PCBのレイアウト

Altium Designer でのボード設計の世界へようこそ。すべての電子製品の内部には、プリント基板、または PCB があります。プリント基板設計の初期段階では、PCB に対する要求はシンプルでした。基板はコンポーネントの機械的な取り付けを提供し、適切なピンを接続して、回路図で定義された論理設計を実装しました。

今日では、コンポーネントはセンチメートルではなく、ミリメートルの一部の単位で測定されるほど小さくなり、トラック幅も10ミル幅の広く間隔を置いた線から、細く、2または3ミル幅の髪のような線に縮小し、密集して配置されるようになりました。信号速度の上昇により、PCBのインターコネクトは、電気エネルギーを運ぶ単純な銅の導管であったものが、高速伝送線として振る舞うように変わり、これに対応するための設計技術が必要になりました。デバイスの供給レールの低下は、許容される電圧降下に厳しい要求をもたらし、電力分配ネットワークの慎重な設計を必要とします。

これらを組み合わせると、現代のPCBは密度が高く、多層のエンジニアリング設計の課題となります。

これらのより要求の厳しい電気的要件と同様に、機械的要件もより複雑になっています。コンパクトで珍しい形状の現代の電子製品には、コンパクトで珍しい形状のプリント基板が必要であり、これらはしばしばリジッドフレックス構造として実装されます - これらの基板は曲がったエッジや切り抜きを持つことができ、慎重に配置されたコンポーネントが必要です。これらの厳しい設計要件は、電子設計と機械設計の領域間の密接な協力を要求し、設計データの間の容易な移動を要求します。

設計課題の解決

これらの課題は、Altium DesignerのPCB設計技術を用いて解決することができます。

任意の形状や構造のボードを作成

ボードは、任意の形状で作成でき、リジッドボード、リジッドフレックス、またはピュアフレックスとして設計することができます。リジッドフレックス設計では、複数のレイヤースタックアップを定義し、追加のカバーレイを作成することができます。コンポーネントは、任意の内部信号層に埋め込むことができます。

このボードは、最大32の信号層と16のプレーン層を持つことができます。必要に応じて、プレーン層を任意の回数分割し、分割内でさらに分割されたエリアを定義することができます。

機械設計層も利用可能で、これらは特殊な製造層としてペアリングして使用することもできます。例えば、グルードットの定義に使用します。

ボードの形状は外部で定義され、DXF、DWG、またはSTEPを介してPCBエディタにインポートすることができます。

► ボードについて読む

デカルト座標と極座標を備えた柔軟なワークスペース

デザイナーは、メートル法またはインペリアル、デカルト座標または極座標のグリッドで作業できます。複数のスナップグリッドを重ね合わせることができ、オブジェクトのみ、またはコンポーネントのみに制限することもできます。ボードのサイズは非常に小さいものから、最大で100x100インチまで様々で、0.001milまでの小さなデザインオブジェクトを使用できます。

スナップグリッドシステムを補完する機能として、ホットスポットスナップ機能があります。これは、スナップグリッドを上書きし、カーソルがユーザー定義の範囲内にあるオブジェクトのホットスポットに引き寄せられる機能です。この機能により、例えばメトリックボード上のインペリアルコンポーネントのパッドに配線するといった、グリッド外のオブジェクトを扱う作業が容易になります。 また、ユーザー定義のスナップポイントとスナップガイド、オブジェクト軸のアライメントガイドもあり、これらはオブジェクトの正確な位置決めに役立ちます。

► PCBグリッドシステムについて読む

3D PCBデザイン

PCBエディターは、デザイナーが2Dと3Dの表示モードを簡単に切り替えることができる、真の3D設計空間です。コンポーネントモデルは、一連のシンプルな3D形状からPCBライブラリエディターで作成することができますし、STEPを含むさまざまな形式で3Dモデルをインポートすることもできます。

コンポーネントモデルをインポートするだけでなく、デザイナーは製品ケースもインポートでき、3Dクリアランスチェックを実行することができます（画像上にカーソルを合わせてください）。 リジッドフレックス設計の場合、ボードはインタラクティブに折りたたむことができます（上の画像に示されているように）、これは設置状態のボードのクリアランスチェックを行うのに理想的です。完成したボードは、必要に応じて折りたたんだ状態で、MCAD設計ソフトウェアに読み込む準備ができた3D STEP形式でエクスポートすることもできます。 ► ECAD-MCAD統合における3Dの利点について読む

ルール駆動設計

設計要件は、設計ルールを使用して、これらのオブジェクトを対象としてそれらの要件を適用するアプローチを通じて適用されます。ルールはオブジェクトから独立して定義され、あるボード設計からエクスポートして別のボード設計にインポートすることができます。編集やルールチェックの際、ルールエンジンは自動的に各オブジェクトに適用される最優先ルールを特定します。

ルールは、NetClassやAllのような広範な識別子から、厄介な、状況特有の設計要件を正確に対象とする厳密に定義されたクエリに至るまで、キーワード駆動のクエリ言語を使用してオブジェクトを対象とします。

PCB Rules and Violationパネルは、ルールがどのオブジェクトに適用されるか、そしてなぜ失敗するのかを理解し解釈するプロセスを簡素化します。バッチDRCは、いくつかの形式で生成できる詳細なレポートを提供します。

► 設計の制約 - 設計ルールについて読む

配線

配線はもはや単純な点を結ぶプロセスではありません。高速で動作するデバイスのため、多くの基板には高速信号があり、制御インピーダンスの配線が必要です。PCBエディタの配線幅の設計ルールは、幅に基づくものか、またはインピーダンスに基づくものであり、配線が一層から別の層に移動するにつれて配線幅が変わります。インタラクティブ配線は迅速かつ効率的で、迂回、密着、押し出しモードを使って、迅速かつ効率的に作業を完了させることができます。

ActiveRouteは、選択した特定のネットや接続に適用される効率的なマルチネット配線アルゴリズムを提供する自動インタラクティブ配線技術です。ActiveRouteは、新しいルートが流れる川を定義するルートパスまたはガイドをインタラクティブに定義することも可能です。

差動ペア配線はもちろん、片面および差動ペアの長さ調整にも完全に対応しています。

トポロジカルオートルーターは、熟練したボードデザイナーのようなルートを生成します。トポロジカルルーターであるため、直交グリッドに制約されず、好ましい方向設定と接続パスによって案内されます。

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► 高速設計について読む

電力分布解析

今日の低電圧コンポーネントを使用した設計の難しい側面は、ボードの直流電源供給システムの管理です。高速回路、複数のデバイス、密集したボード、複数の供給レールを特徴とする現代のデジタル設計では、設計の直流電源配布ネットワーク（PDN）にかかる要求は、その設計に対してより分析的なアプローチを求めています。

Altium Designerに拡張機能として組み込まれ、CST®（Computer Simulation Technology）によって動力を得ているAltium PDN Analyzerは、DC電源インテグリティ（PI-DC）シミュレーションツールであり、その電気的および物理的特性に基づいてボード設計の直流性能を分析します。

► PDN Analyzerについて読む

出力の生成

基板設計プロセスの最終目的は、基板を製造および組み立てるために必要な出力ファイルを生成することです。Gerber X2、ODB++、IPC-2581などの一般的な出力規格だけでなく、詳細な図面や、すべてのコンポーネントとネットへのブックマーク付きPDFファイルも生成できます。

OutputJobsを使用すると、すべての出力を一か所から設定して生成でき、OutputJobは簡単に次のプロジェクトに移行できます。

包括的で設定可能なBOM生成機能は、プロジェクトのコストを最初から把握できるようにするActiveBOMを使用して利用可能です。 3D PDFも利用可能で、完成したPCBをズーム、パン、回転機能付きの3D PDFとして共有できます。また、すべてのコンポーネントとネットに対するブックマークも完備しています。 ► 出力についてもっと読む

次はどこへ？

Altiumの設計技術と同様に、PCBエディターも学習が早く、作業がしやすいように設計されています。コンテキストに応じた右クリックメニューが広範囲に使用されており、コンテキストに敏感なヘルプ(F1)やコマンド内ショートカットリスト(Shift+F1)がどこでも利用可能です。

Altium Designerに初めて触れる方は、コンセプトから完成までのチュートリアルから始めると良いでしょう - 単純な9つのコンポーネントの回路を基に、空白の回路図シートから始めて、PCBの完成まで、そしてボードを製造するために必要なファイルを得るところまでを行います。

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