho de uma vasta gama de outras ferramentas de desenho usando as capacidades de conversão automática fornecidas pelo Import Wizard (File » Import Wizard). Os objetos do tipo Keepout incluídos em ficheiros de desenho PCB de outras ferramentas de desenho, alguns dos quais específicos de objeto, são convertidos pelo Wizard em Object Specific Keepouts, quando possível.

O processo de conversão de Keepouts do Wizard é compatível com desenhos de placa de sistemas ECAD populares, como Mentor® Graphics Pads e Cadence® Allegro. A interpretação correta de Keepouts também ocorre durante o processo de exportação IDF.

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