配線長チューニング
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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ことを保証します。ルートの長さを調整し、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。
差動ペアの長さが一致するように、配線にアコーディオンパターンが追加されました。
Interactive Length TuningおよびInteractive Diff Pair Length Tuningコマンド（Routeメニューから、またはアクティブバー上の 
ボタンから起動）は、利用可能なスペース、ルール、および設計内の障害物に応じて、可変振幅のチューニングパターン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ための動的な手段を提供します。
チューニングパターンには、アコーディオン、トロンボーン、およびソートゥースの3つのスタイルが利用可能です。
3種類のチューニングパターンが利用可能です。インタラクティブ長さチューニングコマンドを起動した後、パターンを選択するにはTabを押します。
長さチューニングのプロパティは、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のコントロールは、PropertiesパネルのInteractive Length Tuningモードを通じてアクセスされます - 長さチューニング中にTABを押してこのモードでパネルを開きます。
ネットの長さを調整する
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、カーソルをルートパスに沿ってスワイプするだけで追加され、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、長さ調整アルゴリズムによって自動的に計算されて挿入されます。キーボードショートカットは、追加されている調整セグメントのスタイルとプロパティを制御するために使用されます。
Route メニューから（または Active Bar 上の ボタンを介して）起動されるInteractive Length Tuningコマンドは、ルートを選択するように求めます。ネットや差動ペア（またはその他の自由線やトラック）をクリックした後、単にカーソルをルートの経路に沿ってスライドさせたり、ワイプしたりします。もしコースから外れた場合は、カーソルをルート上に戻すだけで、その時点までのチューニングセグメントがアルゴリズムによって追加されます。
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。
チューニングパターンの選択
長さのチューニングは、トロンボーン、ソートゥース、アコーディオンの3つの人気のあるチューニングパターンをサポートしています。Tabキーを押して長さのチューニングコマンドを起動した後、Interactive Length TuningモードでPropertiesパネルを開き、適切なボタンをクリックして必要なパターンを選択し、ネットの長さのチューニングを開始します。
インタラクティブ長さチューニングコマンドを起動した後、Tabキーを押してパターンを選択します。
チューニングパターンのプロパティ
ノコギリ波パターンの特性
- Angle- ネットの元のルートパスに対して、先行および後行の歯のエッジの傾斜。
- Tooth Width - 歯の上部の幅。
- Actual Height - 元のルートパスの中心線から歯の上部トラックセグメントの中心線までの現在の歯の高さ。配置中にTabを押して実際の高さの値を編集します。
- Step - Actual Height フィールドが、,または.を使用して減少/増加する増分値。のこぎり歯を留置するとき、または実際の高さフィールドの右側にある-または+ボタンをクリックするときのショートカットキー。
- Min Height - 許容される最小の歯の高さ。
- Min Joint - 最初の歯が作成される前に配置される最初の直線トラックセグメントの最小長さ。
- Single Side - チューニングパターンを作成して、元のルートパスから一方向にのみ投影されるようにします。配置またはインタラクティブ編集中にSのショートカットを押して、オプションをオンまたはオフに切り替えます。
- Fixed Size - ソートゥースの高さを現在の高さに固定し、そのサイズでない歯の作成を防ぎます。
トロンボーンパターンの特性
- Space - 隣接するトロンボーンスイッチバックパスの中心線間の距離。スペースをスペースステップの増分で対話的に減少または増加させるには、3または4のショートカットキーを押します。
- (Space) Step - これは、トロンボーンの配置または対話式編集中に3または4のショートカットキーが押されたときにスペース値が変更される量です。
- Miter - スタイルがマイタードラインまたはマイタードアークの場合に、チューニングパターンの角がマイターされる割合。マイターをマイターステップの増分で対話的に減少または増加させるには、1または2のショートカットキーを押します。
- (Miter) Step - これは、トロンボーンの配置または対話式編集中に1または2のショートカットキーが押されたときにマイター値が変更される量です。
- Style - トロンボーンの角のスタイルで、マイタードライン、マイタードアーク、またはラウンドから選択します。トロンボーンの配置または対話式編集中にSpacebarのショートカットキーを押すことでスタイルが変更されます。
- Single Side - チューニングパターンを元のルートパスから一方向にのみ投影するように作成します。配置または対話式編集中にSのショートカットを押してオプションをオンまたはオフに切り替えます。
アコーディオンパターンの特性
-
Max Amplitude - アコーディオンが伸びることができる最大の高さ（元のルートパスから測定）。既存の障害物を避けるためにこれよりも少なくすることができます。振幅を振幅ステップの増分で減少させたり増加させたりするには、
または 
のショートカットキーを押します。
- (Amplitude) Step - 振幅が変更される量
- Space - 隣接するアコーディオンスイッチバックパスの中心線間の距離。スペースをスペースステップの増分で減少させたり増加させたりするには、3 または 4 のショートカットキーを押します。
- (Space) Step - アコーディオンの配置やインタラクティブ編集中に 3 または 4 のショートカットキーが押されたときにスペース値が変更される量です。
- Miter - スタイルがマイターラインまたはマイターアークの場合に、チューニングパターンの角がマイターされる割合。マイターをマイターステップの増分で減少させたり増加させたりするには、1 または 2 のショートカットキーを押します。
- (Miter) Step - アコーディオンの配置やインタラクティブ編集中に 1 または 2 のショートカットキーが押されたときにマイター値が変更される量です。
- Style - アコーディオンの角のスタイルで、マイターライン、マイターアーク、またはラウンドから選択します。スタイルは、アコーディオンの配置やインタラクティブ編集中に Spacebar のショートカットキーを押すことで変更されます。
配置されたトロンボーンとノコギリ波パターンの操作
トロンボーンとノコギリ波パターンについて、パターンが構築される多角形の領域は、スリーブと考えることができる封筒のようなものです。配置されたパターンを選択してクリックすると、スリーブが表示されます。
トロンボーンとノコギリ波のパターンは、さまざまな形状変更の動作をサポートするスリーブ形状内に構築されています。
スリーブ上でクリックして保持する場所によって、さまざまな動きやサイズ変更の動作が可能です。クリックしてドラッグできる3つのゾーンが上の画像に示されています。
- クリック＆ドラッグでゾーン1または2を長くしたり、広げたりできます。パターンをリサイズするためにハンドルをクリックする必要はありません。袖の端に沿ってどこでも使用できます。
- クリック＆ドラッグでゾーン3を自由に動かし、元のルートパスに沿って、またはそれに垂直にパターンを移動できます。
- 選択したパターンのプロパティをPropertiesパネルで編集します。
ShiftキーとCtrlキーのショートカットは、クリック＆ドラッグのアクション中に含めることができ、以下の方法で動作を変更します：
- Shift + クリック＆ドラッグでゾーン1または3で、元のルートパスに沿ってパターンをスライドさせ、ルートパスを横切るパターンの横方向の分布を維持します。
- Ctrl + クリック＆ドラッグでゾーン2または3で、元のルートパスに垂直にパターンを移動します。
配置されたアコーディオンパターンの回転
複数のネットの長さを調整する際、追加のチューニングパターンを配置するのが難しくなることがあります。アコーディオンパターンを使用している場合、それらを回転させることができ、障害物の間に収めたり、追加のパターンを加えたりするのに役立ちます。下のビデオでは、配置されたアコーディオンパターンを回転させる方法を示しています。
選択したアコーディオンを回転させるには、Ctrlキーを押しながら：
- アコーディオン選択ボックスの両端をクリックしてドラッグすると、アコーディオンの反対側の端を中心に回転します。
- アコーディオン選択ボックスの両側をクリックしてドラッグすると、アコーディオンの中心を中心に回転します。
- 回転中にRキーを押すと、回転が45度刻みでスナップするかどうかを切り替えます（オン/オフ）。
長さ調整中のパターンプロパティの制御
長さ調整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。
長さ調整中に利用可能なショートカットには次のものがあります：
| ショートカット | 機能 |
|---|---|
| Tab | Interactive Length TuningモードをPropertiesパネルで開く（全パターン） |
| Spacebar | 3つのチューニングコーナースタイル（アコーディオン＆トロンボーンパターン）を切り替える |
| |
Amplitude Stepで指定された量だけ振幅を減少させる（アコーディオンパターン） |
| |
Amplitude Stepで指定された量だけ振幅を増加させる（アコーディオンパターン） |
| 3 | Space Stepで指定された量だけピッチを減少させる（アコーディオン＆トロンボーンパターン） |
| 4 | Space Stepで指定された量だけピッチを増加させる（アコーディオン＆トロンボーンパターン） |
| 1 | コーナーマイターを減少させる（アコーディオン＆トロンボーンパターン） |
| 2 | コーナーマイターを増加させる（アコーディオン＆トロンボーンパターン） |
| s | シングルサイドオプションのオン/オフを切り替える（ソートゥース＆トロンボーンパターン） |
| Shift | Shiftを押し続けると、パターンの配置からパターンのスライドに切り替わる。リリースするとパターンの配置を続ける（ソートゥース＆トロンボーンパターン） |
| Shift+G | 長さ調整ゲージのオン/オフを切り替える |
ショートカットを覚えるのが難しい場合でも心配はいりません。実際に覚える必要があるショートカットは1つだけです。Shift+F1です。これはショートカットのためのショートカットです - 任意のインタラクティブコマンド中に使用して、そのコマンドのショートカットリストを表示します。
配置中にチューニングパターンの形状と振幅を制御するためにショートカットキーを使用します。
目標長さの制御
目標長さを指定する方法には、手動で定義する方法、既に配線されたネットに基づいて定義する方法、設計ルールによって定義する方法の3つがあります。
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キーを押して、Interactive Length TuningモードでPropertiesパネルを開きます。パネルのTarget Lengthセクションには、必要なTarget Lengthモードを選択するためのオプションが含まれています。パネルの下部には、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。
- Manual - Target Lengthフィールドに長さを入力します。最近使用した長さは保持されているので、再度使用したい場合に便利です。
- From Net - 設計内のネットリストからネットを選択します。このネットの長さが目標となりますが、より厳格な設計ルールが定義されている場合は上書きされます - ルールの適用方法については後述します。
- From Rules - 適用可能な長さおよびマッチング長の設計ルール。ソフトウェアはこれらのルールの中で最も厳格な組み合わせに従います。パネル内のリスト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、Interactive Length Tuningモードでパネルが開き、
目標長モードを選択し、アコーディオンパラメータを調整できます。
なぜ調整アコーディオンが時々消えるのか？
チューニングエンジンは、現在のMax Amplitude、Space、MiterおよびStyleの設定に従ってアコーディオンを構築します。これらの設定の組み合わせにより、現在のトラック幅を考慮しても、チューニングエンジンがアコーディオン形状を作成できない場合があります。長さのチューニングを試みていてアコーディオンが表示されない場合は、次の手順を試してください：
- 作業中はPropertiesパネルを表示させて、さまざまな設定を確認できるようにしてください。インタラクティブな長さ調整を行う際には、自動的にInteractive Length Tuningモードが表示されます。
-
Spacebarを押してモードを切り替え、
Mitered Linesモードにしてください。 - 1のショートカットを複数回押して、マイターをゼロに減らしてください。
-
ルートの長さを調整するために最初にクリックすると、選択矩形が表示されます。それが非常に大きい場合（隣接するルートを大きく超える距離まで広がっている場合）、 キーを複数回押して振幅を減らしてください。そのキーを押すたびに、振幅は現在のMax Amplitude Step設定によってステップダウンします。Step設定には、Max Amplitude設定の約1/10の値が適切です。ステップ設定が大きすぎる場合は、キーボードのTabを押して長さ調整を一時停止し、適切なStep値を入力して、
ボタンをクリックして長さ調整を再開してください。
-
調整を開始するときに白いアウトラインの矩形が小さすぎる場合は、 キーを押して振幅を増やしてください。
これらのステップに従えば、長さを調整する際に長方形のチューニングセグメントが見えるはずです。作業を進める際には、以下の追加ポイントも念頭に置いてください：
- チューニングエンジンが作成しやすいスタイルは、マイタードラインのアコーディオンです。
- マイタードアークススタイルを使用する場合、現在のマイター量は、振幅とスペースの設定とも連動して動作します。このスタイルを使用する場合は、適切な振幅とスペースの値を見つけるまで少量のマイターを使用し、その後必要なマイター量まで増やすと良いでしょう。
-
作成が最も難しい形状は、丸みを帯びたチューニングアコーディオンです。これは、チューニングエンジンが半円形の端を作成する能力が、現在の振幅とスペースの設定に密接に関連しているためです。通常、アコーディオンは
Amplitude > Radius + Route Widthの場合に作成できます。
設計ルールの設定
長さ調整中に従う設計ルールには、マッチド長さ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High Speedカテゴリにあります。これらのルールのいずれか、または両方が設計に重要かどうかは、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使用）に関連しているか、または全体的な信号遅延（長さルールを使用）に関連しているかによります。
マッチドレングス設計ルール
マッチドレングス設計ルールは、対象となるネット群がすべて、指定された許容誤差内で最長のネットの長さに合わせて配線される必要があることを指定します（画像を表示）。対象となるネット群は、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、対象ネット群の中で最長のネットを見つけ、有効な範囲と目標長さ（値）を提供します：
-
TargetLength =セット内の最長配線ネット（ゲージの縦の緑色のバー） -
MinLimit = LongestNet - MatchedLength Rule Tolerance（ゲージの左の黄色いバー） -
MaxLimit = TargetLength（ゲージの右の黄色いバー、上の画像では緑色のバーに隠れている） -
Red/green slider = current total route length
長さ設計ルール
長さ設計ルールは、ネットまたは一連のネットの全体的な配線長を指定します。対象のネットは、指定された最小および最大長さの範囲内でなければなりません(画像を表示).
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、有効な範囲と目標長さ(値)を提供します:
-
TargetLength = Longest routed net in set（ゲージの縦の緑色のバー） -
MinLimit = Rule Minimum（ゲージの左の黄色いバー） -
MaxLimit = Rule Maximum（ゲージの右の黄色いバー） -
Red/green slider = current total route length
重複するルールの適用方法
適用可能な長さのルールと一致した長さのルールがある場合、長さ調整ツールは両方のルールを考慮し、最も厳しい制約のセットを導き出します。
有効範囲と目標長（値）は、以下のように決定されます：
-
TargetLength =Longest routed net in set, or lowest MaxLimit from rules(ゲージの垂直緑バー、上記画像では右の黄色バーに隠されている) -
MinLimit = (LongestNet - MatchedLength Rule Tolerance), or highest MinLimit from rules(ゲージの左黄色バー) -
MaxLimit = TargetLength(ゲージの右黄色バー) -
ValidRange = Highest MinLimit to Lowest MaxLimit(長さとマッチした長さのルールの最も厳しい組み合わせ) -
Red/green slider = current total route length
例えば、Lengthルールによって指定された最大長が、Matched Lengthルールによって特定された最長の既存ルート長よりも短い場合、Lengthルールが優先され、その短い長さがチューニング中に使用されます。パネルには、各ルールの計算された最小限界と最大限界が表示され、目標長さが期待通りであるかを確認するためにこれらを使用します。
上に示された画像では、LengthルールとMatched Lengthルールが対象ネットに適用されています。最も厳格な値はMatched Net Lengthルールから来ています（許容差0.5mm）、最大限界値は、対象ネットセット内の最長ネットの現在の長さが46.836mm（これはLengthルールによって許可される最大値よりも少ない）を示しています。この例では、長さの範囲内で許容される最も厳しい許容差はMatched Lengthルールで定義された許容差（0.5mm）であるため、それがValidRangeの計算に使用されます。目標長さは常により厳格な最大長さです。
ネット長さゲージの使用
長さルールおよび/またはマッチング長さルールが定義されている場合、インタラクティブ配線およびインタラクティブ長さ調整の両方で、長さ調整ゲージを表示することにより、長さを監視できます。配線または調整中には、Shift+G ショートカットを使用してゲージのオン/オフを切り替えます。
ゲージは現在の配線済み長さを数字で表示し、赤/緑のスライダーは推定長さを示します。既存のルートの長さ調整を行っている場合、推定長さは配置された全てのトラックとアーク（実際の物理的長さ）の合計です。ネットをインタラクティブに配線している間に長さゲージを使用している場合、推定長さは配置された配線プラス目標パッドまでの残り距離（接続線の長さ）の合計になります。
インタラクティブ配線中に、配線済み長さがルールの最小値にさえ達していないのに、ゲージのスライダーがルールの最小値と最大値の間のどこかにあるように見えると混乱するかもしれません。これは、インタラクティブ配線中にスライダーが推定長さを表しているためです。ここで：
Estimated Length = Routed Length + distance to target (length of connection line)
インタラクティブ配線中に長さの設計ルールが守られていることを示すゲージ - 現在のルーテッド長さを数字で表示し、スライダーは現在の推定長さを示します。
ゲージの機能は以下の通りです：
- ゲージのアウトラインを定義する長方形のボックス。
- 許容される最小長さと最大長さを示す2つの垂直な黄色いバー。最小値と最大値は、上述のように設計ルールによって定義された最も厳しい制約のセットから決定されます。
- 現在の配線長さ（長さ調整中）または推定長さ（インタラクティブ配線中）を示す赤または緑のスライダー。現在の長さが許容範囲外から許容される最小長さと最大長さの範囲内に移動すると、スライダーは赤から緑に変わります。
- 配置されたトラックとアークの長さである現在のルーテッド長さ（数値でゲージスライダー上に重ねて表示される。例の画像では62.781mm）。
-
ゲージの長方形のアウトラインは、可能な長さの全範囲を示し、その上限と下限の意味は、選択した目標長さモードに依存します。
- モードがマニュアルまたはネットからで、適用可能な長さルールがない場合、スライダーボックスの下限は現在のネットの長さで、上限は指定された最大長さになります。
- モードがマニュアルまたはネットからで、適用可能な長さルールがある場合、スライダーボックスの下限はルールまたは現在のルート長さ（どちらか小さい方）から取られ、上限はユーザーによって定義されます。
- モードがルールからで、適用可能な長さルール、または適用可能なマッチング長さルール、またはその両方がある場合、スライダーボックスの下限はルールまたは現在のルート長さ（どちらか小さい方）から決定され、スライダーボックスの上限はルールのMaxLimitから決定されます。
長さゲージの例
ゲージの設定は、適用されるルールによって定義された制約から計算されます。
-
ゲージの最小値（ゲージの左端）は45（最低
MinLimit）です -
ゲージの最大値（ゲージの右端）は48（最高
MaxLimit）です -
左の黄色いバー（最高
MinLimit）は46.58です -
右の黄色いバー（最低
MaxLimit）は47.58です（上の画像で緑のバーに隠れています） -
緑のバー（
TargetLength）は47.58です（セット内の最長ネットのルート長で、MaxLimitと等しい） - 緑のスライダーとその上に重ねられた数値（現在のルート長）は47.197です。
PCBパネルの使用
PCBパネルをネットモードに設定すると、配線された信号の現在の長さが表示されます。パネルのデフォルトモードでは、名前、ノード数、配線された長さ、および配線されていない（マンハッタン）長さが表示されます。パネルの列見出し領域で右クリックすると、メニューが表示され、追加の列を選択したり、既存の列を非表示にしたりすることができます。
長さの設計ルールが設定されている場合、そのルールの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。
3つのネットが長さの設計ルールに違反しています。2つは短すぎ、1つは長すぎます。
差動ペアの長さ調整
差動ペアの長さは、Interactive Differential Pair Length Tuningコマンド（Routeメニュー）を使用して、他の差動ペアの長さに対しても調整できます。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。
差動ペアの長さを調整する予定の場合、対象の差動ペアセットに対して以下のルールを作成します：
- ペア間の長さの一致要件を定義するマッチング長ルール。一方のペアの長さを別のペアの長さと比較するようにルールを設定するには、Group Matched Lengthsオプションを有効にします。
- ペア内の長さの一致要件を定義する、より高い優先度のマッチング長ルール。一方のペアメンバーの長さを他のペアメンバーと比較するようにルールを設定するには、Within Differential Pair Lengthオプションを有効にします。
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：
- ペアを配線します。
- まず、Interactive Differential Pair Length Tuningコマンドを使用して、ペア間で最初に長さ調整を行います。長さ調整では、最長ペアの最長信号長を目標長として使用し、ペア内の最長ネットをこの長さに調整します。
- 次に、Interactive Length Tuningコマンドを使用して、各ペア内の短いネットをペア内の他のネットに対して長さ調整します。
- これで、PCBルールと違反パネルを使用して、ペア内のマッチしたネット長ルールを確認できます。これを行うには、パネルのRule ClassesセクションでMatched Net Lengthsを選択し、必要なMatched Lengthルールを右クリックして、コンテキストメニューからRun DRC Rule <RuleName>コマンドを選択します。必要に応じて、シングルネット調整アコーディオンを調整します。
- 次に、PCBルールと違反パネルを使用して、先ほど説明したプロセスを使用して、ペア間のマッチしたネット長ルールを確認します。必要に応じて、差動ペア調整アコーディオンを調整します。
既存のアコーディオンの形状変更
既存のアコーディオンを変更するには、一度クリックして選択し、編集ハンドルを表示させます。下のアニメーションに示されているように、端または頂点をクリックしてドラッグすることで、アコーディオンの境界領域のサイズを変更できます。境界領域の新しい形状に合わせて、アコーディオンのセクションも自動的にサイズ変更されます。
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振幅または長さを変更し、クリックして保持して移動し、Propertiesパネルでスタイルを編集します。
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から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展開することができます。つまり、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。Explode Length Tuningコマンドを使用してこれを行います。これは、メインのTools » Convertサブメニュー、または右クリックUnionsサブメニューから利用可能です。PCBエディターでオブジェクトを展開することは一方通行のプロセスであることに注意してください。一度オブジェクトが展開されると、そのオブジェクトの種類に戻すことはできません。
参照
- 配線
- インタラクティブ・配線
- 差動ペア・配線
- 制御インピーダンス・配線
- 配線の変更
- ハイスピード・デザイン
- エリック・ボガチン、シグナル・インテグリティ講師および業界専門家のウェブサイト http://www.bethesignal.com/
- ハワード・ジョンソン博士、ハイスピード・デザイン講師および業界専門家のウェブサイト http://www.signalintegrity.com/
- リー・リッチー、講師およびハイスピードPCBデザイン専門家のウェブサイト http://www.speedingedge.com/