Adicionando Via Stitching e Via Shielding

O via stitching é uma técnica usada para interligar áreas maiores de cobre em diferentes camadas, criando efetivamente uma forte conexão vertical através da estrutura da placa, ajudando a manter uma baixa impedância e laços de retorno curtos. O via stitching também pode ser usado para conectar áreas de cobre que, de outra forma, poderiam ficar isoladas, de volta à sua net.

O via shielding tem uma função diferente; em projetos de RF, ele é usado para ajudar a reduzir a diafonia e a interferência eletromagnética em uma rota que transporta um sinal de RF.  Um escudo de vias, também conhecido como cerca de vias ou picket fence, é criado posicionando uma ou mais fileiras de vias ao longo do caminho de roteamento do sinal. No Altium Designer, isso é chamado de via shielding.

O Altium Designer oferece suporte tanto a via stitching quanto a via shielding. Como o processo de adição de vias de stitching ou de shielding é semelhante, esta página aborda ambos os tópicos.

 
 
 
 
 

O via stitching ajuda a criar fortes conexões verticais através da placa, ajudando a manter as impedâncias e a encurtar os laços de retorno.

O via shielding é usado para criar uma "cerca" para proteger a net contra diafonia e interferência eletromagnética.

 

Adicionando Vias de Stitching

O via stitching é executado como um pós-processo, preenchendo áreas livres de cobre com vias de stitching. Para que o via stitching seja possível, deve haver regiões sobrepostas de cobre conectadas à net especificada, em camadas diferentes. As regiões de cobre suportadas incluem: Fills, Solid RegionsPolygons e Power Planes.

Para adicionar vias de stitching 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 o NetStitching ParametersVia Style. Quando o botão OK é clicado, o algoritmo de stitching identifica todos os fills, regiões sólidas, polígonos e power planes conectados à net selecionada e tenta conectá-los através da placa, usando o via e o padrão de stitching especificados.  

Novos conjuntos de vias de stitching são configurados na caixa de diálogo Add Stitching to Net; 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 Via Stitching

  • Primeiro selecione a Net a ser usada para o stitching, 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.

  • As vias de shielding são identificadas por VSnVia Stitching, onde o valor numérico n identifica essa via como pertencente à mesma união de via stitching que outras vias com o mesmo identificador numérico.

  • O estilo de conexão da via (em alívio ou direta) é: definido pela restrição de projeto Polygon Connect Style aplicável para polígonos, pela restrição de projeto Plane Connect Style aplicável para power planes, com conexões diretas para regiões sólidas e fills.

  • Quando o stitching estiver concluído, você precisará refazer o preenchimento de todos os polígonos afetados onde as vias se conectam usando um estilo de conexão em alívio.

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

  • Para editar um conjunto de vias de stitching, 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 vias de stitching e depois edite as configurações no painel Properties.

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

  • O algoritmo de via stitching trata polígonos, fills, regiões sólidas e power planes da seguinte forma:

    1. Polígonos, regiões e fills que estão na mesma net recebem stitching sempre que se sobrepõem em camadas diferentes. Se houver polígonos, regiões ou fills em outras nets que se sobreponham dentro dessa área (em outra camada), o stitching não é aplicado nessa região. Regiões de plane sobrepostas em outras nets são atravessadas.

    2. Regiões de plane sobrepostas na net de destino sempre recebem stitching, independentemente da presença de regiões de plane (em outra camada) conectadas a outras nets. A Regra 1 acima se aplica se houver polígonos, regiões ou fills sobrepostos na mesma região.

      To summarize these two rules - em outras camadas, camadas de plane de outras nets são sempre perfuradas pelas vias de stitching, mas polígonos, regiões ou fills de outras nets não. Se o projeto incluir polígonos de outras nets dentro de uma área que exija vias de stitching, suspenda temporariamente esse(s) polígono(s), defina as vias de stitching e depois reative e refaça o preenchimento do(s) polígono(s). Saiba mais sobre suspender e refazer o preenchimento de polígonos

Modificando a Área de Via Stitching

O conjunto de vias em cada área exclusiva de via stitching é agrupado em uma união. A união inteira 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 Vias de Shielding a uma Net

O via shielding é usado para isolar uma net de possível interferência ou acoplamento de sinais próximos. As vias de shielding devem ser espaçadas de modo a atender à frequência mais alta contra a qual se deseja proteção. O projeto correto do escudo 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 mais detalhadamente na seção Notes about Via Shielding.

Para posicionar um escudo 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 configura o Net to Shield e outros Shielding Parameters, a Net de referência e o Via Style conforme necessário. As vias serão posicionadas ao longo de ambos os 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 vias de shielding 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 com 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 rede já estiver selecionada no espaço de projeto, essa rede será escolhida automaticamente quando você abrir a caixa de diálogo Add Shielding to Net .

  • Os vias de blindagem são identificados por VSHnVia SHielding, em que o valor numérico n identifica este via como pertencente à mesma união de blindagem por via que outros vias com o mesmo identificador numérico.

  • O estilo de conexão do via (alívio ou direto) 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.

  • Depois que a costura for concluída, você precisará repour em 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 clique duplo (). Como alternativa, arraste um retângulo de seleção interna (da esquerda para a direita) que inclua um 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 realizar blindagem parcial de rede ou blindagem de múltiplas redes:

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

    • Para blindar várias redes adjacentes, selecione as redes no espaço de projeto e depois faça a blindagem com a opção Selected Objects habilitada.

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

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

O tamanho e o posicionamento dos vias de blindagem não são uma ciência exata, mas existem 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:

"Costura em no máximo λ/20, com comprimentos de stub não maiores do que isso. Esta é, na verdade, uma regra muito boa para costurar 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 aproximadamente 60% da velocidade no espaço livre para radiação EM propagando-se através de uma PCB dielétrica FR4."

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

  • A discussão no fórum(5) também faz referência a uma nota técnica, que afirma que "a regra prática comum é posicionar os stitch vias com espaçamento não maior que λ/10 e, de preferência, tão frequente quanto λ/20."

Incluindo Cobre de Blindagem com os Vias de Blindagem

Além de adicionar vias de blindagem ao longo de cada lado do roteamento, você também pode incluir cobre de blindagem, conforme mostrado nas imagens abaixo. Para fazer isso, habilite 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 os vias de blindagem. A borda do polígono que fica afastada da rede blindada tocará a borda dos vias. A borda do polígono adjacente à rede blindada ficará recuada da rede pela regra de projeto Clearance aplicável. Se a opção Add clearance cutout também estiver habilitada, o polígono será recuado da rede blindada pela 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 rede com a opção de recorte de folga habilitada e

vias de blindagem ao redor de uma rede com a opção de recorte de folga desabilitada.

 

Selecionando ou Editando Vias de Costura ou Blindagem

Para simplificar o processo de trabalhar com uma matriz de vias de costura/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, alterne o painel PCB para o modo Unions e selecione a união Via Stitching ou Via Shielding necessária. Todos os vias que fazem parte dessa matriz serão selecionados se a caixa de seleção Select estiver habilitada no painel (conforme 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 todos os vias em uma matriz de costura ou blindagem. Nesta imagem, todas as quatro uniões de blindagem por via estão selecionadas.
Use o painel PCB no modo Unions para selecionar todos os vias em uma matriz de costura ou blindagem. Nesta imagem, todas as quatro uniões de blindagem por via estão selecionadas.

Selecionando Interativamente um Conjunto de Vias

Comportamento da seleção:

  • Um via individual de costura/blindagem pode ser selecionado e excluído.

  • Se a opção Popup Selection Dialog estiver habilitada em Preferences (), clicar em um via individual que pertença a uma união exibirá uma lista que inclui a união, conforme 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 habilitada, então clicar em um via individual que pertença a uma união se comportará da seguinte forma:

    • O primeiro clique selecionará o 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 o 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 costura que esteja restrita a uma área pode ser selecionada arrastando uma janela de seleção interna ao redor de qualquer via da união (arraste da esquerda para a direita), conforme demonstrado na animação na seção Modificando uma Área de Costura por Via Definida pelo Usuário desta página.

Editando um Conjunto de Vias

As propriedades de um conjunto de vias de costura ou blindagem podem ser editadas depois que ele for selecionado, no modo Via Stitching ou no modo 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 costura no painel Properties.Um exemplo de uma edição sendo realizada em vias de costura no painel Properties.

Depois que você editar uma propriedade no painel e pressionar Enter no teclado, a mensagem e os botões Changes pending aparecerão 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 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 de busca).

  2. Artigo da Wikipedia, Via Fence

  3. Studies on Via Coupling on Multilayer Printed Circuit Boards

  4. Um artigo que apresenta os princípios básicos da propagação de ondas EM dentro de uma estrutura de PCB - Best practice in circuit board design

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

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