Altium Designer でのマルチシート&階層的設計

回路図が元々紙に描かれていた時代には、大きな製図台に収まるほどの大きな一枚の紙に描かれ、専用の大判コピー機で複製されることがよくありました。時代は変わり、現在では回路図はデスクトップPCで作成され、サーバーに保存され、小型のレーザープリンターで印刷されます。

この変化により、たとえ単純な設計であっても、複数の回路図シートにわたって提示されると、より容易に表示され理解されます。設計が特に複雑でなくても、複数のシートにわたって整理することには利点があります。

例えば、設計にはさまざまなモジュラー要素が含まれているかもしれません。これらのモジュールを個別のドキュメントとして維持することで、複数の設計者が同時にプロジェクトに取り組むことができます。設計を論理的なモジュールに分割することは、設計の可読性を大幅に向上させます。これは、その製品の寿命の後半で回路図を読み解く必要がある人々にとって重要な考慮事項です。もう一つの利点は、設計が少ないコンポーネントを持つ複数のシートにわたって構成されている場合、小型印刷、例えばレーザープリンターを使用できることです。

設計を複数のシートにわたって展開する場合、決定すべきことが2つあります:

  • シートの構造的関係と、

  • それらのシート上の回路間の電気的接続を行う方法です。

選択は、各プロジェクトのサイズとタイプ、および個人の好みによって異なります。

この記事は、シート間の構造的関係、その仕組み、およびマルチシート設計を作成するためのツールと技術に焦点を当てています。接続がどのように作成されるかについて詳しく知りたい場合は、接続の作成記事を参照してください。

フラットまたは階層的設計

述べたように、設計者としては、回路図シートの整理方法と、それらのシート間の接続がどのように確立されるかを決定する必要があります。これらは別々の決定ではありませんが、構造を選択すると同時に、それらのシート間の接続がどのように作成されるかも選択する必要があります。

マルチシート設計の構造には2つのアプローチがあります:フラットまたは階層的です。

どちらのアプローチも有効であり、それぞれに長所と短所があります。フラット設計は作成が速いですが、信号を追跡し機能を解釈するのが他の人にとって難しくなります、特に印刷されたコピーからです。階層的設計は、接続を作成するためのステップが多いため描画に時間がかかりますが、その報酬として、他の人が機能をより容易に解釈し、シートをまたいで信号を追跡できる設計になります。階層的設計はまた、設計の再利用に重要であり、マルチチャネル設計の不可欠な部分です。

子シートを親シートに接続する技術は、フラット設計と階層的設計の両方で同じです - それがフラット設計か階層的設計かを決定するのは、接続がどのように作成されるかです。

フラット設計

フラット設計は、大きな回路図シートがいくつかの小さなシートに切り分けられたかのように考えることができます - フラット設計では、すべてのシートが同じレベルに存在します。フラット設計の接続は、任意のシートから他の任意のシートへ直接作成されます - このタイプの接続は水平接続と呼ばれます。

フラット設計ではトップシートの使用はオプションです。もし含まれている場合、それには設計内の各シートのシートシンボルがありますが、配線を含むことはできません。フラット設計には任意の数のシートがあり得ます。

最初の画像 - フラット設計にはトップシートがありません;二番目の画像 - 同じ設計にトップシートがあります。トップシートには配線がないことに注意してください。それは単に設計内のシートを示しています。 
最初の画像 - フラット設計にはトップシートがありません;二番目の画像 - 同じ設計にトップシートがあります。トップシートには配線がないことに注意してください。それは単に設計内のシートを示しています。

上記の両方の画像はフラット設計を示しており、左のバージョンにはトップシートがありませんが、右のバージョンにはあります。設計が2つまたは3つの回路図シートしかない場合、トップシートが価値を加えないと判断するかもしれません。シートの数が多くなると、トップシートは論理ブロック(シートシンボル)がシート上にどのように配置されているかから回路設計の機能を読み手が理解するのに役立ちます。設計内のすべてのシートは、階層がないためプロジェクトパネルで同じレベルに表示されます。

階層型設計

階層設計においては、プロジェクトにはトップシートが1つだけ含まれることを覚えておくことが重要です。他のすべてのソースドキュメントはシートシンボルによって参照されなければなりません。設計検証を行う際には、複数のトップレベルドキュメント違反チェックを使用して、この条件が満たされていない場合にフラグを立てることができます。さらに、シートシンボルは、それが配置されているシートや、より上位のシートを参照してはならず、これが行われると構造内で解決不可能なループが発生します。

階層設計とは、設計内の木構造またはシート間の関係が表現されるものです。これはシートシンボルを用いて行われ、シートシンボルは設計階層内の下位のシートを表します。シンボルは下のシートを表し、その中のシートエントリは下のシートのポートに接続します(または接続されます)。接続はこれらのシートシンボル内のシートエントリを通じて行われ、一つのシートのポートから別のシートのポートへ直接行われるわけではありません。

フラット設計と同様に、子シートはシートシンボル内でそのファイル名を定義することによって識別されます。階層設計では、その子シートはさらに下位レベルのシートを参照するシートシンボルを含むことができ、これによって階層内に別のレベルが作成されます。下の画像は、階層内に3レベルある階層設計を示しています。

階層設計では、木構造に示される構造は、シートシンボルによって作成される親子関係によって決定されます。
階層設計では、木構造に示される構造は、シートシンボルによって作成される親子関係によって決定されます。

階層設計では、子シート上の信号はポートを介してシートを離れ、親シート上の対応するシートエントリに接続します。親シートには、子信号を別のシートシンボル内のシートエントリに渡す配線が含まれており、それから信号は下の画像に示されるように、2番目の子シート上の対応するポートに下がっていきます。

The connectivity is from a Port on the child sheet up to a matching Sheet Entry in the Sheet Symbol on the parent sheet

この親子シート構造は任意の深さに定義することができ、階層設計には任意の数のシートが存在することができます。

シート間の接続性はNet Identifier Scopeによって決定されます。これはOptionsタブのプロジェクトのオプションダイアログで設定されます。接続性の作成について詳しく知るには、接続性の作成ページを読んでください。ネット識別子スコープには自動オプションが含まれていますが、特殊な接続要件がない限り、このオプションは良い選択です。

階層設計の利点は、設計の構造を読者に示し、接続性が完全に予測可能で、常に子シートから親シート上のシートシンボルへと追跡しやすいことです。

階層設計の別の利点は、設計再利用システムの提供プラットフォームを提供することです。このシステムは、データがどのように保存されているかに応じて、ファイルベースまたはサーバーベースの2つの方法で提供されます。

  • ファイルベースのシステムはデバイスシートと呼ばれ、ライブラリのデバイスシートから既存の回路図を直接作成中の設計に配置します。デバイスシートについて詳しくは、デバイスシート記事を参照してください。
  • ワークスペースベースのシステムはマネージドシートと呼ばれ、接続されたワークスペースから既存の回路図を直接作成中の設計に配置します。マネージドシートについて詳しくは、マネージドシートページを参照してください。

クロスリファレンスの追加

プロジェクトにクロスリファレンスを追加することで、プロジェクト内の回路図シート間のネットの接続フローを簡単に追跡できます。回路図エディタは、クロスリファレンスの自動作成および更新をサポートしています。

Automatic Cross ReferencesオプションをGeneral領域で有効にし、Project OptionsダイアログのOptionsタブCross References領域でオプションを設定します。アクティブプロジェクトのクロスリファレンスの特定のスタイルを設定するか、Follow Cross References settings in Preferencesオプションを有効にして、PreferencesダイアログのSchematic – GeneralページPort Cross References領域でオプションを継承します。ここから、クロスリファレンスが表示されるオブジェクト(ポート、オフシートコネクタ、シートエントリ)も選択できます。

Project OptionsダイアログのOptionsタブには、メインメニューからReports » Automatic Cross References Settingsコマンドを選択するか、デザインスペースを右クリックしてコンテキストメニューからSheet Actions » Automatic Cross References Settingsコマンドを選択することで、すばやくアクセスできます。

アクティブプロジェクトの自動クロスリファレンスをProject OptionsダイアログのOptionsタブで設定します。
アクティブプロジェクトの自動クロスリファレンスをProject OptionsダイアログのOptionsタブで設定します。

クロスリファレンスは、設定されたスタイルで選択されたオブジェクトの隣の回路図に表示されます。クロスリファレンスの値は、選択されたオブジェクトのクロスリファレンスの表示を切り替えることができるPropertiesパネルにも表示されます。

クロスリファレンスは回路図上で、および選択されたオブジェクトについてPropertiesパネルで調査できます。ここにポートのクロスリファレンスの例が示されています。
クロスリファレンスは回路図上で、および選択されたオブジェクトについてPropertiesパネルで調査できます。ここにポートのクロスリファレンスの例が示されています。

クロスリファレンスは、回路図PDF出力でもサポートされています。オブジェクトが複数の接続オブジェクト(例えば、ポートが親回路図シートのシートエントリと他のシートのポートに接続されている)に関連している場合、PDF出力でオブジェクトをクリックすると、接続オブジェクトが存在するシートのリストが表示されます。リスト項目を選択して対応するページを開きます。オブジェクトが単一の接続オブジェクトに関連している場合、オブジェクトをクリックするとすぐに対応するページが開きます。

回路図PDF出力では、ポップアップメニューを使用して複数の接続オブジェクトを簡単にナビゲートできます。
回路図PDF出力では、ポップアップメニューを使用して複数の接続オブジェクトを簡単にナビゲートできます。

マルチシート設計の作成

プロジェクトに2枚目の回路図シートを追加すると、マルチシート設計が作成されます。トップシートなしでフラットデザインを作成する予定の場合は、プロジェクトに回路図シートを追加し続けるだけです(Projectsパネルのプロジェクトのエントリを右クリックして、コンテキストメニューからAdd New to Project » Schematicコマンドを選択)、そしてネット識別子のスコープが正しく設定されていることを確認します

下位レベルのシートを参照するためにシートシンボルを使用したい場合は、シートシンボルを配置して手動で編集して下位レベルのシートを正しく参照するか、以下に説明するように様々な組み込みコマンドを使用できます。

子シートの参照

シートシンボルのFilenameプロパティが下位レベルのシートを参照します。このフィールドには、そのファイルの場所へのパスではなく、回路図ファイル名のみを含めるべきです(この場所データは実際にはプロジェクトファイルに格納されています)。

Filenameプロパティ子回路図が親回路図と同じフォルダに保存される必要はありません。
Filenameプロパティ子回路図が親回路図と同じフォルダに保存される必要はありません。

ファイルが親の保存フォルダより下のフォルダに保存されている場合は、相対ファイル参照が使用されます。ファイルが別の場所に保存されている場合は、絶対ファイル参照が使用されます。このようなプロジェクトでファイルを移動する際は注意するか、プロジェクトパッケージャを使用してファイルをZIP化し、プロジェクトをZIP化する際にファイルパスを解決します。

 

マルチシート設計のナビゲーション

回路図エディタは、マルチシート設計内のドキュメントや関連オブジェクト間を移動するためのツールを提供します。

Tools » Up/Down Hierarchyコマンドは、現在のドキュメントから設計階層の次のレベルへ、上または下へフォーカスを移動するために使用されます。このコマンドを起動すると、カーソルが十字線に変わり、ナビゲーションポイントを選択するように求められます。シートエントリをクリックすると、サブシート上の対応するポートが表示され、シートシンボルをクリックすると、サブシート全体が表示されます。階層を上にナビゲートするには、親シート上の対応するシートエントリを表示するためにポートをクリックします。

シートエントリまたはポートがバスに接続されている場合、最初のクリックでメニューが表示され、そこからバス全体またはバス内の個別の信号を選択できます。シートエントリまたはポートからの対応する配線が強調表示されます。元のシートエントリまたはポートを2回クリックすると、それぞれ下の回路図シート上の対応するポート、または上のシート上のシートエントリが表示されます。

カーソルの下にあるシートシンボルによって参照される子シートを開くには、配置されたシートシンボルの上で右クリックし、コンテキストメニューからSheet Symbol Actions » Open SubSheet <SchematicDocumentName>コマンドを選択します。このコマンドを起動すると、シンボルによって参照される回路図ドキュメントが開かれ(まだ開かれていない場合)、メインの設計ウィンドウでアクティブなドキュメントになります。

関連オブジェクトに対して自動クロスリファレンスが有効になっている場合、オブジェクトの右クリックPort ActionsSheet Entry ActionsおよびOff Sheet Actions(フラットデザイン用)サブメニューからJump Toコマンドを使用して、ポート、シートエントリ、およびシート外コネクタ間をナビゲートすることもできます。たとえば、Automatic Cross Referencesオプションが有効になっており、 Options for ProjectダイアログOptionsタブのPortsオプションでSheet Entry & Ports設定オプションが選択されている場合、ポート上で右クリックして必要なPort Actions » Jump to Port <PortName> on <SchematicDocumentName>またはPort Actions » Jump to Sheet Entry <PortName> on <SchematicDocumentName>コマンドをコンテキストメニューから選択すると、指定されたポートまたはシートエントリのソースドキュメントがアクティブなドキュメントになり、カーソルがポートまたはシートエントリの上に配置されます。ターゲットドキュメント上の同じ名前のすべてのポート(および接続された配線)が強調表示されます。

設計内のどこかの一致するオブジェクトにジャンプするには、Jump toコマンドを使用します。
設計内のどこかの一致するオブジェクトにジャンプするには、Jump toコマンドを使用します。

  • オブジェクト間をナビゲートすると、対応するオブジェクトが設計スペースで強調表示されます。視覚表示は、PreferencesダイアログのSystem - Navigationページで定義されたHighlight Methods(暗くする、ズーム、選択)に従います。

  • 階層は、Ctrlを押しながらポート、シートエントリ、またはシートシンボルの上をダブルクリックすることで直接ナビゲートすることもできます。

  • 階層は、NavigatorパネルInteractive Navigation機能を使用してナビゲートすることもできます。

階層の作成

このソフトウェアには、マルチドキュメントの階層構造を構築するための多数のコマンドが含まれています。使用するコマンドは、個人の設計方法論に依存します - これは大まかにトップダウンまたはボトムアップとして分類されます。これらのコマンドは、シートエントリの追加、新しい回路図シートの作成、ポートの配置など、プロセスに必要なすべての要素を処理するため、階層を手動で作成するよりも効率的です。

このコマンドを使用して、トップダウン方式で階層を構築します:

  • Create Sheet From Sheet SymbolDesignメインメニューまたはシートシンボルのSheet Symbol Actions右クリックサブメニュー) - このコマンドを使用して、指定されたシートシンボルの下に新しい回路図シートを作成します。シンボル上のシートエントリに一致するポートは、新しいドキュメントの左下隅に配置されます。シートシンボルにまだすべてのシートエントリを含めていない場合でも心配はいりません。時間が経つにつれてさらに追加された場合、シートエントリとポートを再同期できます。以下で説明します

    • 作成された回路図ドキュメントは、シートシンボルのファイル名をそのファイル名として取ります。ドキュメントの意図された名前をシートシンボルのFile Nameフィールドに拡張子付きで入力(例:<DocumentName>.SchDoc)、または名前を空白のままにして、後でドキュメントを保存する際に名前を入力できます。

    • シートシンボルからシートを作成する際には注意が必要で、そのファイル名のシートが既に存在する場合、同じファイル名の新しいシートが作成されます。重複は、保存時に新しいシートに異なる名前を付けるか、必要に応じて既存のシートを上書きすることで解決できます。

    • 新しい子シートで作成されたポートの電気的I/Oタイプは、元の親シートシンボルのシートエントリのものと同じになります。

このコマンドを使用して、ボトムアップ方式で階層を構築します:

  • Create Sheet Symbol From SheetDesignメインメニューまたはデザインスペースのSheet Actions右クリックサブメニュー) - このコマンドを使用して、指定された回路図シートからシンボルを作成します。このコマンドを使用するには、まず新しいシートシンボルを保持するシートに切り替え、次にコマンドを起動します。 Choose Document to Placeダイアログが開きます - これを使用して、新しく作成されたシートシンボルによって参照される対象の回路図ドキュメントを選択します。シートシンボルには、見つかった各ポートに一致するシートエントリが含まれます。ポートまたはシートエントリが後で追加または削除された場合、以下で説明するように再同期できます。

    • シートシンボルが作成されてアクティブシートに配置されると、このシートはChoose Document to Placeダイアログにリストされません。これは、シートシンボルが自身が配置されている同じシートを参照できないためです。

    • 新しい親シートシンボルで作成されたシートエントリの電気的I/Oタイプは、元の子シートのポートのものと同じになります。

このコマンドを使用して、設計内の回路配置を再編成します:

  • Edit » Refactor » Move Selected Sub-circuit to Different Sheet - このコマンドを使用して、選択したコンポーネントと配線をプロジェクト内の別のシートに移動します。Choose Destination Document ダイアログが開き、プロジェクト内の任意の既存の回路図を選択できます。このコマンドについては、以下で詳しく説明されています。

なぜ一つのシートから別のシートへのコンポーネントの移動に専用のコマンドが提供されているのか疑問に思うかもしれませんが、これは標準のカット&コピー コマンドが各コンポーネントの一意識別子を自動的にリセットするためです。UIDは、回路図コンポーネントをPCBコンポーネントに結びつけます。回路図コンポーネントのUIDがリセットされている場合、設計が同期されるとき(Design » Updateコマンドが使用されたとき)に、デザイン指定子を介して一致を試みるように求められます。必要に応じて、PCBエディタ内のProject » Component Linksコマンドを使用してUIDを再同期できます。

設計同期

設計の再構築

主要記事: デザインリファクタリング

デザインのプロセスはしばしば非構造的で有機的であり、デザイナーは同時にデザインの複数の部分に対してアイデアを練っているかもしれません。アイデアが進化するにつれてセクションをキャプチャします。それは、始めは整然と配置された回路図が、混雑して整理が悪くなる可能性があることを意味します。回路図デザインを再編成するためにカット、コピー、ペーストを使用できますが、これが常に最良のアプローチではありません。

なぜカットやコピーを使わないのか?それは、各コンポーネントが配置されるときに一意の識別子が割り当てられ、この識別子はコンポーネントがカット/コピーされてペーストされるたびに自動的にリセットされるからです。このUID管理は、デザイン内で使用される各UIDのインスタンスが1つだけであることを保証するために行われます。なぜなら、それは回路図コンポーネントをPCBコンポーネントにリンクする鍵となるフィールドだからです。デザインがPCBエディタに転送されていない場合は、カット/コピー/ペーストのアプローチで問題ありませんが、転送されている場合は、リファクタリングツールを使用する方が良いでしょう。

サブ回路を別のシートに移動する

回路のセクションを一つのシートから別のシートに移動する最も簡単な方法は、それを選択してからEdit » Refactor » Move Selected Sub-circuit to Different Sheetコマンドを実行することです。Choose Destination Documentダイアログが開き、ターゲットシートを選択してOKをクリックすると、そのシートが表示され、サブ回路がカーソル上に浮かんで配置の準備ができます。

プロジェクト内の異なるシートに回路の選択されたセクションを簡単に移動できます。Move Selected Subcircuit to Different Sheetコマンドを使用します。
プロジェクト内の異なるシートに回路の選択されたセクションを簡単に移動できます。Move Selected Subcircuit to Different Sheetコマンドを使用します。

デザインリファクタリングについてもっと学ぶ。

ポートとシートエントリの同期

デザインの再構成の一環としてコンポーネントと配線を移動した場合、子シートをそのシートシンボルに同期させる必要があるかもしれません。つまり、各ポートが対応するシートエントリと一致している必要があります。これはSynchronize Sheet Entries and Portsコマンドを使用して行います。これには:

  • A specific Sheet Symbol - シートシンボルを右クリックしてコンテキストメニューを表示し、Sheet Symbol Actions » Synchronize Sheet Entries and Portsコマンドを選択して、カーソル下のシートシンボルのみを分析します。

  • All Sheet Symbols in the design - Design » Synchronize Sheet Entries and Portsコマンドを選択して、デザイン全体のすべてのシートシンボルを分析します。ダイアログには、デザイン内の各シートシンボルに対応するタブが含まれ、Only Show unmatched sheet symbolsオプションがダイアログの下部にあります。

これらのコマンドの両方で、Synchronize Ports to Sheet Entriesダイアログが開きます。これは、既に一致しているポート/シートエントリをダイアログの右側にリストし、一致していないポートとシートエントリを左側の2列にリストします。シートシンボルがその参照された子シートと「同期している」とは、そのシートエントリがそのサブシート上の対応するポートと名前とI/Oタイプの両方で一致している場合を指します。

Synchronize Ports to Sheet Entriesダイアログは、シートエントリが子シート上のポートと一致することを保証するために使用されます。2つのタブに注意してください。これは、このデザインにシートエントリ/ポートの不一致がある2つのシートシンボルがあることを意味します。
Synchronize Ports to Sheet Entriesダイアログは、シートエントリが子シート上のポートと一致することを保証するために使用されます。2つのタブに注意してください。これは、このデザインにシートエントリ/ポートの不一致がある2つのシートシンボルがあることを意味します。

ダイアログの左側に表示される不一致に焦点を当て、最初の列のシートエントリを選択し、次に第二列の正しいポートを選択し、次にダイアログの中央にある必要なボタンをクリックして、それボタンの機能は以下の通りです:

  • Button, update the Port to Match the Sheet Entry - シートエントリのプロパティを使用し、選択されたポートに適用します。

  • Button, update the Sheet Entry to Match the Port - ポートのプロパティを使用し、選択されたシートエントリに適用します。

左側の列で複数のシートエントリが選択されている場合、ソフトウェアは各シートエントリを第二列の隣接するポートと同期させます。隣接するポート(またはシートエントリ)がない場合、新しいものが作成されます。

  • コマンドが新しいシートエントリやポートを追加する場合、それらは終了時に回路図シート上で正しく配置される必要があります。

  • ダイアログで行われた変更は直ちに有効になることに注意してください。変更はダイアログを通じて元に戻すことはできません。変更を元に戻すには、ドキュメントのUndo機能を使用する必要があります。

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注記

利用できる機能は、Altium 製品のアクセスレベルによって異なります。Altium Designer ソフトウェア サブスクリプション の様々なレベルに含まれる機能と、Altium 365 プラットフォーム で提供されるアプリケーションを通じて提供される機能を比較してください。

ソフトウェアの機能が見つからない場合は、Altium の営業担当者に連絡して 詳細を確認してください。

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