Adicionando Via Stitching e Via Shielding

Num relance

Este artigo explica a diferença entre a costura de vias e a blindagem com vias no Altium Designer, por que cada técnica é utilizada e como o Altium Designer oferece suporte a ambas por meio de um fluxo de trabalho semelhante. Ele apresenta o processo de adição de vias de costura a uma rede, descreve as principais opções de configuração de posicionamento, espaçamento e estilo de via e explica como os conjuntos de vias existentes podem ser editados após o posicionamento. Se você deseja entender melhor quando usar a costura ou a blindagem e como configurá-las no editor de PCB, este guia ajudará você a seguir o processo com confiança. Continue lendo para tornar seu layout de PCB mais eficiente.

- Você entenderá o que a costura de vias e a blindagem com vias fazem e as diferentes finalidades que atendem no projeto de PCB.
- Você verá como adicionar vias de costura ou de blindagem no Altium Designer, incluindo as principais opções da caixa de diálogo que controlam o posicionamento e as propriedades das vias.
- Você aprenderá pontos importantes sobre espaçamento, comportamento das conexões, recálculo do preenchimento de polígonos e edição de conjuntos de vias existentes.
Aprofunde-se com a IA:

A costura com vias é uma técnica usada para interligar grandes áreas de cobre em diferentes camadas, criando uma conexão vertical robusta através da estrutura da placa e ajudando a manter uma baixa impedância e laços de retorno curtos. A costura com vias também pode ser usada para conectar à sua rede áreas de cobre que, de outra forma, ficariam isoladas.

A blindagem com 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 transporta um sinal de RF.  Uma blindagem com vias, também conhecida como cerca de vias, é criada posicionando uma ou mais fileiras de vias ao longo do trajeto da trilha do sinal. No Altium Designer, isso é chamado de blindagem com vias.

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

 
 
 
 
 

A costura com vias ajuda a criar conexões verticais robustas através da placa, contribuindo para manter as impedâncias e encurtar os laços de retorno.

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

 

Adição de vias de costura

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

Para adicionar vias de costura a uma rede, selecione o comando Tools » Via Stitching/Shielding » Add Stitching to Net nos menus. A caixa de diálogo Add Stitching to Net será aberta, na qual são especificados Net, Stitching Parameters e Via Style. Ao clicar no botão OK, o algoritmo de costura identifica todos os preenchimentos, regiões sólidas, polígonos e planos de alimentação conectados à rede selecionada e tenta conectá-los através da placa, usando a via e o padrão de costura especificados.  

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 dessas três interfaces são descritos abaixo.

Notas sobre a 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 rede já estiver selecionada no espaço de projeto, ela será escolhida automaticamente quando você abrir a caixa de diálogo Add Stitching to Net.

  • As vias de blindagem são identificadas por VSn: Via Stitching, em que o valor numérico n identifica essa via como pertencente à mesma união de costura de vias que as outras vias com o mesmo identificador numérico.

  • O estilo de conexão da via (com alívio térmico 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, com conexões diretas para regiões sólidas e preenchimentos.

  • Após concluir a costura, será necessário recalcular o preenchimento de todos os polígonos afetados nos quais as vias se conectam por meio de uma conexão com alívio térmico.

  • Cada conjunto de vias de costura é adicionado a uma união. Defina o painel PCB no modo Unions para explorar essas uniões ().

  • Para editar um conjunto de vias de costura, 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 um clique duplo (). Como alternativa, arraste um retângulo de seleção por inclusão (da esquerda para a direita) que inclua uma ou mais vias de costura e 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 costura de vias trata polígonos, preenchimentos, regiões sólidas e planos de alimentação da seguinte maneira:

    1. Polígonos, regiões e preenchimentos que pertencem à mesma rede são interligados por vias de costura onde quer que se sobreponham em camadas diferentes. Se houver polígonos, regiões ou preenchimentos de outras redes sobrepostos nessa área (em outra camada), a costura não será aplicada nessa região. As regiões de plano sobrepostas de outras redes são atravessadas.

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

      To summarize these two rules - em outras camadas, as camadas de plano de outras redes são sempre atravessadas pelas vias de costura, mas os polígonos, regiões ou preenchimentos de outras redes não são. Se o projeto incluir polígonos de outras redes em uma área que exija vias de costura, suspenda temporariamente esses polígonos, defina as vias de costura e, em seguida, restaure os polígonos e recalcule seu preenchimento. Saiba mais sobre como suspender polígonos e recalcular seu preenchimento. 

Como modificar a área de costura de vias

O conjunto de vias em cada área distinta de costura de vias 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 costura e, em seguida, mova-a ou redimensione-a posicionando o mouse para obter o cursor correto.

Adicionar vias de blindagem a uma rede

A blindagem com vias é usada para isolar uma rede de possíveis interferências ou acoplamentos de sinais próximos. O espaçamento entre as vias de blindagem deve ser adequado à frequência mais alta contra a qual se deseja proteger. O projeto correto da blindagem é essencial; uma cerca de vias mal projetada pode, na verdade, contribuir para problemas de EMI se o espaçamento corresponder à frequência de ressonância de um sinal próximo. Isso é discutido em mais detalhes na seção Notas sobre blindagem com vias.

Para posicionar uma blindagem com vias ao redor de uma rede roteada, selecione o comando Tools » Via Stitching/Shielding » Add Shielding to Net nos menus. A caixa de diálogo Add Shielding to Net será exibida, na qual você poderá configurar Net to Shield e outros Shielding Parameters, a referência Net e Via Style, conforme necessário. As vias serão posicionadas ao longo de ambos os lados das redes escolhidas, onde for possível posicionar uma via em conformidade com as regras de projeto aplicáveis.

Novos conjuntos de vias de blindagem são configurados na caixa de diálogo Add Shielding to Net; os conjuntos de vias existentes podem ser editados na caixa de diálogo Via Shielding () ou no painel Properties ().  Os campos dessas três interfaces são descritos abaixo.

Notas sobre blindagem com vias

  • 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 na área de projeto, ela será escolhida automaticamente quando você abrir a caixa de diálogo Add Shielding to Net.

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

  • O estilo de conexão das vias (com alívio térmico ou direto) é definido pela restrição de projeto Estilo de conexão de polígonos aplicável aos polígonos e pela restrição de projeto Estilo de conexão de planos aplicável aos planos de alimentação.

  • Após concluir a costura, será necessário preencher novamente todos os polígonos afetados que tenham uma regra de projeto de Estilo de conexão de polígonos aplicável especificando um estilo de conexão com alívio térmico.

  • 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 um clique duplo (). Como alternativa, arraste um retângulo de seleção por inclusão (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 clicando em qualquer via do grupo.

  • Você pode realizar a blindagem parcial de uma rede ou a blindagem de várias redes:

    • Se não quiser blindar a rede inteira, selecione primeiro os segmentos de trilha desejados e, em seguida, aplique a blindagem com a opção Selected Objects habilitada.

    • Para blindar várias redes adjacentes, selecione as redes na área de projeto e, em seguida, aplique a blindagem com a opção Selected Objects habilitada.

    • Observe que um par diferencial pode ser blindado usando a técnica Selected Objects para várias redes ou escolhendo uma das redes 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 e habilite a opção Add clearance cutout para recortar o polígono de modo que ele envolva apenas as vias. Leia o tópico Inclusão de cobre de blindagem com as vias de blindagem abaixo para saber mais sobre essas opções.

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

  • M K Armstrong, em seu artigo intitulado "Técnicas de projeto de PCB para conformidade com EMC ao menor custo — Parte 1", recomenda:

"Costura com espaçamento máximo de λ/20, com comprimentos de ramificações não superiores a esse valor. Essa é, de fato, uma regra muito boa para conectar por costura qualquer preenchimento de terra ao plano de terra em um projeto multicamadas. λ é o comprimento de onda da maior frequência significativa para o projeto (considere uma frequência de 1 GHz se ela não for conhecida), em que:

f = C / λ

Observação: C (velocidade da luz) será aproximadamente 60% da velocidade no espaço livre para a radiação eletromagnética que se propaga por uma PCB com dielétrico FR4."

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

  • A discussão do fórum(5) também faz referência a uma nota técnica, que afirma que "a regra prática comum é posicionar as vias de costura com espaçamento não superior a λ/10 e, preferencialmente, com espaçamento de λ/20".

Inclusão de 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, conforme mostrado nas imagens abaixo. Para isso, habilite a opção Add shielding copper na caixa de diálogo Via Shielding . Esse cobre é criado como um polígono e, portanto, obedece às regras de projeto Folga e Estilo de conexão de polígonos aplicáveis.

A opção Add shielding copper adicionará um polígono que envolva as vias de blindagem. A borda do polígono mais distante da rede blindada tocará a borda das vias. A borda do polígono adjacente à rede blindada será afastada da rede conforme a regra de projeto Folga aplicável. Se a opção Add clearance cutout também estiver habilitada, o polígono será afastado da rede 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 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.

 

Seleção ou edição de vias de costura ou de blindagem

Para simplificar o trabalho com uma matriz de vias de costura/blindagem, ambos os tipos são agrupados automaticamente em uma união. As uniões são gerenciadas pelo painel PCB.

Seleção 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 desejada. Todas as vias que fazem parte dessa matriz serão selecionadas se a caixa de seleção Select estiver marcada no painel (conforme mostrado na imagem abaixo). Como alternativa, clique duas vezes em qualquer via da matriz para abrir o painel Propriedades  e editar a matriz.

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

Seleção interativa de um conjunto de vias

Comportamento da seleção:

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

  • Se a opção Popup Selection Dialog estiver habilitada em Preferences (), clicar em uma via individual que pertence a uma união exibirá uma lista que inclui a união, conforme mostrado na imagem acima. Quando uma união é selecionada, esse conjunto de vias pode ser excluído na área de trabalho ou editado no painel Properties. 

  • Se a caixa de diálogo Popup Selection não estiver habilitada, clicar em uma via individual que pertence a uma união terá o seguinte comportamento:

    • O primeiro clique selecionará a via individual.

    • O segundo clique e os seguintes 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, após o primeiro clique selecionar a via individual, pressione o atalho Shift+Tab para executar o comando Select Overlapping. Continue pressionando Shift+Tab para percorrer os objetos sobrepostos, selecionando cada um por vez.

  • Uma união de vias de costura restrita a uma área pode ser selecionada arrastando uma janela de seleção que englobe qualquer via da união (arraste da esquerda para a direita), conforme demonstrado na animação da seção Modificação de uma área de costura de vias definida pelo usuário desta página.

Edição de um conjunto de vias

As propriedades de um conjunto de vias de costura ou blindagem podem ser editadas após sua seleção, 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 edição de vias de costura no painel Properties.Um exemplo de edição de vias de costura no painel Properties.

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

Leitura complementar

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

  2. Artigo da Wikipédia, Cerca de vias

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

  4. Um artigo que apresenta os princípios básicos da propagação de ondas eletromagnéticas na estrutura de uma PCB — Boas práticas no projeto de placas de circuito

  5. Um fórum de discussão no qual foi feita a pergunta Via fences for noise reduction of a chip antenna?

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