PCBのレイアウト
電子製品設計の要求
Altiumの電子設計ソフトウェアにおける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という単位で測られるほど小さくなり、トラック幅も10ミル幅のよく間隔を空けた線から、細く、2または3ミル幅の髪の毛のような線に縮小し、密集しています。信号速度の上昇により、PCBのインターコネクトは単なる電気エネルギーを運ぶ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が低くなることで、許容される電圧降下に厳しい要求が生じ、電力分配ネットワークの慎重な設計が求められます。
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。
これらの要求の厳しい電気的要件だけでなく、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、しばしば剛柔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での密接な協力を要求し、設計データの容易な受け渡しが求められます。
設計の課題を解決する
これらの課題は、AltiumのPCB設計技術で解決できます。
任意の形状や構造のボードを作成する
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、または純フレックスとして設計できます。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でき、追加のカバーレイを作成できます。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、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、プレーン層を何度でも分割し、分割内分割エリアを定義できます。
32の機械設計層が利用可能で、これらはペアにして特殊な製造層と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し、DXF、DWG、またはSTEP経由でPCBエディタにインポートすることもできます。
ボードについてを読む
カーテシアンと極座標のグリッド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、カーテシアン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、スナップグリッドをオーバーライドし、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ます。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ルーティングするといった、オフグリッドオブジェクトの操作が容易になります。 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、オブジェクトの正確な位置決めに役立ちます。 PCBエディタワークスペースについて読む。
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デザイン空間です。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のインポートに加えて、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できます（画像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、3D STEP形式でエクスポートすることもでき、MCAD設計ソフトウェアに読み込む準備ができます。
3Dを活用したECAD-MCAD統合の利点について読む
ルール駆動型設計
設計要件は、設計ルールを使用して、エレガントな - 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。編集中またはルールチェック中に、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識別します。
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ターゲットに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ルールと違反パネルは、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。 設計要件の指定 - 設計ルールについて読む
ルーティング
ルーティングはもはや単純な点を結ぶプロセスではありません。高速なデバイスの切り替え速度は、多くの基板に高速信号を必要とし、制御インピーダンスルーティングが求められます。PCBエディタのルーティング幅設計ルールは、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、ルーティングが一層から別の層に移動するにつれてルーティング幅が変わります。インタラクティブルーティングは迅速かつ効率的で、回避、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できます。
差動ペアルーティングは完全にサポートされており、単面および差動ペアの長さ調整も可能です。
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導かれます。
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の一つは、ボードのDC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DC電源分配ネットワーク（PDN）に対する要求が、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電源整合性（PI-DC）シミュレーションツールであり、電気的および物理的特性に基づいてボード設計のDC性能を分析します。
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が含まれた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、生成することができ、OutputJobは簡単に次のプロジェクトに移行することができます。
包括的で設定可能なBOM生成機能が利用可能で、プロジェクトのコストを最初から把握できるActiveBOMも含まれています。
3D PDFも利用可能で、完成したPCBを3D PDFとして共有でき、ズーム、パン、回転はもちろん、すべてのコンポーネントとネットへのブックマークも完備しています。
出力についての詳細を読む
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わたって使用され、コンテキストに敏感なヘルプ(F1)やコマンド中のショートカットリスト(Shift+F1)がどこでも利用可能です。
Altiumの設計ソフトウェアを初めて使用する場合は、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回路を基に、空白の回路図シートから始めて、PCBの完成と、基板製造に必要なファイルを得るところまでを行います。
それ以外の場合は、以下の記事をチェックしてみてください：