Внутренние силовые и разделительные плоскости

Плоскости питания

Планы питания — это специальные внутренние слои из сплошной меди, которые обычно используются для обеспечения электрически стабильного заземления или опорного уровня питания на всей печатной плате. 

Редактор печатных плат поддерживает до 16 внутренних плоскостей питания. Вы можете назначить сеть каждому из этих слоёв или совместно использовать одну плоскость питания для нескольких сетей, разделив её на две или более изолированных области. Подключения контактных площадок и переходных отверстий к плоскостям питания регулируются Plane правилами проектирования. Планы питания создаются в отрицательном режиме. Объекты, размещенные на слое плана питания, превращаются в пустоты в меди; остальные области остаются заполненными медью.

Создание внутренних плоскостей

Внутренние плоскости питания добавляются в проект печатной платы с помощью Layer Stack Manager (Design » Layer Stack Manager). Чтобы добавить новую внутреннюю плоскость, выделите существующий слой, под которым необходимо создать внутренний слой, затем щелкните правой кнопкой мыши и выберите Insert layer below » Plane в контекстном меню. Новая внутренняя плоскость добавляется в стек слоев. Используйте Layer Stack Manager режим панели Properties панели, чтобы задать свойства выбранного слоя внутренней плоскости. Изменения, внесённые в Layer Stack Manager , необходимо сохранить, чтобы они стали доступны в редакторе печатных плат.

Просмотр плоскостей

Чтобы просмотреть слой плоскости в рабочей области проекта, сначала необходимо включить отображение слоя на вкладке Layer & Colors вкладке View Configuration панели. 

Назначение цепи плоскости

Сетка назначается плоскости в редакторе печатных плат. Чтобы назначить сетку слою плоскости:

1. Сделайте слой плоскости активным в рабочей области (щелкните вкладку слоя в нижней части редактора, чтобы сделать этот слой активным).
2. Дважды щелкните в любом месте внутри контура платы. 
3. Откроется Split Plane откроется диалоговое окно, выберите нужную сеть в Connect to Net списке. Обратите внимание: диалоговое окно не откроется, если активный слой не является слоем плоскости.

После выбора слоя плоскости питания дважды щелкните в любом месте этого слоя, чтобы назначить сеть.

В режиме 3D-просмотра (комбинация клавиш 3) можно увидеть физические представления всех объектов внутренних плоскостей. Помимо просмотра, переключившись в однослойный режим и поочередно щелкая по каждому слою, в 3D-виде можно перемещаться по плате, что облегчает проверку внутренних плоскостей.

3D-вид соединения для теплоотвода на разделённой плоскости.

Слои плоскостей также можно разделить на отдельные области, причём каждая область назначается отдельной цепи. Узнайте больше об определении разделённых плоскостей.

Отступ слоя плоскости

При добавлении плоскости питания вокруг контура платы автоматически создается набор отступающих дорожек, которые отводят плоскость от края платы. Отступающие дорожки нельзя редактировать на экране, так как их ширина определяется свойством «Расстояние отступа» в диспетчере слоев (см. изображение). При изменении значения отступа для внутренней плоскости эти дорожки автоматически перегенерируются.

Создание вырезанных участков

Чтобы «вырезать» участки плоскости, т. е. создать области без меди, можно разместить линии, дуги или заливки с помощью команд Place команд для формирования области без меди.

Подключение контактных площадок и переходных отверстий к слою плоскости

Подключения к контактным площадкам и переходным отверстиям отображаются на плоскости питания в соответствии с Plane правилам проектирования, заданным в PCB Rules and Constraints Editor диалоговом окне (Design » Rules). Можно создать дополнительные правила для контактных площадок и переходных отверстий, к которым предъявляются особые требования по подключению или отсутствию подключения.

Тепловые разгрузочные соединения и прямые соединения

Контакты сквозных отверстий и переходные отверстия могут подключаться к плоскости питания либо посредством прямого соединения, либо посредством соединения с тепловым зазором. Соединения с тепловым зазором используются для тепловой изоляции подключенного вывода от сплошной медной плоскости при пайке печатной платы. Правила проектирования в редакторе печатных плат позволяют задать форму тепловой разгрузки для каждой или всех контактных площадок, соединяющихся с плоскостью питания.

Правило Power Plane Connect Style правило проектирования определяет тип соединения вывода компонента с плоскостью питания. Доступны три варианта соединения

• Relief Connect
• Direct Connect
• No Connect

Также предусмотрена специальная поддержка для подключения выводов питания поверхностно-монтируемых компонентов (СМД) к слоям плоскости питания. Контактные площадки СМД в цепи, подключенной к плоскости питания, автоматически помечаются как подключенные к соответствующей плоскости. Автоматический маршрутизатор завершает физическое соединение для этих контактных площадок, размещая разветвитель — короткую дорожку и переход, представляющий собой разгрузочное или прямое соединение со слоем плоскости питания.

Соединение с термическим разгрузочным отверстием к контактной площадке на плоскости питания. Цветные области обозначают участки без меди.

Когда сеть привязывается к плоскости питания, на каждой контактной площадке этой сети на соответствующем слое плоскости питания появляется небольшой крестик. Крестик отображается как «+» для соединения с разгрузкой и как «x» — для прямого соединения. Поскольку контактные площадки с прямым подключением имеют сплошную медную проводку до вывода, они отображаются цветом плоскости вплоть до отверстия площадки.

Контакты, не соединенные с плоскостью питания

Контакты, не соединенные с плоскостью, изолированы от неё областью без меди. Эта область без меди задается в Power Plane Clearance правиле проектирования как радиальное расширение вокруг отверстия контактной площадки.

Подключение переходных отверстий к плоскостям питания

Как и контактные площадки, переходные отверстия автоматически соединяются с внутренним слоем плоскости питания с тем же именем сети. Соединение переходного отверстия происходит в соответствии с применимым Power Plane Connect Style правилу проектирования. Если вы не хотите, чтобы переходные отверстия соединялись с плоскостями питания, добавьте Power Plane Connect Style правило проектирования со стилем соединения No Connect и запросом области действия IsVia.

Рекомендации по изготовлению

Уточните у вашего производителя подходящие размерные характеристики для любых соединений, обеспечивающих теплоотвод. Кроме того, убедитесь, что несоединенные контактные площадки или переходные отверстия не окружают соединённую площадку со всех сторон, так как это может случайно привести к изоляции и отключению соединённой площадки. Следите за тем, чтобы не удалять слишком много меди и соблюдать баланс между максимальным количеством меди и доступной стоимостью изготовления.

Отсоединение контактных площадок и переходных отверстий от плоскости

Вы можете использовать запросы в Power Plane Connect Style правилах проектирования, чтобы дополнительно ограничить, какие контактные площадки или переходные отверстия соединяются с плоскостью питания, а какие — нет. Контактные площадки можно выбирать по имени обозначения или по физическим свойствам, таким как размер площадки. Поскольку переходные отверстия не имеют обозначений, их необходимо выбирать по физическим свойствам, таким как диаметр отверстия.

Определение конкретных контактных площадок и переходных отверстий, не соединенных с плоскостью питания

Чтобы отсоединить, например, только контактные площадки с определённым именем обозначения, начинающимся с U7, можно использовать (ObjectKind = 'Pad') и (Name Like 'U7-*') для задания области действия Power Plane Connect Style правила проектирования. Стиль соединения следует установить на No Connect. Другой запрос, например (ObjectKind = 'Pad') и (HoleSize = 25), будет нацелен только на те контактные площадки, размер отверстия которых составляет 25 мил.

При работе с переходными отверстиями, которые вы не хотите соединять, можно изменить их так, чтобы они содержали специальное свойство для их однозначной идентификации, например, другой диаметр переходного отверстия, а затем определить область действия нового Power Plane Connect Style правило проектирования со No Connect стилем соединения, чтобы оно соответствовало только этим переходным отверстиям. Запрос (ObjectKind = 'Via') И (ViaDiameter = '24') можно использовать, например, для выделения переходных отверстий диаметром 24 мил. Запрос InNet('VCC') и IsVia можно использовать для выделения только тех переходных отверстий, которые подключены к сети VCC.

В качестве альтернативы, если вы не можете выбрать переходные отверстия с помощью описанных выше методов, можно преобразовать их в свободные контактные площадки, а затем использовать имена площадок для определения области поиска. Для этого выберите переходные отверстия, которые не нужно соединять, преобразуйте их в свободные контактные площадки (Tools » Convert » Convert Selected Vias to Free Pads) и присвойте им всем одно и то же имя обозначения, например, NoPlaneConnect. Затем добавьте новое Power Plane Connect Style правило проектирования и укажите область действия (ObjectKind = 'Pad') и (Name = 'Free‑NoPlaneConnect') для этого правила. Кроме того, выберите No Connect в качестве Connect Style. Все свободные контактные площадки с именем NoPlaneConnect , будут отключены от всех слоёв плоскости питания.

Удаление внутренней плоскости

Чтобы удалить внутреннюю плоскость, щелкните правой кнопкой мыши по слою в Layer Stack Manager затем выберите Delete layer в контекстном меню. Откроется диалоговое окно подтверждения с предупреждением о том, что при удалении слоя будут удалены все примитивы на этом слое. Нажмите Yes для подтверждения.

Разделение плоскостей

Разделенная плоскость — это замкнутая область на внутренней плоскости, которая делит плоскость на отдельные электрически изолированные зоны. Каждая область определяется путем размещения граничных линий, охватывающих все выводы данной сети. Затем каждая зона назначается отдельной сети, что создает две или более разделенных плоскостей на одном слое внутренней плоскости питания.

Планы питания можно разделить на любое количество отдельных областей. Этот процесс разделения похож на разрезание или нарезку плоскости на секции, где ширина размещаемой вами линии определяет расстояние между ними. Плоскости питания строятся в отрицательном режиме, поэтому эти специальные граничные линии превращаются в полосу без меди, создавая тем самым разделительную границу между данной сеткой и соседними сетками на плоскости.

Разделенные плоскости на внутренней плоскости

Как правило, сначала на внутреннюю плоскость назначается сеть с наибольшим количеством контактных площадок, а затем определяются (выделяются) области для других сетей, которые необходимо соединить через эту плоскость. Любые контактные площадки, которые не могут быть включены в область разделенной плоскости, продолжают отображаться с соединительной линией, указывающей на то, что их необходимо соединить на сигнальном слое.

Просмотр областей разделенных плоскостей

Вы также можете выбрать внутренние плоскости и их содержимое для просмотра, воспользовавшись Split Plane Editor режим, доступный в раскрывающемся меню в верхней части PCB панели, как показано ниже.

Настройте параметры выделения, а затем одним щелчком выделите область разделенной плоскости, а также подключенные контактные площадки и переходные отверстия.

Настроив параметры выделения в верхней части панели (Выбрать, Масштаб и т. д.), вы можете — после установки в качестве активного слоя интересующего вас слоя плоскости — щелкнуть один раз по Net Name , чтобы выделить область разделительной плоскости, а также соединяющиеся с ней контактные площадки и переходные отверстия (выделяется вся область в пределах отступа / дорожек разделительной плоскости). Двойной щелчок по Net Name на панели откроется диалоговое окно Split Plane диалоговое окно, в котором можно изменить цепь, назначенную этой разделительной плоскости.

Использование нескольких разделенных плоскостей в проекте

Поддерживаются разделения внутри разделений (вложенные разделения или островки), поэтому вам не нужно обводить внутреннее разделение внешним. Если вы хотите дополнительно разделить разделённую плоскость, вы можете продолжать добавлять объекты на слое плоскости питания внутри существующей разделённой плоскости, чтобы создать другие электрически изолированные области.

Советы по отображению при определении разделительной плоскости

При определении области раздела в плоскости питания иногда бывает сложно увидеть все контактные площадки, которые должна охватывать эта область. Чтобы сделать более заметными контактные площадки для цепи, которую вы хотите подключить к плоскости раздела, перед началом работы рекомендуется воспользоваться следующими приемами.

• Пересчитайте и перерисуйте внутренние плоскости, выбрав Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer / Rebuild Split Planes on All Layers в главном меню.
• Используйте 3D-режим (горячая клавиша 3), чтобы увидеть физическое представление плоскостей, включая пустые области и соединения для теплового разгружения. Чтобы упростить перемещение по плате в 3D, измените масштаб толщины платы, увеличив вертикальное расстояние между слоями. Board thickness (Scale) Этот параметр находится в 3D Settings области на View Options вкладке View Configuration панели.

• Отображайте только минимальное количество слоев (например, слой «Keep Out», слой «Multi-layer», любые необходимые механические слои) и используемую плоскость питания. Отключите остальные слои на View Configuration панели.
• Скройте все соединительные линии (View » Connections » Hide All). Иногда может оказаться полезным отобразить отдельную сеть, для которой вы хотите создать разделительную плоскость (View » Connections » Show Net).
• Установите для каждой сети на разделительной плоскости свой цвет, выбрав Nets в PCB панели, а затем дважды щелкните по названию сети, чтобы открыть диалоговое окно «Редактировать сеть».
• Чтобы отобразить все контактные площадки, связанные с сетью, щелкните по этой сети на внутренней плоскости в PCB панели, чтобы скрыть все остальные контактные площадки.
• Привяжите сеть с наибольшим количеством контактных площадок к внутренней плоскости питания, а затем используйте запросы, такие как InNet('A') или InNet('B') в PCB List панели, чтобы отобразить сети, например, одни с тепловым разгрузочным слоем, а другие без него, и таким образом различить контактные площадки, которые должны быть включены в новую разделительную плоскость.
• Чтобы отобразить только объекты и примитивы на внутренних плоскостях, используйте запрос OnPlane в PCB Filter панели.

Определение разделенной плоскости

В Altium Designer для определения разделительной плоскости можно разместить на внутренней плоскости питания любую комбинацию линий, дуг, дорожек и заливок. Как только они отделяют часть плоскости от остальной, создается новая разделительная плоскость. Затем с новой разделительной плоскостью связывается цепь. Самый простой способ определить разделительные плоскости — использовать Place » Line команды, а затем нарисовать границу разделительной плоскости на плоскости питания.

Создание разделительной плоскости с помощью Place » Line команды.

При этом в графическом изображении создаётся линия, исключающая медь, что, в свою очередь, разделяет плоскости. Ширина линии становится шириной разделительной зоны. При щелчке правой кнопкой мыши для выхода из режима размещения линии происходит анализ плоскости и создание независимой разделённой области. Чтобы изменить ширину разделительной зоны между разделённой плоскостью и внутренней плоскостью питания во время размещения линии, нажмите Tab , чтобы открыть Line Constraints диалоговое окно и измените Line Width значение.

Чтобы разделить плоскость питания на две разделенные плоскости, можно нарисовать линию поперек платы от трассы отвода к трассе отвода. Если линии соединяются с отводными дорожками, они образуют изолированную область и, следовательно, создают объект типа «многоугольник», который определяет разделительную плоскость. Убедитесь, что линии соединяются; при соединении линий курсор принимает вид большого круга в кресте.

Вы можете создать замкнутую фигуру из линий, дуг и заливок, чтобы определить плоскость разделения необычной формы. Вы также можете использовать существующие линии, дуги, заливки или дорожки на внутреннем слое для формирования части границы. Если они соединяются, образуя замкнутую область, формируется плоскость разделения.

Использование дуг, заливок и дорожек

Рекомендуется при использовании дуг для разделения плоскости размещать короткий отрезок дорожки между сегментами дуги. Обратите внимание, что использование заливки (Place » Fill) не приведёт к созданию разделительной плоскости; это создаст лишь пустую область. Вы можете использовать заливки для создания внешних краёв разделительной плоскости, разместив их, например, вместо линий.

Если вы размещаете дорожки вместо линий с помощью команды Place » Interactive Routing команды, убедитесь, что для дорожек установлен параметр No Net , а разделительная плоскость была связана с соответствующим именем сети.

Привязка сетки к плоскости раздела

Чтобы проверить, правильно ли определена каждая область раздела, щелкните один раз по разделу; если это замкнутая область, выделится только эта область.

Выделенная плоскость раздела.

Если область выделена, дважды щелкните по ней, чтобы открыть диалоговое окно Split Plane диалоговое окно для проверки или настройки привязки к сетке. Выберите имя сетки плоскости раздела из раскрывающегося списка в диалоговом окне, содержащем все сетки, загруженные в данный момент для проекта.

Обновление соединений плоскости разделения

После перемещения или размещения объектов в пространстве проектирования форма плоскости раздела может измениться, однако эти изменения не отображаются на экране автоматически. Выберите Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer или Rebuild Split Planes on All Layers для пересчёта и перерисовки плоскостей.

Размещение дорожек на слое плоскости

Поскольку слои плоскостей строятся в отрицательном пространстве, дорожка, размещенная на слое питающей плоскости, создает пустоту в меди, и, следовательно, соединение не устанавливается. Из-за этого нельзя использовать отдельную дорожку на слое плоскости для трассировки сети. Если вы хотите проложить цепь на слое плоскости питания, вам необходимо создать очень тонкий остров меди, размер которого соответствует размеру дорожки, которую вы хотите использовать. Создав границу из линий вокруг области, которая будет действовать как дорожка (Place » Line), вы создаете разделённую плоскость, которую затем можно назначить необходимой сети.

В качестве альтернативы, если на том же слое, что и плоскость, необходимо проложить несколько соединений, вероятно, будет более эффективно использовать сигнальный слой для прокладки соединений, а затем использовать многоугольную плоскость (заливку меди) для создания плоскости питания.

Проверка и редактирование разделительных плоскостей

Режимпанели печатной платы Split Plane Editor позволяет легко просматривать разделительные плоскости текущего проекта печатной платы и управлять ими. Этот режим панели разделен на три области:

• Layers - в этой области отображаются все внутренние слои плоскостей, определённые в данный момент в проекте, а также количество разделённых плоскостей на каждом слое.
• Split Planes - в этой области отображаются разделённые плоскости, содержащиеся в выбранной записи из Layers области.
• Pads/Vias On Split Plane - в этой области отображаются контактные площадки и переходные отверстия из выбранной записи в Split Planes области панели.

Область слоёв

В Layers область панели отображает все слои внутренних плоскостей, которые в данный момент определены для проекта. В этой области Split Count столбец указывает, сколько разделенных плоскостей существует для соответствующего слоя плоскости. Количество разделений, равное «1», означает, что слой не был разделён, и сам слой считается одной разделённой плоскостью.

Область «Разделенные плоскости»

После выбора элемента в Layers области все разделительные плоскости данного слоя плоскостей и назначенные им сети будут загружены в Split Planes область панели.

Для каждой записи Node Count отображается значение. Это значение отражает общее количество контактных площадок и переходных отверстий, подключенных к данной области плоскости раздела.

Дважды щелкните (или щелкните правой кнопкой мыши и выберите Properties в контекстном меню) на сетке с плоскостями разделения, чтобы открыть Split Plane диалоговое окно, с помощью которого можно изменить сеть, которой назначена разделённая плоскость.

Контакты/переходные отверстия в области с разделённой плоскостью

Щелкните правой кнопкой мыши по «Контактной площадке» или «Переходному отверстию» в Split Planes области панели и последующий выбор Properties в контекстном меню, откроется соответствующая Properties панель для данного примитива.

Удаление разделительной плоскости

Поскольку раздел образуется при выделении области на плоскости, удаление любого объекта, образующего границу раздела, приведёт к удалению этого раздела. Поэтому для удаления разделительных плоскостей необходимо удалить ограничивающие примитивы, например линии или другие примитивы, образующие контур разделительной плоскости. Помните, что дорожки отвода можно удалить только путем удаления внутренней плоскости из стека слоев.

Проверка плоскостей разделения на соответствие правилам проектирования

Вы можете проверять и формировать отчеты о плоскостях разделения во время пакетной проверки на соответствие правилам проектирования (DRC) по следующим правилам:

• Разорванные плоскости
• Неиспользуемые области меди
• Недостаточное тепловое соединение.

Эти параметры доступны в DRC Report Options в диалоговом окне «Проверка правил проектирования», доступ к которому осуществляется путем выбора Tools » Design Rule Check в главном меню. Установите флажки напротив нужных параметров, чтобы они проверялись и отражались в отчете при пакетной проверке DRC.

При создании отчёта все нарушения этих правил отображаются в отчёте. Щёлкните в отчёте, чтобы отобразить соответствующую ошибку в редакторе печатной платы.

Разрывы плоскостей

Разрыв плоскости происходит, когда область плоскости, имеющая связь с цепью, оказывается электрически отключенной от остальной части плоскости. Примером такой ситуации может служить разъем, размещенный через разделённую плоскость, но не подключенный к ней. Пустоты вокруг выводов соединяются, полностью прорезая медь плоскости и фактически разбивая её на две части.

Разорванная плоскость с ошибкой DRC (ярко-зелёный цвет).

Мертвая медь

Под «мертвой медью» понимаются участки меди, не имеющие связи с сетью и также электрически отсоединенные от исходной плоскости. Примером такой ситуации может служить разъем (не подключенный к плоскости) с плотно расположенными контактами, в котором пустоты вокруг контактов соединяются, изолируя участки меди плоскости от остальной части плоскости.

Область мертвой меди с ошибкой DRC (ярко-зелёный цвет).

Недостаточное тепловое соединение

Тепловые соединения — это соединения с плоскостью, вокруг которых имеются «вырезы» для теплового разгружения, снижающие теплопроводность к меди плоскости. Тепловые соединения могут оказаться «недостаточно обеспеченными», когда площадь поверхности медных «лучей», соединяющих их с плоскостью, уменьшается из-за пустот. Это правило также проверяет площадь поверхности самого теплового соединения (а не только «лучей») на наличие пустот, вторгающихся в него.

Недостаточное тепловое соединение с ошибкой DRC (ярко-зелёный цвет).

Примечания о разделённых плоскостях

• Проверки DRC для разделённых плоскостей выполняются только в пакетном режиме.
• Для удаления маркеров ошибок необходимо запустить пакетную проверку DRC заново или выбрать соответствующий пункт Tools » Reset Error Markers в главном меню.
• Пересчитайте и перерисуйте внутренние плоскости после редактирования, выбрав Tools » Split Planes » Rebuild Split Planes on Current Layer/Rebuild Split Planes on All Layers в главном меню.
• Для проверки разрывов плоскостей и мертвой меди требуется Un-Routed Net правило (Electrical категория) должна быть Batch включено.