PCBのレイアウト

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。Altium DesignerのPCBエディタを使用すると、PCB設計の作成、編集、および検証が可能です。

PCBエディタの設定

PCBエディタカテゴリは、設計スペースの右上にあるアイコンをクリックしてアクセスするPreferencesダイアログにあり、PCBエディタの動作に影響を与える設定ページへのアクセスを提供します。必要に応じて、いつでもこれらの設定にアクセスして設定を構成できます。

Altium Designerの設定のPCBエディタカテゴリを使用して、PCBエディタを設定します。

PCBドキュメントの設定

PCBをレイアウトを開始するには、PCBプロジェクトに新しいPCBドキュメントを追加します。これを行うには、プロジェクトパネルでプロジェクトのエントリを右クリックし、コンテキストメニューからAdd New to Project » PCBコマンドを選択します。デフォルトのPCBドキュメントが設計スペースに表示されます。

新しく作成されたPCBドキュメントが設計スペースでアクティブなドキュメントになります。

PCBドキュメントのオプションは、デザインスペースでオブジェクトが選択されていないときにプロパティパネルで設定されます。主なオプションはパネルのGeneralタブで設定されます：

• グリッド設定（Grid Manager領域） - デフォルトのグローバルグリッドのオプションを設定するか、必要に応じて追加のグリッド（直交および極座標）を追加します。グリッドはオブジェクトの正確な移動と配置を保証します。

  デザインスペース内でGを押すと、標準値の1つにグローバルグリッドをすばやく設定できるメニューが開きます。
• 単位（Other領域） - ドキュメントの好みの測定単位（mmまたはmils）を選択します。

PCBドキュメントのオプションをプロパティパネルで設定します。

ボード形状と原点の定義

ボードの形状、またはボードのアウトラインとも呼ばれるものは、ボードの全体的な範囲を定義します。デフォルトでは、ボードは6000 x 4000ミル（152.4 x 101.6 mm）の長方形です。PCBエディタは、必要に応じてボードの形状を定義するための多くのツールを提供しています。

次のプロセスで、対話的に新しいボードの形状を定義できます：

1. メインメニューからView » Board Planning Modeコマンドを選択して、エディタのボード計画モードに入ります。
2. メインメニューからDesign » Redefine Board Shapeコマンドを選択します。
3. カーソルを位置づけ、ボード形状の開始頂点をアンカーするためにクリックします。

4. カーソルを移動して2番目の頂点を配置する準備をし、クリックして配置します。

   • Shift+Spacebarを押して、利用可能な5つのコーナーモード（45度、45度アーク付き、90度、90度アーク付き、任意の角度）を切り替えます。
   • Spacebarを押して、2つのコーナー方向のサブモード間を切り替えます。
   • アークコーナーモードのいずれかにいる場合、"," または "." キーを押し続けるとアークを縮小または拡大します。アークのサイズ変更を加速するには、押すときにShiftキーを押し続けます。
5. マウスを動かし続け、さらに頂点をクリックして配置します。
6. 最後の頂点を配置した後、右クリックしてボード形状の定義を閉じて完了します。PCBエディタは自動的に開始点と最後に配置した点を接続して形状を完成させるため、手動でボード形状を閉じる必要はありません。

既存の形状を再定義する代わりに、次のプロセスを使用して編集することもできます：

1. メインメニューからView » Board Planning Mode コマンドを選択して、エディタのボード計画モードに入ります。
2. メインメニューからDesign » Edit Board Shapeコマンドを選択します。

3. ボード形状の辺または頂点をクリックして保持し、ドラッグして移動します。

   • 頂点を移動するときは、Shift+Spacebarを使用してモードを変更します。
   • 編集ハンドルから離れた辺のどこかをCtrl+クリックすると、新しい終端頂点が挿入されます。
4. 設計スペース内の任意の場所（ボード形状の上または離れた場所）をクリックして編集モードを終了します。

メインメニューからView » 2D Layout Modeコマンドを使用して、エディターの2Dレイアウトモードに戻ります。

レイヤースタックの定義

PCBは、Layer Stack Manager（Design » Layer Stack Manager）で定義された一連のレイヤーとして設計・形成されます。 Layer Stack Managerは、回路図シート、PCB、および他のドキュメントタイプと同様に、ドキュメントエディターで開きます。機能は、Layer Stack Managerの下部に表示されるタブに分割されています。主な設定操作は、StackupおよびVia Typesのタブで行われます。

Stackupタブは、製造レイヤーの詳細を示します。レイヤーはこのタブで追加、削除、および設定されます。

❯ ❮ Javascript

レイヤーを追加するには、新しいレイヤーを追加する上/下のレイヤーをグリッドエリアで選択し、Layer Stack Managerの上部にある追加ボタンをクリックし、表示されるポップアップを使用します。 レイヤーを削除するには、グリッドエリアでそれを選択し、削除ボタンをクリックします。 レイヤー材料を材料ライブラリから選択するには、必要なレイヤーをグリッドエリアで選択し、変更ボタンをクリックします。選択した材料に定義されたプロパティがレイヤーに適用されます。 現在選択されているレイヤーのプロパティは、グリッドエリアまたはプロパティパネルで直接編集することもできます。

Via Typesタブは、設計で使用されるビアの許可されたZ平面レイヤーをまたぐ要件を定義するために使用されます。

❯ ❮ Javascript

デフォルトのスルーホールビアタイプは、PCB設計に常に存在します。 追加のビアタイプ（ブラインドビア、バリードビア、またはマイクロビア）を追加するには、Layer Stack Managerの上部にある追加ボタンをクリックし、グリッドエリアでビアタイプが選択されたときにプロパティパネルの最初のレイヤーと最後のレイヤーのドロップダウンでこのビアタイプが跨るレイヤーを選択します。 追加されたビアタイプを削除するには、グリッドエリアでそれを選択し、削除ボタンをクリックします。

Layer Stack ManagerでFile » Save to PCBコマンドを使用して、PCB内の変更を反映させます。

PCBエディタを使用してオブジェクトを配置する場合、どのレイヤーに配置されるかを考慮する必要があります。オブジェクトは、デザインスペースの下部にあるアクティブレイヤータブとして表示される現在のレイヤーに配置されます。

レイヤータブを使用して、現在アクティブなレイヤーを選択します。上の画像では、トップレイヤーがアクティブレイヤーです。

設計ルールの設定

設計ルールは、銅のオブジェクト間のクリアランス、ルートの幅、ネットの長さなど、さまざまな設計要件に対して設計を監視およびテストします。設計ルールは、PCBエディタが従うべき命令セットを形成します。

設計ルールは、PCB Rules and Constraints Editor ダイアログ内で定義および管理され、メインメニューからDesign » Rulesコマンドを選択することでアクセスされます。

PCB Rule and Constraints Editor ダイアログには2つのセクションがあります：

• ダイアログの左側には、利用可能なルールカテゴリ、各カテゴリ内のルールタイプ、現在定義されている各タイプの個々のルールを一覧表示するツリーが表示されます。
• ダイアログの右側には、ツリーで現在選択されているものに関連する情報が表示されます。例えば、個々のルールを選択すると、そのルールの設定が表示されます。

❯ ❮ Javascript

デザインルールをクリックして、設計に定義されたすべての特定のルールの概要リストにアクセスします。 カテゴリエントリをクリックして、そのカテゴリのすべての関連設計ルールタイプに定義されたすべての特定のルールの概要リストにアクセスします。 特定のルールのエントリをクリックして、その定義を管理するためのコントロールにアクセスします。

設計ルールには、以下に説明し、後の画像で示されている3つの設定グループがあります：

1. ルールの主要属性 - ここでは、ルールに意味のある名前を付け、オプションでコメントを追加できます。
2. ルールの範囲 - ルールが対象とする設計内の特定のオブジェクトを定義します。ルールのタイプに応じて、一つ（オブジェクトの必要な振る舞いを定義する単項ルールの場合）または二つ（二つのオブジェクト間の相互作用を定義する二項ルールの場合）の範囲が定義されるべきです。
3. ルールの制約 - ルールのための特定の制約。

❯ ❮

幅のタイプのルールは一元ルールです。一元ルールには単一の範囲（オブジェクトが一致する場所）が定義されるべきです。 クリアランスのタイプのルールは二元ルールです。二元ルールには2つの範囲（最初のオブジェクトが一致する場所と二番目のオブジェクトが一致する場所）が定義されるべきです。

新しいルールを作成するには、ダイアログのツリーで必要なルールタイプを右クリックし、コンテキストメニューからNew Ruleコマンドを選択します。新しいルールが選択したカテゴリの下のツリーに追加されます。ツリーでルールのエントリを選択して編集します。

同じタイプの複数のルールが同じオブジェクトを対象としている場合、PCBエディタはルールの優先順位を使用して、適用可能な最高優先順位のルールが適用されるようにします。Prioritiesボタンをクリックして、PCB Rules and Constraints Editor ダイアログの下部からEdit Rule Prioritiesダイアログを開き、必要に応じて優先順位を変更します。1が最高優先順位です。New Ruleコマンドを使用して新しいルールが追加されると、それには最高優先順位が与えられます。

コンポーネントの配置

PCBプロジェクトの回路図からPCBドキュメントに設計データが転送されるとき（回路図エディターのメインメニューからDesign » Update PCB Documentコマンドを使用し、その後のECO実行プロセスを経て）、回路図で使用されるコンポーネントのデフォルトフットプリントがPCBドキュメント内の任意の位置に配置されます。コンポーネントパッドは、回路図で定義されたネット（接続されたコンポーネントピン）に従って、接続ラインによって接続されます。

回路図から更新された後のPCB。

PCB上のコンポーネントの位置を定義する基本的な技術は以下の通りです：

• 必要な位置にコンポーネントを移動するには、クリックして保持し、ドラッグした後、マウスボタンを離して配置します。
• コンポーネントを回転させるには、ドラッグ中にSpacebarを押します。
• コンポーネントをボードの反対側に反転させるには、ドラッグ中にLを押します。

コンポーネントを移動すると、接続線は自動的に再最適化されます。これを利用して、コンポーネントの向きと位置を調整し、接続線の交差数を減らすのに役立ててください。

ボードの配線

配線とは、コンポーネントのパッドを接続するために、ボード上にトラック、アーク、ビアを配置するプロセスです。PCBエディターは、ボード上の接続を配線するために、インタラクティブな配線ツールを含む多くのツールを提案します。

配線ツールはルール駆動型であるため、配線を開始する前に設計ルールを設定することが不可欠です。インタラクティブな配線プロセス中に使用される主な設計ルールは以下の通りです：

• クリアランスルール（電気カテゴリ）- ネットの配線がボード上の他のオブジェクトにどれだけ近づけるかを定義します。
• 幅ルール（配線カテゴリ）- ネットの配線の幅を定義します。
• 配線ビアスタイル（配線カテゴリ）- 配線中にレイヤーを切り替える際に配置されるビアの直径と穴のサイズを定義します。

単一の接続を配線するには、インタラクティブ・配線・ツールを使用します。プロセスは以下の通りです：

1. Route » Interactive Routing コマンドをメインメニューから選択します。
2. 配線を開始したいコンポーネントのパッドをクリックします。

3. カーソルを位置づけ、デザインスペース内でクリックして、カーソルまでのルートを配置します。ルートパスの定義を続けます。

   インタラクティブ配線中に、以下のショートカットを使用できます：

   • Tab を押して配線を一時停止し、Properties パネルを開いてインタラクティブ配線オプションを設定します。完了したら、デザインスペース内の ボタンをクリックしてインタラクティブ配線モードに戻ります。
   • Shift+Spacebar を押してコーナースタイルを切り替えます：Track 45, Line 45/90 With Arc, Any Angle など。
   • Spacebar を押してコーナーの方向を切り替えます。
   • Shift+R を押して利用可能な配線衝突解決モードを切り替えます：Walkaround Obstacles, Push Obstacles, Ignore Obstacles など。
   • Ctrl+Shift+Wheel Scroll を使用して次の利用可能な信号層に切り替え、ビアを挿入します。 <
   • Shift+F1 を押してインタラクティブ配線のショートカットリストを表示します。
4. 目標のパッドをクリックして接続の配線を完了します。接続は自動的に解放され、次の接続を配線する準備ができた状態でインタラクティブ配線モードに留まります。
5. インタラクティブ配線モードを終了するには、右クリックします。

ポリゴンの配置

PCBのシグナル層を大面積の銅で覆うには、ポリゴンプアを使用できます。ポリゴンプアは、既存のオブジェクトの周りに自動的に流れ、ポリゴンプアと同じネット上のオブジェクトにのみ接続します。クリアランスと接続プロパティは、適用可能なクリアランスとポリゴン接続スタイルの設計ルールによって制御されます。 ポリゴンプアを配置するには：

1. メインメニューからPlace » Polygon Pourコマンドを選択します。
2. 配置中にTabキーを押して、配置中のポリゴンのプロパティ（ネット、レイヤー、塗りつぶしモードなど）を設定できるプロパティパネルを開きます。完了したら、設計スペース内の ボタンをクリックして配置モードに戻ります。
3. カーソルを位置づけて、ポリゴンプアの開始頂点をアンカーするためにクリックします。

4. カーソルを移動して2番目の頂点を配置する準備をし、クリックして配置します。

   • Shift+Spacebarを押して、利用可能な5つのコーナーモード（45度、45度アーク付き、90度、90度アーク付き、任意の角度）を切り替えます。
   • Spacebarを押して、2つのコーナー方向のサブモード間を切り替えます。
   • アークコーナーモードのいずれかにいる場合、","または"."キーを押し続けるとアークを縮小または拡大できます。アークのサイズ変更を加速するには、押し続けるときにShiftキーも押します。
5. マウスを動かし、さらに頂点をクリックして配置を続けます。
6. 最後の頂点を配置した後、右クリックしてポリゴンプアの配置を閉じて完了します。PCBエディタが開始点と最後に配置した点を自動的に接続して形を完成させるため、ポリゴン形状を手動で閉じる必要はありません。
7. さらにポリゴンプアを配置するか、右クリックして配置モードを終了します。

ポリゴンプアが変更された場合（例えば、その形状やプロパティが変更された場合）、変更を反映させるために再プアする必要があります。ポリゴンを再プアするには、ポリゴンが選択されている状態で、プロパティパネルの上部にあるRepourボタンをクリックします。

デザインルールチェックの実行

PCBエディタは、設計が有効な設計ルールに準拠しているかを確認するための設計ルールチェック（DRC）機能を提供します。

設計ルールチェックの設定は、メインメニューからTools » Design Rule Checkコマンドを通じてアクセスされる設計ルールチェッカーダイアログで行われます。

• バッチDRCを実行する際に利用可能な追加オプションを設定するために、ダイアログの左側にあるツリーからReport Optionsをクリックします。
• Rules to Checkのエントリーまたは特定のルールカテゴリーのエントリーをクリックして、ルールタイプのリストをダイアログに読み込み、必要に応じてオンラインおよび/またはバッチDRCで各ルールタイプを有効にします：
  • オンラインDRC – 設計中にリアルタイムでチェックが行われます。
  • バッチDRC – ダイアログ内のRun Design Rule Checkボタンをクリックすることによりバッチ処理としてチェックが行われ、結果はメッセージパネルにリストされ、オプションでレポートが生成されます。

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オンラインまたはバッチDRCを実行すると、検出されたルール違反は、カスタム違反グラフィックおよび/または違反オーバーレイを使用して設計スペースに表示されます。以下は、設計スペース内の違反の例です：

幅のルールに違反しているトラック。違反はカスタム違反グラフィックと違反オーバーレイの両方によって示されています。

ネットアンテナのルールに違反しているトラック。違反はカスタム違反グラフィックスによって示されています。

選択されたルールクラスまたは特定のルールに対して検出されたルール違反も、PCBルールと違反パネルのViolations領域にリストされます。違反エントリをクリックすると、パネルの上部にある設定に従って、デザインスペース内で違反が強調表示されます：マスク/ディム/ノーマル、選択、ズーム。

DRCは、PCBルールと違反パネル内の関連するエントリを右クリックしてRun DRCコマンドを選択することで、すべてのルール、特定のタイプのルール、または特定のルールに対しても実行できます。

「PCBルールと違反」パネルから直接DRCを実行します。ここでは、定義されたクリアランスルールすべてに対してDRCを実行する様子が示されています。