Прошивка переходными отверстиями (via stitching) — это метод, используемый для объединения крупных медных областей на разных слоях, фактически создающий прочное вертикальное соединение через структуру платы, что помогает поддерживать низкий импеданс и короткие петли возврата. Via stitching также можно использовать, чтобы привязать к своей цепи участки меди, которые иначе могли бы оказаться изолированными.
Экранирование переходными отверстиями (via shielding) выполняет другую функцию: в ВЧ‑проектах оно применяется для снижения перекрёстных помех и электромагнитных помех на трассе, по которой передаётся ВЧ‑сигнал. Via shield, также известный как via fence или picket fence, создаётся размещением одного или нескольких рядов переходных отверстий вдоль пути трассировки сигнала. В Altium Designer это называется via shielding.
Altium Designer поддерживает и via stitching, и via shielding. Поскольку процесс добавления прошивочных или экранирующих переходных отверстий схож, на этой странице рассматриваются обе темы.
Via stitching выполняется как постобработка, заполняя свободные области меди прошивочными переходными отверстиями. Чтобы via stitching был возможен, должны существовать перекрывающиеся области меди, подключённые к указанной цепи, на разных слоях. Поддерживаемые области меди включают: Fills , Solid Regions , Polygons и Power Planes .
Чтобы добавить прошивочные переходные отверстия к цепи, выберите команду Tools » Via Stitching/Shielding » Add Stitching to Net в меню. Откроется диалог Add Stitching to Net , где задаются Net , Stitching Parameters и Via Style . При нажатии кнопки OK алгоритм прошивки определяет все заливки, сплошные области, полигоны и силовые плоскости, подключённые к выбранной цепи, и пытается соединить их через плату, используя указанные переходное отверстие и шаблон прошивки.
Add Stitching to Net , а существующие наборы затем редактируются в диалоге Via Stitching ( или на панели Properties ( Поля для всех трёх вариантов описаны ниже.
Stitching Parameters
Параметры прошивки (Stitching Parameters) управляют тем, где размещаются прошивочные переходные отверстия.
Same Net Clearances
Есть два способа управлять зазором между прошивочными переходными отверстиями и другими переходными отверстиями и площадками в той же цепи: использовать применимое правило Clearance, либо использовать значение Default Via/Pad Clearance , заданное здесь. Если обнаружено применимое правило, его параметры сравниваются с настройками диалога Add Stitching to Net , и используется более жёсткое (меньшее) из значений.
Same Net Clearances (
Create new clearance rule Add Stitching to Net dlg)Нажмите, чтобы создать новое правило проектирования Clearance, настроенное для определения зазора между прошивочными переходными отверстиями и другими переходными отверстиями и площадками в той же цепи. Эта настройка правила используется, чтобы убедиться, что потенциальная точка прошивки допустима. При нажатии кнопки открывается диалог Edit PCB Rule - Clearance Rule , где задаются ограничения правила. Обратите внимание: правило именуется и получает область действия так, чтобы нацеливаться на цепь, выбранную в диалоге Add Stitching to Net .
Edit clearance rule Add Stitching to Net dlg)Если применимое правило зазора уже существует, вместо кнопки Create new clearance rule отображается эта кнопка. Нажмите, чтобы изменить настройки правила.
Default Via/Pad Clearance Прошивочные переходные отверстия размещаются в потенциальных точках прошивки только при наличии такого зазора. Поскольку потенциальные точки определяются сеткой прошивки, вероятно, фактическое расстояние будет больше этого значения.
Min Boundary Clearance Прошивочные переходные отверстия размещаются в потенциальных точках прошивки только при наличии такого зазора до края областей Polygon/Fill/Plane.
Зазор от прошивочного переходного отверстия до объектов других цепей контролируется применимым правилом зазора (clearance). Прошивочное переходное отверстие не будет размещено в потенциальной точке, если это приведёт к нарушению применимого правила проектирования.
Via Style
Свойства прошивочных переходных отверстий отображаются в области Via Style диалога. Эти свойства можно определить:
новыми значениями, которые вы вводите в диалог, или
на основе настроек выбранного Via Template , или
на основе настроек, определённых в применимом Routing Via Style design rule , если вы размещаете новый набор прошивочных переходных отверстий.
Via Style (
Diameters PCB‑редактор поддерживает 3 типа диаметров переходных отверстий в плоскости X‑Y: Simple , Top-Middle-Bottom или Full Stack . Нажмите, чтобы выбрать структуру переходного отверстия, требуемую для прошивочных переходных отверстий. Узнайте больше о Via Stack .
Hole Size Задаёт значение диаметра отверстия (hole size) для прошивочных переходных отверстий.
Tolerance Задание атрибутов допуска на отверстие помогает определить посадки и предельные размеры вашей платы. Укажите минимальный (-) и максимальный (+) допуск отверстия для прошивочных переходных отверстий.
Diameter Диаметр прошивочных переходных отверстий в плоскости X‑Y.
Thermal Relief Via Stitching dlg & Properties panel)Установите флажок, чтобы разрешить определение локальных настроек стиля подключения к полигону для всех переходных отверстий в наборе, затем щёлкните связанное ключевое слово, чтобы настроить параметры в диалоге Edit Polygon Connect Style ( Помимо применения настроек в диалоге/панели, необходимо также выполнить повторную заливку (repour) всех затронутых полигонов, где переходные отверстия подключаются с использованием термального (relief) подключения.
Load Values from Routing Via Style Rule Add Stitching to Net dlg)При нажатии этой кнопки свойства переходного отверстия из применимого правила Routing Via Style применяются здесь, в диалоге Add Stitching to Net . Узнайте больше о правиле проектирования Routing Via Style .
Via Template Когда вы выбираете шаблон переходного отверстия из этого выпадающего списка, свойства этого шаблона применяются здесь, в диалоге Add Stitching to Net . При выборе шаблона поле Library показывает библиотеку, к которой привязан шаблон переходного отверстия, и включает опцию Unlink шаблон из этой библиотеки. Узнайте больше о Working with Pad Via Templates .
Properties – Net Цепь, к которой должны подключаться прошивочные переходные отверстия. Стиль подключения переходного отверстия (термальный или прямой) определяется объектом, к которому подключается переходное отверстие, и применимыми правилами проектирования. Подробнее об этом — в разделе Notes .
Properties – Drill Pair / Via Type Начальный и конечный слои, которые прошивочные переходные отверстия перекрывают по оси Z, можно настроить по необходимости (этот диапазон называется drill pair ). Допустимый диапазон по оси Z для переходных отверстий настраивается на вкладке Via Types диалога Layer Stack Manager ( ; в выпадающем списке Drill Pair будут отображаться только диапазоны, определённые там. Нажмите кнопку Via Types , чтобы открыть Layer Stack Manager , где можно настроить типы переходных отверстий, доступные для активного стека слоёв. Узнайте больше о Via Types .
Properties – Locked Add Stitching to Net dlg)Если включено, у всех переходных отверстий в этом наборе прошивочных переходных отверстий будет включён атрибут Locked.
Solder Mask Expansion Расширение паяльной маски (solder mask expansion) (или тентирование) может основываться либо на применимом правиле проектирования Solder Mask , либо на значении расширения, заданном здесь в диалоге (которое может быть переопределено тентированием переходного отверстия ). Выбранная опция применяется ко всем переходным отверстиям в этом наборе прошивочных переходных отверстий.
Сначала выберите Net , который будет использоваться для прошивки, поскольку это влияет на поведение других опций, например на нажатие кнопки Load values from Routing Via Style Rule . Если цепь уже выбрана в рабочем поле, то при открытии диалога Add Stitching to Net эта цепь выбирается автоматически.
Экранирующие переходные отверстия (vias) идентифицируются по VSn : V ia S titching, где числовое значение n указывает, что данное переходное отверстие относится к тому же объединению (union) via stitching, что и другие переходные отверстия с тем же числовым идентификатором.
Стиль подключения переходного отверстия (термобарьер/relief или прямое/direct) определяется применимым правилом проектирования Polygon Connect Style для полигонов и применимым правилом проектирования Plane Connect Style для силовых плоскостей, при этом для сплошных областей (solid regions) и заливок (fills) используются прямые подключения.
После завершения stitching потребуется заново выполнить заливку (re-pour) всех затронутых полигонов в местах, где переходные отверстия подключаются с использованием стиля подключения relief.
Каждый набор stitching-via добавляется в объединение (union); установите панель PCB в режим Unions , чтобы просматривать эти объединения ( ).
Чтобы отредактировать набор stitching-via, дважды щёлкните по любому переходному отверстию в наборе, чтобы открыть диалог Via Stitching , либо панель Properties , если она настроена на открытие по двойному щелчку ( ). Либо протяните прямоугольник выбора «выбор внутри» (слева направо), включив один или несколько stitching-via, затем измените параметры на панели Properties .
Tools » Via Stitching » Remove Via Stitching Group , затем щёлкнув по любому переходному отверстию в группе.
Алгоритм via stitching обрабатывает полигоны, заливки, сплошные области и силовые плоскости следующим образом:
Полигоны, области (regions) и заливки (fills), относящиеся к одной и той же цепи (net), прошиваются (stitch) везде, где они перекрываются на разных слоях. Если в этой области есть перекрывающиеся полигоны, области или заливки других цепей (на другом слое), stitching в этой области не применяется. Перекрывающиеся области плоскостей (plane regions) других цепей пропускаются насквозь.
Перекрывающиеся области плоскостей целевой цепи (target net) прошиваются всегда, независимо от наличия областей плоскостей (на другом слое), подключённых к другим цепям. Правило 1 выше применяется, если в той же области есть перекрывающиеся полигоны, области или заливки.
To summarize these two rules - на других слоях слои плоскостей других цепей всегда «пробиваются» stitching-via, а полигоны, области или заливки других цепей — нет. Если в проекте есть полигоны других цепей внутри области, где требуются stitching-via, временно уберите эти полигоны на полку (shelve), задайте stitching-via, затем верните (un-shelve) и заново выполните заливку (re-pour) полигонов. Подробнее о shelving and re-pouring polygons .
Набор переходных отверстий в каждой уникальной области via stitching группируется в union . Всё объединение можно перемещать, а область также можно изменять по размеру.
Протяните окно выделения слева направо, чтобы выбрать область stitching, затем переместите или измените размер, установив курсор так, чтобы появился нужный указатель.
Modifying the Via Stitching Area
Протяните прямоугольник выбора «выбор внутри» (слева направо) так, чтобы он включал один или несколько stitching-via. Граница выбранной области stitching будет показана, как в анимации выше.
Чтобы переместить выбранное объединение stitching — наведите курсор внутрь области; когда появится курсор перемещения
Чтобы изменить размер выбранного объединения stitching, перемещая грань — наведите курсор на грань; когда появится курсор перемещения грани
Чтобы изменить размер выбранного объединения stitching, перемещая вершину — наведите курсор на вершину; когда появится курсор перемещения вершины
После отпускания кнопки мыши появится запрос Re-generate via stitching? ; нажмите Yes , чтобы обновить via stitching в новом месте /форме, либо нажмите No , если вы ещё не завершили редактирование формы.
Экранирование переходными отверстиями (via shielding) используется для изоляции цепи от потенциальных помех или связи (coupling) с близлежащими сигналами. Экранирующие переходные отверстия должны располагаться с шагом, соответствующим самой высокой частоте, от которой требуется защита. Корректная конструкция экрана критически важна: плохо спроектированный «забор» может, наоборот, усугубить проблемы EMI, если шаг совпадает с резонансной частотой близлежащего сигнала. Это подробнее рассматривается в разделе Notes about Via Shielding .
Чтобы разместить via shield вокруг проложенной цепи, выберите в меню команду Tools » Via Stitching/Shielding » Add Shielding to Net . Появится диалог Add Shielding to Net , где вы настраиваете Net to Shield и другие Shielding Parameters , опорный Net и Via Style по необходимости. Переходные отверстия будут размещены по обеим сторонам выбранной цепи(ей) везде, где возможно установить via с соблюдением применимых правил проектирования.
Add Shielding to Net , а существующие наборы затем редактируются в диалоге Via Shielding ( или на панели Properties ( Поля для всех трёх вариантов описаны ниже.
Shielding Parameters
Параметры экранирования управляют цепью(ями), которые экранируются, и шаблоном размещения экранирующих переходных отверстий.
Параметры экранирования (
Net to shield Цепь, вокруг которой будут размещены экранирующие переходные отверстия. Если цепь входит в определённую дифференциальную пару, то будут экранироваться обе цепи. Если пара цепей не определена как дифференциальная, выделите их перед открытием диалога и вместо этого используйте опцию Selected Objects.
Selected Objects Add Shielding to Net dlg)Размещать экранирующие переходные отверстия вокруг выбранных объектов, а не вокруг цепи, указанной в поле Net to shield . Также можно использовать, чтобы экранировать несколько выбранных цепей .
Stagger alternate rows Чередующиеся ряды экранирующих переходных отверстий смещаются на половину значения Grid .
Row Spacing Расстояние между рядами экранирующих переходных отверстий (разделение «край-край») когда параметр Rows больше 1.
Distance Отступ от края экранируемых сегментов дорожки до края экранирующих переходных отверстий.
Grid Расстояние между краями соседних экранирующих переходных отверстий. Экранирующие переходные отверстия не будут размещаться с нарушением применимых правил проектирования; если потенциальная позиция via приводит к нарушению, эта позиция пропускается.
Rows Количество рядов экранирующих переходных отверстий.
Add shielding copper Разместить полигон поверх области, занимаемой экранирующими переходными отверстиями, подключив его к цепи, указанной в поле Via Style Net . Полигон определяется в соответствии с применимым правилом Clearance и правилом проектирования Polygon Connect Style .
Add clearance cutout Включить вырез (cutout) в полигоне вокруг экранируемой цепи, с отступом от цепи на расстояние, заданное в поле Distance . Используйте это, когда требуется зазор, отличный от заданного применимым правилом Clearance .
Via Style
Свойства экранирующих переходных отверстий отображаются в области Via Style диалога. Эти свойства могут быть определены:
новыми значениями, которые вы вводите в диалог, или
на основе параметров выбранного Via Template , или
на основе параметров, заданных в применимом Routing Via Style design rule , если вы размещаете новый набор экранирующих переходных отверстий.
Когда вы выбираете шаблон переходного отверстия (via) в этом раскрывающемся списке, свойства этого шаблона применяются здесь, в диалоге
Add Shielding to Net . Когда шаблон выбран, поле
Library отображает библиотеку, с которой связан шаблон via, и включает возможность
Unlink этот шаблон из данной библиотеки. Подробнее см.
Working with Pad Via Templates .
Properties – Net Сеть, к которой должны подключаться экранирующие переходные отверстия. Стиль подключения via (термобарьер/relief или прямое/direct) определяется объектом, к которому подключено via, и применимыми правилами проектирования. Подробнее об этом — в разделе Notes section .
Properties – Drill Pair / Via Type Начальный и конечный слои, которые экранирующие via перекрывают в Z-плоскости, можно настроить по необходимости (этот диапазон называется drill pair ). Допустимый диапазон via по Z-плоскости настраивается на вкладке Via Types диалога Layer Stack Manager ( ; в выпадающем списке Drill Pair будут отображаться только диапазоны, определённые там. Нажмите кнопку Via Types , чтобы открыть Layer Stack Manager , где можно настроить типы via, доступные для активного стека слоёв. Подробнее см. Via Types .
Properties – Locked Add Shielding to Net dlg)Если включено, у всех via в этом наборе экранирующих via будет включён атрибут Locked.
Solder Mask Expansion Расширение паяльной маски (или тентирование) может задаваться либо на основе применимого правила проектирования Solder Mask , либо по значению расширения, указанному здесь в диалоге (которое может быть переопределено путём tenting the via ). Выбранный вариант применяется ко всем via в этом наборе экранирующих via.
Сначала выберите Net , который нужно экранировать, поскольку это влияет на поведение других параметров, например на работу кнопки Load values from Routing Via Style Rule . Если сеть уже выбрана в рабочем поле, то при открытии диалога Add Shielding to Net эта сеть будет выбрана автоматически.
Экранирующие via идентифицируются по VSHn : V ia SH ielding, где числовое значение n указывает, что данное via относится к тому же объединению (union) экранирующих via, что и другие via с тем же числовым идентификатором.
Стиль подключения via (термобарьер/relief или прямое/direct) определяется: применимым ограничением (design constraint) Polygon Connect Style для полигонов и применимым ограничением Plane Connect Style для силовых плоскостей.
После завершения простёжки (stitching) потребуется заново выполнить заливку (re-pour) всех затронутых полигонов, для которых действует правило Polygon Connect Style, задающее подключение через термобарьер (relief).
Каждый набор экранирующих via добавляется в объединение (union) ; переключите панель PCB в режим Unions , чтобы просматривать эти объединения ( ).
Чтобы отредактировать набор экранирующих via, дважды щёлкните по любому via из набора, чтобы открыть диалог Via Shielding , либо панель Properties , если она настроена на открытие по двойному щелчку ( ). Либо протяните прямоугольник выбора «выбор внутри» (слева направо), включив один или несколько экранирующих via, затем измените параметры на панели Properties .
Tools » Via Stitching/Shielding » Remove Via Shielding Group , затем щёлкнув по любому via в группе.
Можно выполнять частичное экранирование сети или экранирование нескольких сетей:
Если не нужно экранировать всю сеть целиком, сначала выберите нужные сегменты дорожек, затем выполните экранирование с включённой опцией Selected Objects .
Чтобы экранировать несколько соседних сетей, выделите эти сети в рабочем поле, затем выполните экранирование с включённой опцией Selected Objects .
Учтите, что дифференциальную пару можно экранировать, используя технику для нескольких сетей Selected Objects , либо выбрав одну из сетей дифференциальной пары в раскрывающемся списке Net to Shield .
Используйте опцию Add shielding copper , чтобы добавить полигон, охватывающий экранирующие via; включите опцию Add clearance cutout , чтобы «подрезать» полигон так, чтобы он охватывал только via. Подробнее об этих опциях см. в разделе ниже Including Shielding Copper with the Shielding Vias .
Размер и расположение экранирующих via — не точная наука, но существуют рекомендации, выработанные на основе эмпирических испытаний.
«Простёжка с шагом не более λ/20, при длине “хвостов” (stub) не больше этого значения. На самом деле это очень хорошее правило для простёжки любого заземлённого заполнения (ground fill) к земле (ground plane) в многослойном проекте. λ — длина волны наивысшей значимой частоты для проекта (если неизвестно — принять 1 ГГц), где:
f = C / λ
Примечание: C (скорость света) будет примерно 60% от скорости в свободном пространстве для ЭМ-излучения, распространяющегося через диэлектрик FR4 печатной платы».
Как отмечено в обсуждении на форуме (5) , для платы с встроенной антенной «расстояние между via должно быть максимум 1/4 резонансной длины волны».
В обсуждении также упоминается техническая заметка(6) , где сказано, что «распространённое эмпирическое правило — располагать stitch via не дальше, чем λ λ
Помимо добавления экранирующих via вдоль каждой стороны трассировки, можно также добавить экранирующую медь, как показано на изображениях ниже. Для этого включите опцию Add shielding copper в диалоге Via Shielding . Эта медь создаётся в виде полигона, поэтому подчиняется применимым правилам проектирования Clearance и Polygon Connect Style .
Опция Add shielding copper добавит полигон, охватывающий экранирующие via. Кромка полигона, удалённая от экранируемой сети, будет касаться края via. Кромка полигона, прилегающая к экранируемой сети, будет отодвинута от сети на величину, заданную применимым правилом Clearance . Если также включена опция Add clearance cutout , то вместо этого полигон будет отодвинут от экранируемой сети на значение Distance , заданное в диалоге Add Shielding to Net . Наведите курсор на изображение ниже, чтобы увидеть разницу.
Чтобы упростить работу с массивом stitching/shielding via, оба типа автоматически группируются в объединение (union). Управление объединениями выполняется через панель PCB.
Выбор через панель PCB
Чтобы выбрать массив, переключите панель PCB в режим Unions и выберите нужное объединение Via Stitching или Via Shielding . Все via, входящие в этот массив, будут выбраны, если в панели включён флажок Select (как показано на изображении ниже). Либо дважды щёлкните по любому via в массиве, чтобы открыть панель Properties и отредактировать массив.
Используйте панель PCB в режиме Unions , чтобы выбрать все via в массиве stitching или shielding. На этом изображении выбраны все четыре объединения via shielding.
Поведение выбора:
Отдельное stitching/shielding via можно выбрать и удалить.
Если в Preferences ( ) включена опция Popup Selection Dialog , то щелчок по отдельному via, входящему в объединение, отобразит список, включающий это объединение, как показано на изображении выше. Когда объединение выбрано, этот union via можно удалить в рабочем поле или отредактировать на панели Properties .
Если диалог Popup Selection не включён, то щелчок по отдельному via, входящему в объединение, будет работать следующим образом:
Первый щелчок выберет отдельное via.
Второй и последующие щелчки будут выбирать следующий объект в порядке выбора, используемом при перекрывающихся объектах: например, компонент, полигон, union via (если эти объекты находятся под курсором).
Либо после того, как первый щелчок выбрал отдельное via, нажмите сочетание клавиш Shift+Tab Select Overlapping . Продолжайте нажимать Shift+Tab
Stitching union, ограниченный областью, можно выбрать, протянув окно выбора «выбор внутри» вокруг любого via в объединении (перетаскивание слева направо), как показано в анимации в разделе Modifying a User-Defined Via Stitching Area на этой странице.
Свойства набора stitching или shielding via можно редактировать после его выбора — в режимах Via Stitching или Via Shielding панели Properties . Дважды щёлкните по любому via в наборе, чтобы открыть панель.
Пример редактирования, выполняемого для stitching via на панели Properties .
После того как вы отредактируете свойство на панели и нажмёте Enter Changes pending и кнопки — нажмите Apply , чтобы завершить редактирование.
Информацию по всем аспектам проектирования печатных плат см. на сайте Printed Circuit Design and Fab Magazine . Это отличный ресурс по техническим темам, например о роли «via fence» (включите кавычки, чтобы улучшить качество результатов поиска).
Статья в Wikipedia, Via Fence
Исследования связи между переходными отверстиями (via coupling) в многослойных печатных платах
Статья, в которой рассматриваются базовые принципы распространения ЭМ‑волн в структуре печатной платы — Лучшие практики проектирования печатных плат
Форум для обсуждений, где был задан вопрос Via fences for noise reduction of a chip antenna?
Методы проектирования и трассировки печатных плат для обеспечения соответствия EMC с минимальными затратами и целостности сигнала : M K Armstrong. EMC Standards, август 1999.
Локализовано с помощью ИИ