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、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ていました。

今日では、コンポーネントはセンチメートルではなく、ミリメートルの分数で測定されるほど小さくなり、トラック幅は10ミル幅のよく間隔を空けられた線から、薄く、2または3ミルの髪のような線に縮小され、密集しています。信号速度の上昇により、PCBの内部配線は単なる電気エネルギーを運ぶ銅の導管であることから、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。低いデバイス供給レールは許容可能な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りました。コンパクトで変わった形状の現代の電子製品は、コンパクトで変わった形状のプリント基板を要求し、これらはしばしば剛柔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、それらの間で設計データの容易な受け渡しを要求します。

これらの課題は、Altium の PCB 設計技術で対応できます。

基板は、任意の形状で作成でき、リジッド基板、リジッドフレックス、または純フレックスとして設計することができます。複数のレイヤースタックアップをリジッドフレックス設計で定義でき、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。

基板は、最大で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、分割内の分割エリアを定義できます。

機械設計層が利用可能で、特殊な製造層としてペアに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。

基板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。

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カーテシアンおよび極座標グリッドを備えた柔軟なワークスペース

デザイナーは、メトリック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、ごく小さいものから最大100x100インチまで変えることができ、デザインオブジェクトは0.001milまでのサイズで使用できます。

スナップグリッドシステムを補完するのは、ホットスポットスナップ機能で、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可能な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配線する場合など、オフグリッドオブジェクトを簡単に扱うことができます。

また、ユーザー定義可能な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グリッドシステムについて読む

PCBエディターは、設計者が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、設計者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（上の画像に示されているように）、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、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、一つの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、厳密に定義されたクエリまで、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。このクエリは、厄介な、状況特有の設計要件を正確に対象とすることができます。

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、そしてなぜ失敗してい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。高速でスイッチングするデバイスのため、多くの基板には高速信号があり、インピーダンスプロファイルの定義や制御インピーダンス配線が必要です。PCBエディタの配線幅設計ルールは、幅に基づいているか、またはインピーダンスに基づいており、配線が一層から別の層に移動すると配線幅が変わります。インタラクティブ配線は、迂回、密着、押し出しモードを備え、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を使用すると、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できます。

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も完全にサポートされています。

トポロジカルオートルータは、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。

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ECAD-MCAD 共同設計

電子設計と機械設計の領域をまたいで作業することは、独自の課題をもたらします。複数の不規則な形状のプリント基板を収容する小さく複雑な製品エンクロージャーを成功させるには、ECADとMCADの設計者が設計変更を彼らの設計領域間で流動的に行き来させることができなければなりません。

異なる設計ソフトウェア間で複雑で詳細な設計変更を伝達することは、単にデータを別の形式で保存できるということ以上のものです。電子設計チームと機械設計チームは独立して作業し、設計プロセスの任意のポイントで設計変更を選択的に転送する能力が必要です。

Altium Designerは、Altium CoDesignerを使用して、直接のECADからMCADへの共同設計をサポートしています。

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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、ボードの直流電力供給システムを管理することです。高速回路を特徴とする現代のデジタル設計では、複数のデバイス、密集したボード、複数の供給レールがあり、設計の直流電力分配ネットワーク（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必要とします。

Altium Designerに拡張機能として組み込まれ、CST®（Computer Simulation Technology）によって駆動されるAltium PDN Analyzerは、DC電力インテグリティ（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DC性能を分析します。

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出力の生成

基板設計プロセスの最終目的は、基板の製造と組み立て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の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。

ActiveBOMを使用した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ます。

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、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。

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