配線長チューニング

高速設計の配線における主な課題の二つは、ルートのインピーダンスを制御することと、重要なネットの長さを一致させることです。インピーダンス制御配線は、出力ピンから送信された信号が目的の入力ピンに正しく受信されることを保証します。ルートの長さを一致させることで、タイミングが重要な信号が目的のピンに同時に到達するようにします。ルート長の調整と一致させることは、差動ペア配線の不可欠な要素でもあります。

Interactive Length TuningおよびInteractive Differential Pair Length Tuningコマンド（Toolsメニューから起動）は、設計内の利用可能なスペース、ルール、障害物に応じて可変振幅波形を挿入することにより、ネットまたは差動ペアの長さを最適化および制御する動的な手段を提供します。

配線に追加されたアコーディオンパターンに注目してください。これらは関連するネットの長さを合わせるために追加されました。 長さ調整のプロパティは、設計ルール、ネットのプロパティ、または指定した値に基づくことができます。これらの波形パターン（アコーディオンセクションとも呼ばれます）のコントロールには、Interactive Length Tuningダイアログを通じてアクセスできます - 長さ調整中にTABを押してダイアログを開きます。

ネットの長さの調整

Altium Designerの長さ調整機能の優雅さは、洗練されたソフトウェアアルゴリズムと直感的なユーザーコントロールを巧みに組み合わせていることにあります。長さ調整セグメントは、ルートパスに沿ってカーソルを滑らせるだけで追加され、調整セグメントを構成するさまざまなトラックやアークの寸法と位置は、Altium Designerによって自動的に計算され挿入されます。キーボードショートカットにより、追加されている間の調整セグメントのスタイルとプロパティを完全に制御できます。

Toolsメニューから起動されるInteractive Length Tuning コマンドは、ルートを選択するように促します。ネットや差動ペア（または実際には自由なラインやトラック）をクリックした後、単にカーソルをルートのパスに沿ってスライドさせるか、滑らせます。コースから外れても心配はいりません。カーソルをルート上に戻すと、Altium Designerはその地点までの調整セグメントを追加します。

カーソルがルートパスに沿って移動すると、チューニングセグメントが自動的に追加されます。

チューニングスタイルとサイズの制御

長さチューニングツールをマスターするための2つの重要な要素は、ショートカットを知ることと、ネット長ゲージの読み方を理解することです。

長さチューニング中に利用可能なショートカットには以下のものがあります：

3つのチューニングパターンが利用可能です。チューニングパターンのプロパティを制御するショートカットのリストを表示するには、Shift+F1を押してください。

目標長さの制御

長さのチューニングには、目標長さを指定するための3つのアプローチがあります。長さは以下の通りです：

• 手動で定義された
• 既に配線されたネットに基づいている
• 設計ルールによって定義される

これらの方法のどれを使用するかを選択するには、長さ調整中にTabを押してインタラクティブ調整長ダイアログを開きます。ダイアログの下部には、調整パターンの形状と寸法を定義するオプションが含まれており、上記のショートカットを使用してインタラクティブに制御することもできます。3つのターゲット長モードから選択するためのオプションは、ダイアログの上部にあります。

• Manual - マニュアルモードはその通りで、Target Lengthフィールドに長さを入力します。右側のリストは、再度使用したい場合のために、入力した値を追跡します。
• From Net - ネットから選択した後、右側のリストからネットを選ぶことができます。このネットの長さが目標となりますが、より厳しい設計ルールが定義されている場合は上書きされます - すぐにルールを詳しく見ていきます。
• From Rules - このモードを使用するには、長さとマッチした長さの設計ルールのいずれか、または両方が定義されている必要があります。その後、Altium Designerはこれらのルールの最も厳しい組み合わせに従います。インタラクティブチューニング長ダイアログでルールをダブルクリックすると、そのプロパティを詳細に調べることができます。

長さ調整中にTABキーを押すと、対象の長さモードを選択し、アコーディオンパラメータを調整できるインタラクティブ長さ調整ダイアログが開きます。

設計ルールの設定

長さ調整中に従う設計ルールには、マッチング長ルールと長さルールの2つがあり、どちらもPCB Rules and Constraints Editorの高速カテゴリにあります。

これらのルールのいずれか、または両方があなたの設計において重要かもしれません。それは、潜在的な問題がスキュー（信号が異なる時間に到着する - マッチド長さルールを考えてください）に関連しているか、または全体的な信号遅延（長さルールを考えてください）に関連しているかによります。

マッチド長さ設計ルール

マッチド長さ設計ルールは、対象となるネットが指定された許容誤差内で同じ長さに配線されなければならないことを指定しています。対象となるネットのセットは、ルールの範囲またはクエリによって定義されます。長さ調整ツールは、対象ネットのセットの中で最も長いネットを見つけ、その長さにプラスマイナス許容誤差を指定した有効範囲を提供します。

長さ設計ルール

マッチドレングスルールを補完する形で、レングスルールはネット、またはネットのセットの全体的な配線長を指定します。対象となるネットは、指定された最小長と最大長の間になければなりません。

ルールの適用方法

前述の通り、長さ調整ツールはこれらのルールの両方を考慮し、最も厳しい制約セットを算出します。したがって、長さルールによって指定された最大長さが、マッチ長さルールによる最長長さの目標（許容誤差を加えたもの）よりも短い場合、長さルールが優先され、その長さが調整中に使用されます。ネット長さ調整ダイアログの説明領域を確認して、有効なルールがない場合や、どの数値をルールから使用しているかを知っておきましょう。

上に示されたダイアログ画像では、目標長さがルールによって定義されています。最も厳しいルールの組み合わせが使用されるため、範囲は48.8（より厳しい最小値）から50（より厳しい最大値）です。目標長さはこれらの値の中間（49.4）に設定されます。

ネット長ゲージの使用

長さ調整ツールで調整セグメントを追加する際には、長さゲージを表示させることができます（Shift+G ショートカットを使用してオン/オフを切り替えます）。ゲージは、現在のルート長が必要な長さとどれくらい一致しているかの視覚的な指標を提供します。

ゲージの機能は以下の通りです：

• ゲージは白い箱、2つの垂直な黄色いバー、そして垂直な緑のバーで構成されています。白い箱の中には、ネットの現在の長さを示す色付きのスライダーが現れ、スライダーの上には正確な長さがテキストで表示されます。
• 白い箱は可能な長さの全範囲を示し、その上限と下限の意味は、選択した目標長モードによって異なります。
• 目標長モードが手動の場合、スライダーボックスの下限は現在のネットの長さであり、上限は現在のネットの長さに現在のネットの長さと目標長との差の2倍を加えた長さになります。
• 目標長が設計ルールに基づいている場合、スライダーボックスの下限と上限は、長さルールで定義された最小値と最大値から取られます。長さルールがない場合は、スライダーボックスは手動長モードと同様に、現在のネットの長さからスケールされます。
• ゲージ内の緑のバーは目標長を示し、黄色いバーは許容される最小長と最大長を示します。最小値と最大値は、設計ルールによって定義された最も厳しい制約セットから決定されます。
• 色付きのスライダーバーは現在の長さを表し、現在の長さが許容される最小長と最大長の範囲外から範囲内に移動すると、赤から緑に変わります。

設計ルールに基づいてマッチした長さを示すネット長さゲージ。下に示されたダイアログ画像で設定されています。

長さゲージの例

ゲージ設定は、適用されるルールによって定義された最も厳しい制約セットから計算されます。

• ゲージの最小値（ゲージの左端）は、長さのルール最小限から40です
• ゲージの最大値（ゲージの右端）は、最も厳しい最大ルールである長さのルール最大限から50です
• 目標最小値（左の黄色いバー）は、最も厳しい最小ルールである一致した長さのルール最小限から48.8です
• 目標長さ（緑のバー）は、目標最小値と目標最大値の中間にあります（50 - 48.8）/ 2 + 48.8 = 49.4

アコーディオン式チューニングセグメントを使用することのデメリットはありますか？隣接するアコーディオンセクションが長時間にわたって近すぎる場合、クロストーク結合が信号を歪ませる可能性があります。詳細については、業界の専門家であるハワード・ジョンソン博士による面白い記事「Serpentine (accordion) Delays」を読んでください。http://www.signalintegrity.com/Pubs/edn/serpentine.htm。

PCBパネルの使用

PCBパネルをネットモードに設定すると、ネットの現在のルート長を表示します。パネルのデフォルトモードは、名前、ノード数、配線済みの長さ、および配線されていない（マンハッタン）長さを表示することです。列見出しを右クリックすると、追加の列を選択したり、既存の列を非表示にしたりするメニューが表示されます。下の画像には、すべての列が表示されています。

長さの設計ルールが設定されている場合、そのルールに対象となる各ネットの配線状態も色付けされ、route length < rule minimumの場合は黄色で強調表示され、net passes the ruleの場合はクリア、またはroute length > rule maximumの場合は赤色になります。

これまでに4つのネットが長さ調整されています - LCD_DB3はルールを超えており、他の3つのネットは適用可能な長さの設計ルールよりも短いです。

差動ペアの長さ調整

差動ペアの長さも、Interactive Differential Pair Length Tuningコマンド（Toolsメニュー）を使用して、他の差動ペアの長さに対して調整することができます。差動ペア配線と同様に、このコマンドはペア内の2つのネットに同時に作用します。

差動ペアの長さ調整を計画する場合は、一つ目にペア間の長さマッチング要件を定義するマッチング長ルール（Check Between Differential Pairsオプションを有効に）を作成し、二つ目には、通常より厳しい要件であるペア内の長さマッチング要件を定義する、より高い優先度のマッチング長ルール（Check Nets Within Differential Pairオプションを有効に）を作成します。

差動ペアの長さを調整する良いアプローチは以下の通りです：

1. ペアを配線する
2. ペア間で長さを調整する - Interactive Differential Pair Length Tuningコマンドを使用
3. 各ペア内の短いネットの長さを調整する - Interactive Length Tuningコマンドを使用

既存のアコーディオンの形状を変更する

既存のアコーディオンセクションを修正するには、一度クリックして選択し、編集ハンドルを表示します。以下のアニメーションに示されているように、エッジまたは頂点をクリックしてドラッグして、アコーディオンの境界領域をリサイズします。アコーディオンセクションは、境界領域の新しい更新された形状に合わせて自動的にリサイズされます。

アコーディオンのバウンディングボックスのサイズを変更して、必要なアコーディオン形状を作成します。

Tabキーを押しながらアコーディオン形状を変更すると、インタラクティブ長さ調整ダイアログが開きます。ここから、グラフィカルでない方法でアコーディオンのスタイル、振幅、そしてギャップ（ピッチ）を変更できます。

アコーディオンパターンに関連するコントロールについては、インタラクティブ長さ調整ダイアログを通じてアクセスします。

また、アコーディオン選択ボックスをクリックして保持しながら形を変える際には、ショートカットキーを使用してアコーディオンのプロパティを対話的に変更することができます。

アコーディオンをプリミティブに変換する

長さ調整アコーディオンは、プリミティブなトラックやアークセグメントで構成されるグループオブジェクト、つまり組合せです。コンポーネント、座標、寸法、ポリゴンなどの他のグループオブジェクトと同様に、長さ調整アコーディオンオブジェクトは「分解」することができます。言い換えると、それを構成する自由なプリミティブに変換し、それらを独立して変更することができます。これを行うには、メインのTools » Convertサブメニュー、または右クリックUnionsサブメニューからExplode Length Tuningコマンドを使用します。

参照

• 配線
• 高速設計
• 長さ調整機能に関するTRAININGcenterのビデオ こちら
• 信号整合性講師で業界専門家のEric Bogatinのウェブサイト http://www.bethesignal.com/
• 高速設計講師で業界専門家のDr Howard Johnsonのウェブサイト http://www.signalintegrity.com/
• 講師で高速PCB設計の専門家であるLee Ritcheyのウェブサイト http://www.speedingedge.com/