Adicionando Via Stitching e Via Shielding

A costura de vias é uma técnica usada para interligar áreas maiores de cobre em diferentes camadas, criando, na prática, uma forte conexão vertical através da estrutura da placa, ajudando a manter uma baixa impedância e loops de retorno curtos. A costura de vias também pode ser usada para conectar áreas de cobre que, de outra forma, poderiam ficar isoladas, de volta à sua net.

A blindagem por vias tem uma função diferente; em projetos de RF, ela é usada para ajudar a reduzir a diafonia e a interferência eletromagnética em uma trilha que conduz um sinal de RF.  Uma blindagem por vias, também conhecida como cerca de vias, é criada posicionando uma ou mais fileiras de vias ao longo do caminho de roteamento do sinal. No Altium Designer, isso é chamado de blindagem por vias.

O Altium Designer oferece suporte tanto à costura de vias quanto à blindagem por vias. Como o processo de adicionar vias de costura ou de blindagem é semelhante, esta página aborda ambos os tópicos.

A costura de vias ajuda a criar fortes conexões verticais através da placa, ajudando a manter as impedâncias e a encurtar os loops de retorno.

A blindagem por vias é usada para criar uma "cerca" para proteger a net contra diafonia e interferência eletromagnética.

 

Adicionando Vias de Costura

A costura de vias é executada como um pós-processamento, preenchendo áreas livres de cobre com vias de costura. Para que a costura de vias seja possível, deve haver regiões sobrepostas de cobre anexadas à net especificada, em diferentes camadas. As regiões de cobre suportadas incluem: Fills, Solid RegionsPolygons e Power Planes.

Para adicionar vias de costura a uma net, selecione o comando Tools » Via Stitching/Shielding » Add Stitching to Net nos menus. A caixa de diálogo Add Stitching to Net será aberta, onde são especificados NetStitching ParametersVia Style. Quando o botão OK é clicado, o algoritmo de costura identifica todos os preenchimentos, regiões sólidas, polígonos e planos de alimentação conectados à net selecionada e tenta conectá-los através da placa, usando a via especificada e o padrão de costura.  

Novos conjuntos de vias de costura são configurados na caixa de diálogo Add Stitching to Net; os conjuntos de vias existentes são então editados na caixa de diálogo Via Stitching () ou no painel Properties (). Os campos de todos esses três são descritos abaixo.

Notas sobre Costura de Vias

  • Primeiro selecione a Net a ser usada para a costura, pois isso afeta o comportamento de outras opções, como clicar no botão Load values from Routing Via Style Rule. Se a net já estiver selecionada no espaço de projeto, essa net será escolhida automaticamente quando você abrir a caixa de diálogo Add Stitching to Net.

  • Os shielding vias são identificados por VSnVde Scostura, em que o valor numérico n identifica esta via como pertencente à mesma união de costura de vias que outras vias com o mesmo identificador numérico.

  • O estilo de conexão da via (alívio ou direto) é: definido pela restrição de projeto Polygon Connect Style aplicável para polígonos, pela restrição de projeto Plane Connect Style aplicável para planos de alimentação, com conexões diretas para regiões sólidas e preenchimentos.

  • Depois que a costura estiver concluída, será necessário refazer o preenchimento de todos os polígonos afetados onde as vias se conectam usando um estilo de conexão por alívio.

  • Cada conjunto de stitching vias é adicionado a uma união; defina o painel PCB como Unions para explorar essas uniões ().

  • Para editar um conjunto de stitching vias, clique duas vezes em qualquer via do conjunto para abrir a caixa de diálogo Via Stitching ou o painel Properties, se ele estiver configurado para abrir com duplo clique (). Como alternativa, arraste um retângulo de seleção interna (da esquerda para a direita) que inclua uma ou mais stitching vias e, em seguida, edite as configurações no painel Properties.

  • O conjunto de vias pode ser removido executando o comando Tools » Via Stitching » Remove Via Stitching Group  e, em seguida, clicando em qualquer via do grupo. 

  • O algoritmo de via stitching trata polígonos, preenchimentos, regiões sólidas e planos de alimentação da seguinte forma:

    1. Polígonos, regiões e preenchimentos que estejam na mesma net são interligados por costura sempre que se sobrepõem em camadas diferentes. Se houver polígonos, regiões ou preenchimentos em outras nets sobrepostos dentro dessa área (em outra camada), a costura não será aplicada nessa região. Regiões de plano sobrepostas em outras nets são atravessadas.

    2. Regiões de plano sobrepostas na net de destino são sempre interligadas por costura, independentemente da presença de regiões de plano (em outra camada) conectadas a outras nets. A Regra 1 acima se aplica se houver polígonos, regiões ou preenchimentos sobrepostos na mesma região.

      To summarize these two rules - em outras camadas, camadas de plano de outras nets são sempre perfuradas pelas stitching vias, mas polígonos, regiões ou preenchimentos de outras nets não são. Se o projeto incluir polígonos de outras nets dentro de uma área que requer stitching vias, coloque temporariamente esse(s) polígono(s) em shelf, defina as stitching vias e depois restaure e refaça o preenchimento do(s) polígono(s). Saiba mais sobre colocar polígonos em shelf e refazer seu preenchimento

Modificando a Área de Via Stitching

O conjunto de vias em cada área única de via stitching é agrupado em uma união. Toda a união pode ser movida, e a área também pode ser redimensionada.

Arraste uma janela de seleção da esquerda para a direita para selecionar uma área de stitching e, em seguida, mova ou redimensione posicionando o mouse para obter o cursor correto.

Adicionando Shielding Vias a uma Net

O via shielding é usado para isolar uma net de possíveis interferências ou acoplamento de sinais próximos. Os shielding vias devem ser espaçados de acordo com a maior frequência contra a qual se deseja proteção. O projeto correto da blindagem é essencial; uma cerca mal projetada pode, na verdade, contribuir para problemas de EMI se o espaçamento estiver na frequência de ressonância de um sinal próximo. Isso é discutido com mais detalhes na seção Notas sobre Via Shielding.

Para posicionar uma blindagem de vias ao redor de uma net roteada, selecione o comando Tools » Via Stitching/Shielding » Add Shielding to Net nos menus. A caixa de diálogo Add Shielding to Net será exibida, onde você configurará o Net to Shield e outros Shielding Parameters, a Net de referência e o Via Style conforme necessário. As vias serão posicionadas ao longo dos dois lados da(s) net(s) escolhida(s), sempre que for possível posicionar uma via que esteja em conformidade com as regras de projeto aplicáveis.

Novos conjuntos de shielding vias são configurados na caixa de diálogo Add Shielding to Net; conjuntos de vias existentes são então editados na caixa de diálogo Via Shielding () ou no painel Properties ().  Os campos de todos esses três são descritos abaixo.

Notas sobre Blindagem por Via

  • Selecione primeiro a Net a ser blindada, pois isso afeta o comportamento de outras opções, como clicar no botão Load values from Routing Via Style Rule. Se a net já estiver selecionada no espaço de projeto, essa net será escolhida automaticamente quando você abrir a caixa de diálogo Add Shielding to Net.

  • As vias de blindagem são identificadas por VSHnVia SHielding, onde o valor numérico n identifica essa via como pertencente à mesma união de blindagem por via que outras vias com o mesmo identificador numérico.

  • O estilo de conexão da via (alívio ou direta) é: definido pela restrição de projeto Polygon Connect Style aplicável para polígonos e pela restrição de projeto Plane Connect Style aplicável para planos de alimentação.

  • Quando o stitching for concluído, será necessário refazer o pour de todos os polígonos impactados que tenham uma regra de projeto Polygon Connect Style aplicável especificando um estilo de conexão em alívio.

  • Cada conjunto de vias de blindagem é adicionado a uma união; defina o painel PCB para o modo Unions para explorar essas uniões ().

  • Para editar um conjunto de vias de blindagem, clique duas vezes em qualquer via do conjunto para abrir a caixa de diálogo Via Shielding  ou o painel Properties, se ele estiver configurado para abrir com duplo clique (). Como alternativa, arraste um retângulo de seleção por contenção (da esquerda para a direita) que inclua uma ou mais vias de blindagem e, em seguida, edite as configurações no painel Properties.

  • O conjunto de vias pode ser removido executando o comando Tools » Via Stitching/Shielding » Remove Via Shielding Group e, em seguida, clicando em qualquer via do grupo.

  • Você pode executar blindagem parcial de net ou blindagem de múltiplas nets:

    • Se você não quiser blindar a net inteira, selecione primeiro os segmentos de trilha necessários e depois faça a blindagem com a opção Selected Objects ativada.

    • Para blindar várias nets adjacentes, selecione as nets no espaço de projeto e, em seguida, faça a blindagem com a opção Selected Objects ativada.

    • Observe que um par diferencial pode ser blindado usando a técnica de múltiplas nets Selected Objects ou escolhendo qualquer uma das nets do par diferencial na lista suspensa Net to Shield.

  • Use a opção Add shielding copper para adicionar um polígono que envolva as vias de blindagem; inclua a opção Add clearance cutout para recortar o polígono de forma que ele apenas envolva as vias. Leia o tópico Incluindo Cobre de Blindagem com as Vias de Blindagem abaixo para saber mais sobre essas opções.

O tamanho e o posicionamento das vias de blindagem não são uma ciência exata, mas há diretrizes estabelecidas com base em testes empíricos. 

  • M K Armstrong, em seu artigo intitulado "PCB design techniques for lowest-cost EMC compliance Part 1", recomenda:

"Stitching com espaçamento máximo de λ/20, com comprimentos de stub não maiores do que isso. Esta é, na verdade, uma regra muito boa para fazer stitching de qualquer preenchimento de terra ao plano de terra em um projeto multicamadas. λ é o comprimento de onda da frequência significativa mais alta do projeto (assuma uma frequência de 1 GHz se não souber), onde:

f = C / λ

NB: C (velocidade da luz) será de aproximadamente 60% da velocidade no espaço livre para a radiação EM que se propaga através de uma PCB dielétrica FR4."

  • Como observado na discussão do fórum(5) referenciada abaixo, para uma PCB com antena embarcada, "a distância entre vias deve ser, no máximo, 1/4 do seu comprimento de onda ressonante." 

  • A discussão do fórum(5) também faz referência a uma nota técnica, que afirma que "a regra prática comum é posicionar stitch vias com espaçamento não maior que λ/10 e, de preferência, tão frequente quanto λ/20."

Incluindo Cobre de Blindagem com as Vias de Blindagem

Além de adicionar vias de blindagem ao longo de cada lado do roteamento, você também pode incluir cobre de blindagem, como mostrado nas imagens abaixo. Para fazer isso, ative a opção Add shielding copper na caixa de diálogo Via Shielding . Esse cobre é criado como um polígono, portanto obedece às regras de projeto Clearance e Polygon Connect Style aplicáveis.

A opção Add shielding copper adicionará um polígono que envolve as vias de blindagem. A borda do polígono que fica afastada da net blindada tocará a borda das vias. A borda do polígono adjacente à net blindada ficará recuada em relação à net de acordo com a regra de projeto Clearance aplicável. Se a opção Add clearance cutout também estiver ativada, o polígono ficará recuado em relação à net blindada de acordo com a configuração Distance na caixa de diálogo Add Shielding to Net. Passe o cursor sobre a imagem abaixo para ver a diferença.

Vias de blindagem ao redor de uma net com a opção de recorte de afastamento ativada e

vias de blindagem ao redor de uma net com a opção de recorte de afastamento desativada.

 

Selecionando ou Editando Vias de Stitching ou Blindagem

Para simplificar o processo de trabalhar com uma matriz de vias de stitching/blindagem, ambos os tipos são automaticamente agrupados em uma união. As uniões são gerenciadas por meio do painel PCB.

Selecionando usando o Painel PCB

Para selecionar a matriz, altere o painel PCB para o modo Unions e selecione a união Via Stitching ou Via Shielding necessária. Todas as vias que fazem parte dessa matriz serão selecionadas se a caixa de seleção Select estiver ativada no painel (como mostrado na imagem abaixo). Como alternativa, clique duas vezes em qualquer via da matriz para abrir o painel Properties e editar a matriz.

Use o painel PCB no modo Unions para selecionar todas as vias em uma matriz de stitching ou blindagem. Nesta imagem, todas as quatro uniões de vias de blindagem estão selecionadas.
Use o painel PCB no modo Unions para selecionar todas as vias em uma matriz de stitching ou blindagem. Nesta imagem, todas as quatro uniões de vias de blindagem estão selecionadas.

Selecionando Interativamente um Conjunto de Vias

Comportamento da seleção:

  • Uma via individual de stitching/blindagem pode ser selecionada e excluída.

  • Se a opção Popup Selection Dialog estiver ativada em Preferences (), clicar em uma via individual que pertença a uma união exibirá uma lista que inclui a união, como mostrado na imagem acima. Quando uma união é selecionada, essa união de vias pode ser excluída na área de trabalho ou editada no painel Properties

  • Se a caixa de diálogo Popup Selection não estiver ativada, clicar em uma via individual que pertença a uma união se comportará da seguinte maneira:

    • O primeiro clique selecionará a via individual.

    • O segundo clique e os subsequentes selecionarão o próximo objeto na ordem de seleção usada quando há objetos sobrepostos: por exemplo, componente, polígono, união de vias (se esses objetos estiverem sob o cursor).

    • Como alternativa, depois que o primeiro clique selecionar a via individual, pressione o atalho Shift+Tab para invocar o comando Select Overlapping. Continue pressionando Shift+Tab para percorrer os objetos sobrepostos, selecionando cada um por sua vez.

     

  • Uma união de stitching restrita a uma área pode ser selecionada arrastando uma janela de seleção por contenção ao redor de qualquer via da união (arraste da esquerda para a direita), como demonstrado na animação na seção Modificando uma Área de Via Stitching Definida pelo Usuário desta página.

Editando um Conjunto de Vias

As propriedades de um conjunto de vias de stitching ou blindagem podem ser editadas depois que ele for selecionado, no modo Via Stitching ou Via Shielding do painel Properties. Clique duas vezes em qualquer via do conjunto para abrir o painel.

Um exemplo de uma edição sendo realizada em vias de stitching no painel Properties.Um exemplo de uma edição sendo realizada em vias de stitching no painel Properties.

Depois de editar uma propriedade no painel e pressionar Enter no teclado, a mensagem Changes pending e os botões aparecem na parte superior do painel — clique em Apply para concluir sua ação de edição.

Leitura adicional

  1. Para obter informações sobre todos os aspectos do projeto de PCB, consulte o site da Printed Circuit Design and Fab Magazine. O site é um excelente recurso para tópicos técnicos, como o papel de uma "via fence" (inclua as aspas para melhorar a qualidade dos resultados da pesquisa).

  2. Artigo da Wikipedia, Via Fence

  3. Estudos sobre acoplamento de vias em placas de circuito impresso multicamadas

  4. Um artigo que apresenta os princípios básicos da propagação de ondas eletromagnéticas em uma estrutura de PCB - Boas práticas em projeto de placas de circuito

  5. Um fórum de discussão em que a pergunta Via fences for noise reduction of a chip antenna? foi feita

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