PCBのレイアウト
設計の課題を解決する
Altium Designer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、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た線から、密集して配置された細い2または3ミルの髪のような線に縮小しました。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、しばしばリジット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。
あらゆる形状や構造のボードを作成する
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。
機械設計層も利用可能で、特殊な製造層として使用するためにペアに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。
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。ボードのサイズは非常に小さいものから、最大100x100インチまで対応し、0.001milまでの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、カーソルを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まで配線する場合など、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。
3D PCBデザイン
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、PCBライブラリエディターで一連のシンプルな3D形状から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（画像上でカーソルをホバーしてください）。
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）、設置状態のボードのクリアランスチェックを実行するのに理想的です。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ています。
► 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、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、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。
► 配線について読む
► 高速設計について読む
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ECAD-MCAD 共同設計
電子設計と機械設計の領域間で作業することは、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、単に別の形式でデータを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点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。
► ECAD-MCAD 共同設計について読む
電力分配分析
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DC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必要とします。
Altium Extensionアプリケーションとしてダウンロード可能なKeysightによるPower Analyzerは、Keysight Technologiesによって提供され、Altium Designerと直接統合して、現在のPCBプロジェクトのPI-DCシミュレーションと分析を可能にします。電源ネットワークの電流容量を決定するために単純な断面積計算に頼るのではなく、Power Analyzerはまず銅構造を正確にモデル化し、次にPCB全体にわたる電力供給の電圧と電流を計算します。結果は視覚的および表形式で提示され、エンジニアはこのフィードバックを使用して、設計に必要なDC電源供給の整合性を確保するために、トラック幅、銅の厚さ、およびビアの特性を迅速に調整できます。
Altiumで電力整合性分析を実行するには、エンジニアはまず、電源およびリターンネット、ソースおよび負荷、および電源ネットワークの各セクションに存在する任意の直列要素を特定することにより、電源供給システム全体の階層的ネットワークを作成します。ネットワークと設定が定義されると、Power Analyzerはネットワーク全体を調査できます。
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。
プロジェクトのコストを最初から把握できるように、ActiveBOMを使用した包括的で設定可能なBOM生成機能が利用できます。
3D PDFも利用可能で、完成したPCBを3D PDFとして共有できます。これにはズーム、パン、回転機能が含まれ、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されています。
► 出力についての詳細を読む
次はどこへ？
Altiumの設計技術全般と同様に、PCBエディターもすぐに学べて使い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節にわたって使用されており、コンテキストに応じたヘルプ(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 Designerが初めての方は、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 - 9つのコンポーネントからなるシンプルな回路をベースに、空白の回路図シートから始めて、PCBの製造に必要なファイルと共に終わります。
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