Добавление сшивки и экранирования каналов

Прошивка переходными отверстиями (via stitching) — это метод, используемый для объединения больших медных областей на разных слоях, фактически создающий прочное вертикальное соединение через структуру платы, что помогает поддерживать низкий импеданс и короткие петли возвратного тока. Via stitching также можно использовать для соединения медных областей, которые в противном случае могли бы быть изолированы, с их цепью.

Via shielding выполняет другую функцию: в ВЧ-конструкциях оно используется для уменьшения перекрестных помех и электромагнитных помех в трассе, по которой передается ВЧ-сигнал. Экран из переходных отверстий, также известный как via fence или picket fence, создается путем размещения одного или нескольких рядов переходных отверстий вдоль пути сигнальной трассы. В Altium Designer это называется via shielding.

Altium Designer поддерживает как via stitching, так и via shielding. Поскольку процесс добавления stitching- или shielding-переходных отверстий схож, на этой странице рассматриваются обе темы.

Добавление stitching-переходных отверстий

Via stitching выполняется как постпроцесс, заполняя свободные медные области stitching-переходными отверстиями. Чтобы via stitching было возможно, должны существовать перекрывающиеся медные области, подключенные к указанной цепи, на разных слоях. Поддерживаемые медные области включают: Fills, Solid Regions, Polygons и Power Planes.

Чтобы добавить stitching-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 stitching определяет все заливки, сплошные области, полигоны и плоскости питания, подключенные к выбранной цепи, и пытается соединить их через плату, используя указанный переходной и шаблон stitching.  

Via Style

Свойства stitching-переходных отверстий отображаются в области Via Style диалога. Эти свойства могут быть определены:

• новыми настройками, которые вы вводите в диалоге, или

• на основе настроек выбранного Via Template, или

• на основе настроек, определенных в применимом Routing Via Style design rule, если вы размещаете новый набор stitching-переходных отверстий.

Стиль переходного отверстия (  )
Diameters (Simple/TMB/Full)	Редактор PCB 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 stitching-переходных отверстий. Подробнее о стеке переходного отверстия.
Hole Size	Задает размер отверстия для stitching-переходных отверстий.
Tolerance	Настройка атрибутов допуска отверстия может помочь определить посадки и предельные отклонения вашей платы. Укажите минимальный (-) и максимальный (+) допуск отверстия для stitching-переходных отверстий.
Diameter	Диаметр stitching-переходных отверстий в плоскости X-Y.
Thermal Relief (диалог Via Stitching и панель Properties)	Установите флажок, чтобы разрешить определение локальных настроек стиля подключения полигона для всех переходных отверстий в наборе, затем нажмите связанное ключевое слово, чтобы настроить параметры в диалоге Edit Polygon Connect Style (). Помимо применения настроек в диалоге/панели, необходимо также заново залить все затронутые полигоны, где переходные отверстия подключаются с использованием подключения типа relief.
Load Values from Routing Via Style Rule (диалог Add Stitching to Net)	Когда вы нажимаете эту кнопку, свойства переходного отверстия из применимого правила Routing Via Style применяются здесь, в диалоге Add Stitching to Net. Подробнее о правиле проектирования Routing Via Style.
Via Template	Когда вы выбираете шаблон переходного отверстия из этого раскрывающегося списка, свойства этого шаблона применяются здесь, в диалоге Add Stitching to Net. Когда шаблон выбран, поле Library показывает библиотеку, с которой связан шаблон переходного отверстия, и включает возможность Unlink шаблон из этой библиотеки. Подробнее о работе с шаблонами Pad Via.
Properties – Net	Цепь, к которой должны подключаться stitching-переходные отверстия. Стиль подключения переходного отверстия (relief или direct) определяется объектом, к которому подключено отверстие, и применимыми правилами проектирования. Подробнее об этом в разделе Примечания.
Properties – Drill Pair / Via Type	Начальный и конечный слои, которые stitching-переходные отверстия охватывают в плоскости Z, можно настроить по необходимости (этот диапазон называется drill pair). Допустимый диапазон переходных отверстий по плоскости Z настраивается на вкладке Via Types окна Layer Stack Manager (); в раскрывающемся списке Drill Pair будут отображаться только диапазоны, определенные там. Нажмите кнопку Via Types, чтобы открыть Layer Stack Manager, где можно настроить типы переходных отверстий, доступные для активного стека слоев. Подробнее о типах переходных отверстий.
Properties – Locked (диалог Add Stitching to Net)	Если включено, для всех переходных отверстий в этом наборе stitching-переходных отверстий активируется атрибут Locked.
Solder Mask Expansion	Расширение паяльной маски (или tenting) может задаваться либо на основе применимого правила проектирования Solder Mask, либо по значению расширения, указанному здесь в диалоге (которое может быть переопределено путем tenting переходного отверстия). Выбранный вариант применяется ко всем переходным отверстиям в этом наборе stitching-переходных отверстий.

Примечания по Via Stitching

• Сначала выберите Net, который будет использоваться для stitching, так как это влияет на поведение других параметров, например при нажатии кнопки Load values from Routing Via Style Rule. Если цепь уже выбрана в рабочей области проекта, эта цепь будет автоматически выбрана при открытии диалога Add Stitching to Net.

• Экранирующие переходные отверстия обозначаются как VSn: Via Stitching, где числовое значение n указывает, что это переходное отверстие относится к тому же объединению via stitching, что и другие переходные отверстия с тем же числовым идентификатором.

• Стиль подключения переходного отверстия (термобарьер или прямое подключение): определяется применимым ограничением проектирования Polygon Connect Style для полигонов, применимым ограничением проектирования Plane Connect Style для плоскостей питания, а для сплошных областей и заливок используются прямые подключения.

• После завершения stitching необходимо заново выполнить заливку всех затронутых полигонов, где переходные отверстия подключаются с использованием стиля relief.

• Каждый набор stitching-vias добавляется в union; установите панель PCB в режим Unions, чтобы просматривать эти union ( ).

• Чтобы изменить набор stitching-vias, дважды щелкните по любому переходному отверстию в наборе, чтобы открыть диалог Via Stitching, или панель Properties, если она настроена на открытие двойным щелчком ( ). Либо протяните прямоугольную рамку выбора слева направо, включив в нее одно или несколько stitching-vias, затем измените параметры на панели Properties.

• Набор переходных отверстий можно удалить, выполнив команду Tools » Via Stitching » Remove Via Stitching Group, а затем щелкнув по любому переходному отверстию в группе. 

• Алгоритм via stitching обрабатывает полигоны, заливки, сплошные области и плоскости питания следующим образом:

  1. Полигоны, области и заливки, принадлежащие одной и той же цепи, сшиваются везде, где они перекрываются на разных слоях. Если в этой области (на другом слое) есть перекрывающиеся полигоны, области или заливки других цепей, stitching в этой области не применяется. Перекрывающиеся области плоскостей других цепей пропускаются насквозь.

  2. Перекрывающиеся области плоскостей целевой цепи всегда сшиваются независимо от наличия областей плоскостей (на другом слое), относящихся к другим цепям. Указанное выше правило 1 применяется, если в той же области перекрываются полигоны, области или заливки.

     To summarize these two rules - на других слоях области плоскостей других цепей всегда пробиваются stitching-vias насквозь, а полигоны, области или заливки других цепей — нет. Если проект содержит полигоны других цепей в области, где требуются stitching-vias, временно shelve такие полигоны, задайте stitching-vias, затем выполните un-shelve и повторную заливку полигонов. Подробнее см. в разделе shelving and re-pouring polygons. 

Изменение области Via Stitching

Набор переходных отверстий в каждой уникальной области via stitching группируется в union. Можно перемещать весь union, а также изменять размер области.

Протяните окно выбора слева направо, чтобы выбрать область stitching, затем переместите или измените ее размер, установив указатель мыши так, чтобы получить нужный курсор.

Добавление экранирующих переходных отверстий к цепи

Экранирование переходными отверстиями используется для изоляции цепи от возможных помех или связи с соседними сигналами. Экранирующие переходные отверстия должны располагаться с шагом, соответствующим наивысшей частоте, от которой требуется защита. Правильное проектирование экрана крайне важно; неудачно спроектированное ограждение может фактически усугубить проблемы EMI, если шаг соответствует резонансной частоте соседнего сигнала. Подробнее это рассматривается в разделе Notes about Via Shielding.

Чтобы разместить экран из переходных отверстий вокруг трассируемой цепи, выберите в меню команду Tools » Via Stitching/Shielding » Add Shielding to Net. Появится диалог Add Shielding to Net, в котором можно настроить Net to Shield и другие Shielding Parameters, опорный Net и Via Style по мере необходимости. Переходные отверстия будут размещены по обеим сторонам выбранной цепи (или цепей) везде, где возможно установить переходное отверстие в соответствии с применимыми правилами проектирования.

Via Style

Свойства экранирующих переходных отверстий отображаются в области Via Style диалога. Эти свойства могут задаваться:

• новыми значениями, которые вы вводите в диалоге, или

• на основе параметров выбранного Via Template, или

• на основе параметров, определенных в применимом Routing Via Style design rule, если вы размещаете новый набор экранирующих переходных отверстий.

Via Style (  )
Diameters (Simple/TMB/Full)	Редактор PCB поддерживает 3 типа диаметров переходных отверстий в плоскости X-Y: Simple, Top-Middle-Bottom или Full Stack. Нажмите, чтобы выбрать структуру переходного отверстия, необходимую для экранирующих переходных отверстий. Подробнее см. Via Stack.
Hole Size	Задает значение диаметра отверстия для экранирующих переходных отверстий.
Tolerance	Настройка атрибутов допуска отверстия помогает определить посадки и предельные значения вашей платы. Укажите минимальный (-) и максимальный (+) допуск отверстия для экранирующих переходных отверстий.
Diameter	Диаметр экранирующих переходных отверстий в плоскости X-Y.
Thermal Relief (Via Shielding dlg & Properties panel)	Установите этот флажок, чтобы разрешить определение локальных параметров стиля подключения к полигону для всех переходных отверстий в наборе, затем щелкните по связанному ключевому слову, чтобы настроить параметры в диалоге Edit Polygon Connect Style (). Помимо применения параметров в диалоге/на панели, необходимо также заново выполнить заливку всех затронутых полигонов, где переходные отверстия подключаются стилем relief.
Load Values from Routing Via Style Rule (Add Shielding to Net dlg)	При нажатии этой кнопки свойства переходного отверстия из применимого правила Routing Via Style применяются здесь, в диалоге Add Shielding to Net. Подробнее см. правило проектирования Routing Via Style design rule.
Via Template	Когда вы выбираете шаблон переходного отверстия в этом раскрывающемся списке, свойства этого шаблонного переходного отверстия применяются здесь, в диалоге Add Shielding to Net. Когда шаблон выбран, поле Library показывает библиотеку, с которой связан шаблон переходного отверстия, и включает возможность Unlink этот шаблон из этой библиотеки. Подробнее см. в разделе Работа с шаблонами переходных отверстий и контактных площадок.
Properties – Net	Цепь, к которой должны подключаться экранирующие переходные отверстия. Стиль подключения переходного отверстия (термобарьер или прямое подключение) определяется объектом, к которому подключено переходное отверстие, и применимыми правилами проектирования. Подробнее об этом см. в разделе Примечания.
Properties – Drill Pair / Via Type	Начальный и конечный слои, которые экранирующие переходные отверстия пересекают 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 раскрывающемся списке Drill Pair будут отображаться только диапазоны, определенные там. Нажмите кнопку Via Types, чтобы открыть Layer Stack Manager, где можно настроить типы переходных отверстий, доступные для активного стека слоев. Подробнее см. в разделе Типы переходных отверстий.
Properties – Locked (диалог Add Shielding to Net)	Если включено, для всех переходных отверстий в этом наборе экранирующих переходных отверстий будет включен атрибут Locked.
Solder Mask Expansion	Расширение паяльной маски (или tenting) может определяться либо на основе применимого правила проектирования Solder Mask, либо по значению расширения, указанному здесь в диалоге (которое можно переопределить, закрыв переходное отверстие маской). Выбранный вами вариант применяется ко всем переходным отверстиям в этом наборе экранирующих переходных отверстий.

Примечания по экранированию переходными отверстиями

• Сначала выберите Net, который нужно экранировать, так как это влияет на поведение других параметров, например при нажатии кнопки Load values from Routing Via Style Rule. Если цепь уже выбрана в рабочей области проекта, она будет автоматически выбрана при открытии диалога Add Shielding to Net.

• Экранирующие переходные отверстия обозначаются как VSHn: Via SHielding, где числовое значение n указывает, что это переходное отверстие принадлежит тому же объединению via shielding, что и другие переходные отверстия с тем же числовым идентификатором.

• Стиль подключения переходного отверстия (термобарьер или прямое подключение) определяется применимым ограничением проектирования Polygon Connect Style для полигонов и применимым ограничением проектирования Plane Connect Style для силовых плоскостей.

• После завершения stitching необходимо заново залить все затронутые полигоны, для которых применимое правило Polygon Connect Style задает стиль подключения через термобарьер.

• Каждый набор экранирующих переходных отверстий добавляется в объединение ; установите панель PCB в режим Unions, чтобы просматривать эти объединения ( ).

• Чтобы отредактировать набор экранирующих переходных отверстий, дважды щелкните по любому переходному отверстию в наборе, чтобы открыть диалог Via Shielding или панель Properties, если она настроена на открытие по двойному щелчку ( ). Либо протяните прямоугольную область выбора слева направо, включив в нее одно или несколько экранирующих переходных отверстий, а затем измените параметры на панели Properties.

• Набор переходных отверстий можно удалить, выполнив команду Tools » Via Stitching/Shielding » Remove Via Shielding Group, а затем щелкнув по любому переходному отверстию в группе.

• Можно выполнять частичное экранирование цепи или экранирование нескольких цепей:

  • Если не нужно экранировать всю цепь, сначала выберите нужные сегменты трасс, затем выполните экранирование с включенной опцией Selected Objects.

  • Чтобы экранировать несколько соседних цепей, выберите цепи в рабочей области проекта, а затем выполните экранирование с включенной опцией Selected Objects.

  • Обратите внимание, что дифференциальную пару можно экранировать с помощью метода для нескольких цепей Selected Objects либо выбрав любую из цепей дифференциальной пары в раскрывающемся списке Net to Shield.

• Используйте опцию Add shielding copper, чтобы добавить полигон, охватывающий экранирующие переходные отверстия; включите также опцию Add clearance cutout, чтобы обрезать полигон так, чтобы он только охватывал переходные отверстия. Подробнее об этих параметрах см. ниже в разделе Добавление экранирующей меди вместе с экранирующими переходными отверстиями.

Добавление экранирующей меди вместе с экранирующими переходными отверстиями

Помимо добавления экранирующих переходных отверстий 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 создается как полигон, поэтому на нее распространяются применимые правила проектирования Clearance и Polygon Connect Style.

Опция Add shielding copper добавляет полигон, охватывающий экранирующие переходные отверстия. Край полигона, удаленный от экранируемой цепи, будет касаться края переходных отверстий. Край полигона, прилегающий к экранируемой цепи, будет отодвинут от цепи на величину, заданную применимым правилом проектирования Clearance. Если также включена опция Add clearance cutout, полигон вместо этого будет отодвинут от экранируемой цепи на значение параметра Distance в диалоге Add Shielding to Net. Наведите курсор на изображение ниже, чтобы увидеть разницу.

Выбор или редактирование stitch или shield переходных отверстий

Чтобы упростить работу с массивом stitching/shielding переходных отверстий, оба типа автоматически группируются в объединение. Объединения управляются через панель PCB.

Выбор с помощью панели PCB

Чтобы выбрать массив, переключите панель PCB в режим Unions и выберите нужное объединение Via Stitching или Via Shielding. Все переходные отверстия, входящие в этот массив, будут выбраны, если на панели установлен флажок Select (как показано на изображении ниже). Либо дважды щелкните по любому переходному отверстию в массиве, чтобы открыть панель Properties и отредактировать массив.

Используйте панель PCB в режиме Unions, чтобы выбрать все переходные отверстия в массиве stitching или shielding. На этом изображении выбраны все четыре объединения via shielding.

Интерактивный выбор набора переходных отверстий

Поведение выбора:

• Отдельное stitching/shielding переходное отверстие можно выбрать и удалить.

• Если в Popup Selection Dialog включена опция Preferences ( ), щелчок по отдельному переходному отверстию, принадлежащему объединению, отобразит список, включающий это объединение, как показано на изображении выше. Когда объединение выбрано, это объединение переходных отверстий можно удалить в рабочем пространстве или отредактировать на панели Properties. 

• Если диалог Popup Selection не включен, то щелчок по отдельному переходному отверстию, принадлежащему объединению, будет вести себя следующим образом:

  • Первый щелчок выберет отдельное переходное отверстие.

  • Второй и последующие щелчки будут выбирать следующий объект в порядке выбора, используемом при наличии перекрывающихся объектов: например, компонент, полигон, объединение переходных отверстий (если эти объекты находятся под курсором).

  • Либо после того как первый щелчок выберет отдельное переходное отверстие, нажмите сочетание клавиш Shift+Tab, чтобы вызвать команду Select Overlapping. Продолжайте нажимать Shift+Tab, чтобы циклически переключаться между перекрывающимися объектами, поочередно выбирая каждый из них.

   

• Объединение stitching, ограниченное областью, можно выбрать, протянув окно выбора вокруг любого переходного отверстия в объединении (слева направо), как показано в анимации в разделе Изменение определенной пользователем области via stitching на этой странице.

Редактирование набора переходных отверстий

Свойства набора stitching или shielding переходных отверстий можно редактировать после его выбора в режиме Via Stitching или Via Shielding панели Properties. Дважды щелкните по любому переходному отверстию в наборе, чтобы открыть панель.

Пример редактирования, выполняемого для stitching переходных отверстий на панели Properties.

После того как вы измените свойство на панели и нажмете Enter на клавиатуре, в верхней части панели появятся сообщение Changes pending и кнопки — нажмите Apply, чтобы завершить редактирование.

Дополнительная литература

1. Информацию обо всех аспектах проектирования печатных плат см. на сайте Printed Circuit Design and Fab Magazine. Этот сайт является отличным ресурсом по техническим темам, например о роли «via fence» (включите кавычки, чтобы повысить качество результатов поиска).

2. Статья в Wikipedia, Via Fence

3. Исследования связи через переходные отверстия на многослойных печатных платах

4. Статья, в которой рассматриваются базовые принципы распространения электромагнитных волн в структуре печатной платы — Best practice in circuit board design

5. Форум, на котором был задан вопрос Via fences for noise reduction of a chip antenna?