差動ペア配線
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差動信号システムとは、信号が密接に結合された一対のキャリアを介して送信されるシステムで、そのうちの一方が信号を、もう一方が信号の等価で反対のイメージを運ぶものです。差動信号は、信号源の論理基準グラウンドが負荷の論理基準グラウンドにうまく接続できない状況に対応するために開発されました。差動信号は、電子製品に存在する最も一般的な干渉アーティファクトである共通モード電気ノイズに対して本質的に免疫があります。差動信号のもう一つの大きな利点は、信号ペアから発生する電磁干渉（EMI）を最小限に抑えることです。
差動ペアPCB配線は、プリント基板上で差動（等しく反対の）信号を運ぶことができるバランスの取れた伝送システムを作成するために使用される設計技術です。通常、この差動配線は外部の差動伝送システム、例えばコネクターやケーブルに接続されます。
重要な点として、ツイストペア差動ケーブルで達成される結合比が99%以上であるのに対し、差動ペア配線で達成される結合は通常50%未満であることが挙げられます。現在の専門家の意見では、PCB配線のタスクは特定の差動インピーダンスを達成しようとすることではなく、外部ケーブリングから目的のコンポーネントまで差動信号が良好な状態で到達することを保証するために必要な特性を維持することが目的です。
業界で著名な高速PCB設計の専門家であるLee Ritcheyによると、成功した差動信号伝送は特定の差動インピーダンスを目指すことを要求しているわけではありません。それが要求するのは：
- 入ってくる差動ケーブルのインピーダンスの半分に各配線信号のインピーダンスを設定する。
- 2つの信号線がそれぞれ自身の特性インピーダンスで受信側で適切に終端されていること。
- 2本の線は、設計に使用されるロジックファミリーと回路の周波数の許容範囲内で、等しい長さであるべきです。焦点はタイミングを保持し、設計のスキューバジェットを満たすのに十分近い長さに合わせることにあります。例えば、高速USBの場合、長さの不一致は150ミルを超えてはならず、DDR2クロックは25ミル以内に合わせる必要があります。
- 障害物を避けるために分離する必要がある場合を除き、2つの信号を並べて配線することの利点を活用して、必要に応じてマッチした長さの良質な配線を実現します。
- 信号インピーダンスが維持される限り、レイヤー変更は許容されます。
回路図上での差動ペアの定義
差動ペアは、ペア内の各ネットに差動ペアディレクティブ（Place » Directive）を配置することで回路図上で定義されます。ネットペアは、_N および _P のネットラベル接尾辞で命名する必要があります。ペアネットのそれぞれに差動ペアディレクティブを配置すると、名前がDifferentialPairで値がTrueのパラメータがネットに適用されます。
差動ペアの定義は、設計同期中にPCBに転送されます。
回路図に差動ペアを定義するためのディレクティブを配置します。
ブランケットディレクティブを使用して複数のペアを識別する
定義するペアの数が多い場合、別のアプローチとしてブランケットディレクティブを配置することもできます。これにより、ブランケットの下にある複数のネットにディレクティブを適用できます（ソフトウェアはブランケット境界内にネットラベルのホットスポットがあるネットを検出します）。その後、ブランケットは下の画像に示すように、単一の差動ペアディレクティブでタグ付けされます。
この画像には、含まれているネットを差動ペアメンバーとして定義するよう指示するだけでなく（差動ペアディレクティブの存在により）、全ての含まれているネットをネットクラスROCKET_IO_LINESのメンバーにするよう指示し、さらに差動ペア配線ルールを作成するようにも指示していることが示されています。差動ペアディレクティブにネットクラスが指定されているため、PCBエディタではこのルールがこのネットクラス、ROCKET_IO_LINESを対象としてスコープされます。
ブランケットを使用して、複数のネットを差動ペアメンバーとして設定することができます。
差動ペアをPCBエディタに転送する
スキーマティックでネットに差動ペアディレクティブを配置した場合、デフォルトのプロジェクトオプション設定により、PCB上に差動ペアメンバーが作成されます。PCBプロジェクトのオプションダイアログで使用される以下のオプションでこれを設定します：
- コンパレータタブ - 追加の差動ペア（その後、異なる差動ペアが後続の更新をチェックし、デザインルールを作成/変更する場合はルールオプションもあります）
- ECO生成タブ - 差動ペアの追加（その後、差動ペアの変更が後続の更新をチェックし、デザインルールを作成/変更する場合はルールオプションもあります）
- クラス生成タブ - ネットクラスの生成（PCB差動ペア配線ルールの範囲を指定するために使用するネットクラスも作成している場合）
PCB上での差動ペアの表示と管理
差動ペアの定義は、PCBパネルで表示および管理され、差動ペアエディタに設定されます。以下の画像は、クラスRIODiffPairsに属するペアを示しています。ペアV_RX0が強調表示され、このペアのネットはV_RX0_NとV_RX0_Pです。各メンバーネット名の隣に表示される - と + はシステムフラグであり、ペアの正または負のメンバーであるかを示しています。
差動ペアは差動ペアエディタで表示および管理できます。
クラス領域で右クリックして新しいクラスを作成します。
PCB上での差動ペアの定義
差動ペアは回路図上で定義することができ、PCBエディター内でも定義できます。PCBエディターで差動ペアオブジェクトを作成するには、PCBパネルがDifferential Pairs Editorモードに設定されているときにAddボタンをクリックします。結果として表示されるDifferential Pairダイアログから、正と負のネットの既存のネットを選択し、ペアに名前を付けてOKをクリックします。PCBエディターで定義される際には、任意の2つのネットを差動ペアのメンバーとして選択できることに注意してください。
名前付きネットから迅速にペアを作成します。
差動ペアクラスの定義
設計ルールで対象とする必要がある差動ペアが複数ある場合がよくあります。この状況では、差動ペアのクラスを定義し、それらを論理的なグループにクラスタリングできます。クラスはObject Class Explorerダイアログ（Design » Classes）で定義されます。
差動ペアクラスを作成して、ペアに適用する設計ルールの作成プロセスを簡素化します。
xSignalsを差動ペアと共に使用する
差動ペアにシリーズコンポーネントが信号経路内にある場合、xSignalsを作成することが有益かもしれません。xSignalは、2つのノード間の設計者が定義した信号経路です - これらは同じネット内の2つのノード、または異なるネットの2つのノードである可能性があります。xSignalを使用すると、シリーズコンポーネントの両側にあるネットと、シリーズコンポーネント自体を含むように信号経路を定義できます。xSignalsの経路長計算には、シリーズコンポーネントを通る経路の長さが含まれます。これは、xSignalsモードのPCBパネルでxSignalが選択されたときに表示される細い線によって示されます。
これらの差動ペアはxSignalsとして定義されており、ルート長には直列コンポーネントが含まれます。##
適用可能な設計ルール
差動ペアをインタラクティブに配線するには、以下の2つの設計ルールを作成し、PCB Rules and Constraints Editorダイアログ（Design » Rules）で設定します：
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差動ペア配線 - ペア内のネットの配線幅、ペア内のネット間の隔たり（ギャップ）、および全体の非結合長（ギャップが最大ギャップ設定より広い場合、ペアは非結合になります）を定義します。このルールの範囲を差動ペアである対象オブジェクトに設定します。例：
IsDifferentialPair、またはInDifferentialPairClass('All Differential Pairs')。ギャップ設定は配置時に使用されますが、設計ルールチェック中には使用されません。設計ルールチェック中には、ペア内のネット間の距離が適用可能な電気的クリアランス設計ルールによってテストされます。
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電気的クリアランス - 任意のネット、同じネット、または異なるネット上の任意の二つの基本オブジェクト（例：パッド間、トラック-パッド）間の最小クリアランスを定義します。このルールの範囲を、差動ペアのメンバーであるオブジェクトを対象とするように設定します。例：
InDifferentialPair。
設計ルールの範囲を設定する
設計ルールの範囲は、ルールを適用したいオブジェクトのセットを定義します。差動ペアはオブジェクトであるため、以下の例のようなクエリを使用できます：
- InAnyDifferentialPair - 任意の差動ペアに属しているかどうか。
- InDifferentialPair('D_V_TX1') - D_V_TX1という名前の差動ペアに属する両方のネットを対象とします。
- InDifferentialPairClass('All Differential Pairs') - 「All Differential Pairs」と呼ばれる差動ペアクラスに属する全てのペアの全てのネットを対象とします。
- (IsDifferentialPair And (Name = 'D_V_TX1')) - 名前がD_V_TX1である差動ペアオブジェクトを対象とします。
- (IsDifferentialPair And (Name Like 'D*')) - 名前がDで始まる全ての差動ペアオブジェクトを対象とします。
差動ペアウィザードを使用してルールを定義する
Rule WizardボタンをDifferential Pairs Editor（PCBパネル）でクリックすると、必要な設計ルールを設定するプロセスを案内します。作成されるルールの範囲は、ルールウィザードボタンをクリックしたときに選択されたものに依存することに注意してください - 一つのペアが選択されていた場合、ルールはそのペアのネットを対象としますが、差動ペアクラスが選択されていた場合は、ルールはそのクラスのネットとすべてのペアを対象とします。
差動ペアの配線
差動ペアはペアとして配線されます - つまり、2つのネットを同時に配線します。差動ペアを配線するには、RouteメニューからInteractive Differential Pair Routingを選択します。ペアのネットのうちの1つを選択するように求められ、どちらかをクリックして配線を開始します。以下のアニメーションは、差動ペアが配線されている様子を示しています。
差動ペアは同時に配線されます。
差動ペアを配線する際、標準の衝突解決モードが利用可能です。これにはWalkaround、Push、Hug and Push、Ignore obstaclesが含まれます。
次の操作を行います：
- SHIFT + R を押して、競合解決配線モードを切り替える
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Shift+Spacebar を押して、利用可能なコーナースタイルを切り替える:
- 45度のコーナー
- コーナーに45度のアーク
- 90度のコーナー
- コーナーに90度のアーク
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レイヤーを切り替えてビアを挿入するには:
- 数字キーパッドの*キーを押すか、
- Ctrl+Shift+Wheel Scroll のショートカットキーの組み合わせを使用する
- 5 を押して、可能なビアパターンを切り替える
- Shift+F1 を押して、利用可能なコマンド内ショートカットを表示する
-
コーナーにアークモードで、
キーを押して最大アーク半径を減らし、 
キーを押して最大アーク半径を増やす。アークサイズはカーソルを動かすことでインタラクティブに変更でき、設定は配線時にステータスバーに表示される最大許容アーク半径を定義する。
配線品質の向上
PCBエディタには、既存の配線の品質を向上させるための強力なツールが含まれています。これらのツールは、グロッシングとリトレーシングとして知られており、どちらもRouteメニューで利用可能です。
- Gloss - トレースのジオメトリを改善することに焦点を当て、コーナーの数を減らし、全体のルート長を短縮しようとします。グロスは既存のトレース幅と差動ペアのギャップを保持します。
- Retrace - 全体のジオメトリが満足であると仮定し、代わりに配線が設計ルールを満たしているかを検証することに焦点を当てます。グロスが既存のトレース幅とペアギャップを保持するのに対し、リトレースはそれらを好ましいものに変更します。設計ルールが変更され、その変更を既存の配線に適用する必要がある場合に、リトレースは非常に優れたツールです。
GlossとRetraceについてもっと学ぶには、ポストルートのグロッシングとリトレーシングのページを読んでください。
前のセクション、差動ペアの配線のアニメーションには、グロッシングの簡単なデモンストレーションが含まれています。
配線選択の戦略
選択は、既存の配線を扱うを含む、設計プロセスの全領域における核となる活動です。光沢を出したい場合でも、いくつかの配線を削除したい場合でも、まずは配線を選択する必要があります。
内部を選択するか、接触しているものを選択するか
PCBエディタでは、選択は選択矩形内部のオブジェクトか、選択矩形に接触しているオブジェクトのどちらかになります。これは、選択矩形を描くときにマウスを動かす方向によって制御されます：
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内側を選択 - 左から右へ青い矩形をドラッグして、選択矩形の完全に内側にあるすべての表示されている、ロックされていないオブジェクトを選択します。 |
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接触を選択 - 右から左へ緑の矩形をドラッグして、選択矩形に接触するすべての表示されている、ロックされていないオブジェクトを選択します。 |
選択範囲の拡張
一般的な状況として、接触している多数のオブジェクトを選択する必要がある場合があります。例えば、配線されたネットのトラックセグメントや、配線されていないネットの接続ラインなどです。平行に走るトラックセグメントのセットを接触しているものを選択する技術を使って選択するのは比較的簡単ですが、ルート全体をインタラクティブに選択するのは難しい場合があります。
しかし、一つまたは複数のトラックセグメントを選択し、その選択を接触しているトラックセグメントに拡張することで、これを簡単に実現できます。これは、下のビデオで示されているように、Tabキーを使用して行います。
配線選択技術のデモンストレーション
選択技術のデモンストレーション。
対話的に差動ペアの配線を変更する
配線中には、既存の配線を変更する必要が生じる多くの瞬間があります。たとえば、パッドの出口に満足できない場合があり、それを再形成したいと思うかもしれません（下のアニメーションに示されているように）。トラックセグメントをクリックしてドラッグするドラフティングタイプのアプローチを使用して既存の配線を変更することはできますが、単に再配線する方がしばしば簡単です。
これを行うには、Place » Interactive Differential Pair Routingコマンドを選択し、既存の配線上の任意の場所をクリックします。新しいパスを配線し、必要に応じて既存の配線に戻ってきます。これにより、古いパスと新しいパスでループが作成され、右クリックまたは Esc を押して配線を終了すると、冗長なセグメントが自動的に削除されます。これには、冗長なビアも含まれます。差動ペア配線は、シングルネット配線とは少し異なります。シングルネット配線では、最後のセグメントが空洞です（先読みセグメント）、このセグメントはクリックしたときに配置されません。差動ペア配線には、先読みセグメントが含まれていないため、クリックすると表示されるすべてのセグメントが配置されます。冗長なセグメントがないようにカーソルを位置づけてください。
差動ペアを手動でトラックセグメントをドラッグして調整している場合、一方のペアメンバーをもう一方と一緒に押し出すか、それぞれを独立してドラッグすることができます。
差動ペアのループ除去機能を使用してインタラクティブに再配線する - 新しいパスに沿って単純に再配線すると、古い配線ループが自動的に除去されます。
ペアは、一方のネットをドラッグして他方をプッシュすることによっても変更できます（ドラッグ中にShift+Rを押してモードを切り替えます）
詳細については、配線の変更の記事を参照してください。
利用可能なクリアランスの表示
配線中に、なぜその隙間を通過できないのかと悩んだことはありますか？このイライラは、差動ペアの配線を行う際にさらに高まることがあります。Altium Designer V16では、この問題を解決するための機能が導入されました。それは動的なクリアランス境界の表示です。この機能を有効にすると、既存のオブジェクト + 適用されるクリアランスルールによって定義された禁止エリアが、ローカルビューイングサークル内でシェーディングされたポリゴンとして表示されます。以下のアニメーションで示されています。機能をオン/オフするには、Ctrl+Wを押します。
差動ペア配線中にクリアランス境界を動的に表示します。
表示エリアは、現在のカーソル位置を中心とした円に制限することも、画面全体にすることもできます。これは、PreferencesダイアログのPCB Editor - Interactive Routing ページのReduce Display clearance areaオプションで制御されます。
差動ペアの長さを合わせる
差動ペアは、固有のノイズ耐性と、信号の高品質なリターンパスを提供する課題を簡素化するという事実のため、高速設計でよく使用されます。しかし、単線信号と同様に、信号タイミング要件を満たすためにはその長さを管理する必要があります。
差動ペアの配線中に、ペアの2つのネットの長さはステータスバーに表示され、ヘッズアップディスプレイでも表示されます（Shift+Hでオン/オフを切り替え）。ペアの配線を終了した時点で、PCBパネルに表示される長さの値が更新されます。
ペア内の各ネットの現在のルート長は、ヘッズアップディスプレイに表示されます（Shift+Hでオン/オフを切り替えます）。
マッチング長と長さの設計ルール
長さとマッチング長の設計ルールは、フライトタイムとスキューのタイミング要件が満たされるように定義することができます。これらのルールは、設計ルールチェック（DRC）中だけでなく、インタラクティブな長さ調整中にも使用されます。
マッチドレングス設計ルールは、ルールの範囲によって対象とされる最長のペアを検出し、そのペアの平均長値を基準として他の対象ペアと比較し、定義された許容誤差内での長さを要求します。この平均長値は、PCBパネルのDifferential Pairs Editorに表示されます。
ペア内およびペア間の設計ルール
ペア間、および各ペア内でマッチドレングスの要件がある可能性が高いです。
これを管理するために、適切なマッチドレングス設計ルールを作成します：
- ペア間で適用されるマッチドレングス設計ルールを定義し、下の左側の画像に示されているように、必要なペアにルールを適用する範囲を指定します。ここで、Group Matched Lengtのチェックボックスが有効になっていることに注意してください。
- ペア内で適用される別のマッチドレングス設計ルールを定義します。このルールは、各ペア内の2つのネットの長さが許容範囲内であることを保証します。このルールも、下の右側の画像に示されているように、必要なペアに適用する範囲を指定されます。このルールは、ペア間のルールよりも高い優先度を持つべきです。Within Differential Pair Lengthのチェックボックスが有効になっていることに注意してください。
差動ペア用に2つのマッチング長さルールが定義されています - 一つはペア間（左の画像）、もう一つはペア内（右の画像）です。
差動ペアの長さ調整
ペアの長さ、および各ペア内のネットは、2つの長さ調整コマンドを使用して調整されます。長さを調整するには：
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差動ペアの長さは、Interactive Diff Pair Length Tuning コマンド（Routeメニュー）を使用して正確に調整できます。長さ調整中には、アコーディオンスタイルとサイズをインタラクティブに調整するためのショートカットを使用することができますし、Tabを押してPropertiesパネルをDifferential Pair Length Tuningモードで開くことができます。パネルでは、目標長さが定義されます：
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目標長さフィールドに値を手動で入力
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ユーザーが選択した配線された差動ペアから
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適用可能な長さおよびマッチング長さの設計ルールから。
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- ペア内のネットを調整するには、Interactive Length Tuningコマンド（Routeメニュー）を使用します。ペア内の長いネットを調整しようとすると、Target Length Shorter than Old Lengthというメッセージが表示されます。
まず差動ペアの長さを調整し、次にペア内の短いネットの長さを調整します。
長さ調整アコーディオンの削除
差動ペアの長さ調整アコーディオンは、複数の短いトラックとアークセグメントから作成されます。これらは手動で選択して削除することができますが、通常はそれらの上から再配線する方が効率的であり、ループ削除機能が冗長なトラック/アークセグメントを削除します。
ループ削除機能を使用して長さ調整アコーディオンを削除する。
関連項目
```plaintext
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