8 - 2016

Применение инструментов Via Stitching и Via Shielding в среде Altium Designer

Алексей Якубенко
Технический аналитик компании Altium Limited

Нередко разработчику печатных плат приходится выполнять работы по прошивке полигонов или экранированию объектов топологии с помощью переходных отверстий. Как правило, выполнение этих действий вручную занимает достаточно много времени. Среда Altium Designer предлагает инструменты Via Stitching и Via Shielding, которые автоматизируют вышеуказанные процедуры. В данной статье мы рассмотрим их применение.

Создание Via Stitching

Инструмент Via Stitching предназначен для того, чтобы автоматизировать прошивку полигонов переходными отверстиями. Набор отверстий, который создается с помощью этого инструмента, представляет собой блок. Блок Via Stitching можно сформировать только в пределах полигонов. Связать можно все три типа полигонов заливки: Polygon Pour, Solid Region и Fill. Полигоны должны удовлетворять двум обязательным условиям: во­первых, они должны быть подключены к определенным цепям, а во­вторых, прошить можно только два или более полигона, расположенных на разных слоях и хотя бы частично перекрывающих друг друга.

Для вызова инструмента Via Stitching необходимо выполнить команду Tools -> Via Stitching/Shielding -> Add Stitching To Net… (горячие клавиши ->-> A). В результате откроется окно Add Stitching To Net (рис. 1).

Рис. 1. Окно Add Stitching to Net

Рис. 1. Окно Add Stitching to Net

Правую часть окна занимает область Via Style. Она предназначена для настройки переходных отверстий блока Via Stitching. Эта область практически идентична стандартному окну свойств переходных отверстий Via. Ос­
новное отличие заключается в кнопке Load values from Routing Via Style Rule, которая расположена справа. С ее помощью можно загрузить параметры переходных отверстий из правила Routing Via Style. Для загрузки выбираются параметры из разряда Preferred.

Подробно останавливаться на опциях области Via Style не будем, лишь напомним их назначение. Верхняя часть области предназначена для ручной настройки параметров переходных отверстий. По центру расположено поле Via Template, с помощью которого можно загрузить параметры из библиотеки переходных отверстий. Снизу справа доступно поле Solder Mask Expansions, опции которого отвечают за работу со слоями маски. И наконец, снизу слева можно найти поле Properties, которое предназначено для выбора следующих опций: пара сверловки (выпадающее меню Drill Pair), цепь (выпадающее меню Net) и блокировка (галочка Locked). В самом низу расположена кнопка Drill Pairs, нажав на которую можно отредактировать пары сверловки.

Как уже упоминалось, к связываемым полигонам заливки должна быть подключена определенная цепь, которая выбирается в выпадающем меню Net. К этой же цепи должны подключаться связывающие переходные отверстия. По ней среда Altium Designer определяет, какие полигоны нужно связать. Если эту цепь не указать, то блок Via Stitching сформирован не будет.

Теперь перейдем к настройкам, расположенным в левой части окна Add Stitching to Net, и рассмотрим их подробно. Верхнюю левую часть окна занимает поле Stitching Parameters. В его центральной части расположено схематическое отображение формируемого блока Via Stitching. Сразу под отображением находится окно ввода Grid, в котором задается шаг сетки. Фактически, шаг сетки и цепь — главные параметры. Если они заданы, то по нажатии на кнопку OK окно Add Stitching to Net закроется и запустится процесс формирования блока Via Stitching. По окончании этого процесса появится окно, в котором будет отражено количество переходных отверстий, вошедших в блок Via Stitching. На рис. 2 показан пример блока, параметры которого соответствуют приведенным на рис. 1.

Рис. 2. Пример блока Via Stitching

Рис. 2. Пример блока Via Stitching

На рис. 2 представлен пример двухсторонней печатной платы. Верхний слой отображается красным цветом, а нижний — зеленым. Обратите внимание, что в тех областях платы, где присутствует только нижний слой, переходные отверстия отсутствуют.

Под полем ввода Gird расположена галочка Stagger alternate rows. Включение этой галочки «сдвигает» каждую четную линию переходных отверстий вправо на половину шага сетки переходных отверстий (рис. 3).

Рис. 3. Сдвиг четных линий сетки переходных отверстий

Рис. 3. Сдвиг четных линий сетки переходных отверстий

В верхней части области Stitching Parameters расположена галочка Constrain Area. Она нужна в тех случаях, когда блок Via Stitching нужно расположить не на всем полигоне, а только на его части. После включения этой галочки окно Add Stitching to Net временно закроется, а Altium Designer перейдет в режим выбора области, в которой нужно расположить сеть переходных отверстий. Она может быть любой формы (рис. 4).

Рис. 4. Выбор области для сети переходных отверстий

Рис. 4. Выбор области для сети переходных отверстий

После того как форма блока Via Stitching определена, необходимо выйти из этого режима, для чего нужно нажать либо клавишу Esc на клавиатуре, либо правую клавишу мыши. Окно Add Stitching to Net снова появится, и в нем можно продолжить настройку параметров. После его закрытия будет создан блок Via Stitching заданной формы. На рис. 5 приведен пример такого блока.

Рис. 5. Блок Via Stitching сложной формы

Рис. 5. Блок Via Stitching сложной формы

Под галочкой Constrain Area расположена опция Offset. С ее помощью можно настроить сдвиг переходных отверстий блока Via Stitching по осям X и Y.

В левом нижнем углу окна Add Stitching to Net расположена область Same Net Clearance. Тут можно задавать зазоры между определенными объектами и переходными отверстиями блока Via Stitching. Так, в поле ввода Default Via/Pad Clearance задается зазор между переходными отверстиями блока и переходными отверстиями или контактными площадками, не входящими в него, но подключенными к той же цепи. На рис. 6 приведен пример такого зазора. В центре расположено переходное отверстие, не входящее в блок Via Stitching, но подключенное к той же цепи, что и блок.

Рис. 6. Зазор между переходными отверстиями блока Via Stitching и переходным отверстием, не входящим в блок

Рис. 6. Зазор между переходными отверстиями блока Via Stitching и переходным отверстием, не входящим в блок

Задать зазор можно не только посредством опции Default Via/Pad Clearance, но и с помощью правила Stitching. Оно имеет более высокий приоритет. Над полем ввода Default Via/Pad Clearance расположена кнопка. Если правила не существует, то на кнопке написано: «Create new clearance rule…» Нажатие на эту кнопку открывает окно редактора правил PCB Rules and Constraints Editor, в котором формируется правило Stitching. Пользователю остается лишь задать величину зазора. Если же правило уже существует, то на указанной кнопке будет написано: «Edit clearance rule…» У правила Stitching есть серьезное преимущество — с его помощью можно задать разные зазоры для различных элементов топологии.

Под полем ввода Default Via/Pad Clearance расположено поле ввода Min Boundary Clearance. С его помощью задаются зазор между переходными отверстиями блока и краями полигона. На рис. 7 приведен пример работы этой опции. На рисунке представлен блок Via Stitching, у которого описываемый зазор вдвое больше, чем шаг сетки переходных отверстий. Обратите внимание, что в данном случае под «краями полигона» подразумеваются не только внешние края, но и все края внутренних вырезов.

Рис. 7. Зазор между переходными отверстиями блока Via Stitching и краями полигона

Рис. 7. Зазор между переходными отверстиями блока Via Stitching и краями полигона

Редактирование Via Stitching

Для идентификации переходных отверстий, входящих в блок Via Stitching, предназначено обозначение, которое состоит из имени цепи и суффикса [VSx], где x — порядковый номер блока (рис. 8).

Рис. 8. Отличия в обозначениях «свободного» переходного отверстия (слева) и переходного отверстия из блока Via Stitching

Рис. 8. Отличия в обозначениях «свободного» переходного отверстия (слева) и переходного отверстия из блока Via Stitching

Для редактирования свойств блока Via Stitching доступны все опции окна Add Stitching To Net. Чтобы вызвать это окно, необходимо сделать двойной щелчок по переходному отверстию блока Via Stitching и в выпадающем меню выбора объекта выбрать пункт Via Stitching (рис. 9). Можно сделать и по­другому — сначала выбрать блок, а потом щелкнуть правой клавишей мыши и в выпадающем меню выбрать пункт Properties.

Рис. 9. Выбор существующего блока Via Stitching

Рис. 9. Выбор существующего блока Via Stitching

Перенастройка свойств блока Via Stitching практически аналогична первоначальной настройке. Отличие только в том, что если форма блока уже была переназначена и галочка Constrain Area включена, то для нового изменения формы нужно нажать кнопку Edit Area. Чтобы убрать переназначение формы, нужно отключить галочку Constrain Area.

Помимо редактирования свойств блока Via Stitching также доступен ряд манипуляций непосредственно над самим блоком или над его отдельными переходными отверстиями. Так, сдвигать блок можно не только с помощью опции Offset, но и непосредственно в рабочем окне PCB­редактора. Для этого нужно просто потянуть левой клавишей мыши любое из его переходных отверстий. А чтобы сдвинуть отдельное переходное отверстие блока, его нужно выбрать и выполнить команду Edit -> Move -> Move Selection. После этого по первому щелчку переходное отверстие «привяжется» к курсору, а по второму — станет на новое место. Допустимо также менять параметры отдельного переходного отверстия из блока. Для этого достаточно открыть окно его свойств. Кроме того, можно удалять отдельные переходные отверстия. На рис. 10 приведены примеры описанных манипуляций. Как видно из рисунка, одно из отверстий блока сдвинуто левее, другое увеличено, а два отверстия (над увеличенным и под ним) вообще удалены. При подобном редактировании необходимо учесть, что после перестройки блока Via Stitching все изменения будут утеряны.

Рис. 10. Примеры манипуляций с отдельными отверстиями блока Via Stitching

Рис. 10. Примеры манипуляций с отдельными отверстиями блока Via Stitching

Удалить блок можно двумя способами. Во­первых, можно выполнить команду Tools -> Via Stitching/Shielding -> Remove Via Stitching Group. После этого останется лишь щелкнуть левой клавишей мыши на любом из переходных отверстий блока Via Stitching, и он будет удален. Второй способ заключается в том, что нужно выбрать блок, который необходимо удалить (см. рис. 9), и нажать на клавиатуре клавишу Del.

Via Shielding

Via Shielding — инструмент, автоматизирующий процесс экранирования отдельного проводника цепью переходных отверстий. Так же, как и Via Stitching, Via Shielding представляет собой блок. Но, в отличие от Via Stitching, ему не нужен полигон, так как он формируется вокруг определенных элементов топологии.

Для использования функции Via Stitching необходимо выполнить команду Tools -> Via Stitching/Shielding -> Add Shielding To Net…. В результате откроется окно Add Shielding To Net (рис. 11).

Рис. 11. Окно Add Shielding to Net

Рис. 11. Окно Add Shielding to Net

В отличие от блока Via Stitching, блок Via Shielding предусматривает использование двух цепей: экранирующей и экранируемой. Экранирующая цепь подключается к переходным отверстиям блока Via Shielding. Для выбора этой цепи предназначено выпадающее меню Net, которое доступно в поле Properties, расположенном в области Via Style. Но, в отличие от блока Via Stitching, если значение выпадающего меню Net оставить No Net, то блок Via Shielding всё равно сформируется, но он не будет подключен к какой­либо цепи. Область Via Style идентична такой же области окна Add Stitching to Net (см. рис. 1), поэтому останавливаться на ее описании не будем.

В левой части окна Add Shielding to Net расположены область Shielding Parameters. В самом верху этой области расположено выпадающее меню Net to shield, в котором можно выбрать экранируемую цепь. В центре области расположено схематическое отображение цепи экранирующих отверстий. Сразу под ним располагается поле ввода Grid, в котором задается зазор между переходными отверстиями экранирующей цепи. Обратите внимание, что тут задается именно зазор, а не шаг, как в блоке Via Stitching. Правее этого схематического отображения расположено поле ввода Distance, в котором задается зазор между экранируемым проводником и переходными отверстиями экранирующей цепи. Фактически, это минимальный набор параметров, необходимый для построения блока Via Shielding. На рис. 12 приведен пример формирования простейшего блока.

Рис. 12. Формирование простейшего блока Via Shielding

Рис. 12. Формирование простейшего блока Via Shielding

Рис. 13. Частичное экранирование проводника

Рис. 13. Частичное экранирование проводника

Если необходимо экранировать только часть проводника определенной цепи, то для начала необходимо выбрать экранируемые участки, а потом запустить инструмент Add Shielding to Net. После этого нужно включить галочку Selected Objects, расположенную сразу под выпадающим меню Net to shield. При этом выпадающее меню станет недоступным. На рис. 13 приведен пример частичного экранирования проводника.

Если необходимо одновременно экранировать проводники двух разных цепей, то алгоритм действий будет точно таким же — сначала нужно выбрать экранируемые участки, потом запустить инструмент Add Shielding to Net, а в его окне поставить галочку Selected Objects (рис. 14).

Рис. 14. Одновременное частичное экранирование проводников разных цепей

Рис. 14. Одновременное частичное экранирование проводников разных цепей

Экранировать проводники можно несколькими рядами переходных отверстий. Ниже схематического изображения блока Via Shielding расположено поле ввода Rows, в котором можно задать количество экранирующих рядов. Если рядов больше одного, то становится доступной галочка Stagger alternate rows, расположенная выше схематического отображения. Ее назначение аналогично назначению такой же галочки в окне Add Stitching to Net — сдвиг каждого второго ряда на половину шага переходных отверстий. Над полем ввода Distance расположено поле ввода Row spacing, в котором задается зазор между рядами переходных отверстий. На рис. 15 приведен пример многорядного экранирования проводника.

Рис. 15. Многорядное экранирование проводника

Рис. 15. Многорядное экранирование проводника

Еще одно полезное свойство Via Shielding заключается в том, что для обеих цепей дифференциальной пары эта функция работает так же, как для отдельной цепи. В выпадающем меню Net to Shield достаточно выбрать одну из цепей дифференциальной пары, и блок Via Shielding будет сформирован для обоих проводников (рис. 16).

Рис. 16. Экранирование дифференциальной цепи

Рис. 16. Экранирование дифференциальной цепи

Под полем ввода Rows расположены галочки Add shielding copper и Add clearance cutout. Включение первой галочки добавляет к блоку Via Shielding полигон заливки в виде полосы, которая огибает экранируемые объекты. Ширина полосы равна диаметру контактных площадок переходных отверстий блока. В случае многорядного экранирования ширина полосы складывается из диаметров переходных отверстий каждого ряда и зазоров между рядами. Галочка Add clearance cutout добавляет к блоку вырез полигона. Он огибает экранируемые объекты и обеспечивает равномерное формирование зазора на протяжении всего периметра. На рис. 17 приведены примеры работы данных параметров.

Рис. 17. Добавление полигона заливки и выреза полигона

Рис. 17. Добавление полигона заливки и выреза полигона к блоку Via Shielding

Редактирование блока Via Shielding

Хотя объект Via Shielding и является блоком, его нельзя переместить, как блок Via Stitching, потянув левой клавишей мыши за одно из переходных отверстий. Причина в том, что его назначение — экранирование. Поэтому его геометрия при построении опирается на геометрию экранируемых объектов. Во всем остальном этот блок и его элементы можно редактировать.

Для идентификации переходных отверстий блока Via Shielding служит обозначение, которое состоит из имени экранирующей цепи и суффикса [VSHx], где x — порядковый номер блока Via Shielding (рис. 18).

Рис. 18. Идентификация переходных отверстий, входящих в блок Via Shielding

Рис. 18. Идентификация переходных отверстий, входящих в блок Via Shielding

В первую очередь необходимо упомянуть, что для уже сформированного блока Via Shielding все описанные выше параметры доступны для редактирования. Чтобы их изменить, необходимо вызвать окно Add Shielding to Net. Делается это точно так же, как в случае с блоком Via Stitching (см. рис. 9).

Помимо редактирования свойств блока Via Shielding, можно также редактировать его отдельные элементы. Для переходных отверстий доступны все возможные изменения параметров, которые доступны для «свободных» переходных отверстий. Их параметры можно редактировать в окне свойств Via. Кроме того, их можно передвигать, потянув левой клавишей мыши, или удалять.

А вот для полигонов и вырезов полигонов дела обстоят немного сложнее. Вызвать окна их свойств — Polygon Pour и Region — из рабочей области не представляется возможным. Однако при необходимости свойства этих объектов можно отредактировать в окне PCB Inspector, предварительно выбрав нужный объект. А вот что касается графического редактирования полигонов заливки и вырезов полигонов, то тут эти объекты ничем не отличаются от их «свободных собратьев».

Удаление блока Via Shielding почти аналогично удалению блока Via Stitching. Для этого нужно либо воспользоваться командой Tools -> Via Stitching/Shielding -> Remove Via Shielding Group, либо выбрать блок в рабочей области и нажать на клавиатуре клавишу Del.

Заключение

После применения инструмента Via Shielding, как правило, не требуется проводить никаких доработок по экранированию цепей. В то же время, после формирования блока Via Stitching часто необходимо незначительно доработать прошивку полигонов переходными отверстиями. Чем выше плотность платы, то есть чем больше «изрезанность» полигонов заливки, тем больше времени требуется на такую доработку. Ведь грамотную прошивку, как и грамотную трассировку, полностью автоматизировать невозможно. Несмотря на это, применение описанных в данной статье инструментов экономит до нескольких часов работы над одной платой. В случае особо больших печатных плат такая экономия может доходить до десятков часов. Таким образом, переоценить пользу от работы с этими инструментами трудно. Так что, надеемся, данная статья будет полезна как опытным, так и начинающим пользователям.

Популярные статьи

Будущее CAM-систем

Статья знакомит с современным состоянием функционала CAM-систем, делает своеобразный экскурс в прошлое программного обеспечения для станков с ЧПУ, дает прогноз развития технологий, рынка и возможностей CAM-систем к 2020 году

Новая линейка профессиональной графики NVIDIA Quadro — в центре визуальных вычислений

Компания NVIDIA обновила линейку своих профессиональных графических карт Quadro. Новая архитектура Maxwell и увеличенный объем памяти позволяют продуктивно работать с более сложными моделями в самых высоких разрешениях. Производительность приложений и скорость обработки данных стали вдвое выше по сравнению с предыдущими решениями Quadro

OrCAD Capture. Методы создания библиотек и символов электронных компонентов

В этой статье описаны различные приемы и способы создания компонентов в OrCAD Capture, которые помогут как опытному, так и начинающему пользователю значительно сократить время на разработку библиотек компонентов и повысить их качество