PCBの配線

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部品配置と協調して、配線はPCB設計の成功におけるもう一つの重要な要素です。Altium Designerには、直感的なインタラクティブ配線機能が多数含まれており、簡単な両面ボードから高密度、高速、多層ボードまで、効率的かつ正確にボードを配線するのに役立ちます。また、差動ペアルーターと、片面および差動ルートのインタラクティブな長さ調整も含まれています。設計が高いネット数を持つ場合は、ボードデザイナーのような結果を生み出すトポロジカルオートルーターを探索してみると良いでしょう。

配線を開始する前に、ボードが準備完了であることが重要です。この記事をチェックリストとして使用し、ボードが準備完了かどうかを確認した後、配線のさまざまなアプローチについて学ぶために下位の記事を参照してください。

配線準備はできていますか？

PCB設計は配置が90%、配線が10%だという言葉があります。各々の割合については議論の余地がありますが、良いコンポーネントの配置が良いボード設計の最も重要な側面であることは一般に受け入れられています。配線を行う際にも、配置を調整する必要があるかもしれません。例えば、最初に密集したエリアでテスト自動配線を実行して、そのエリアが配線可能かどうかを確認することです。自動配線がネットの80%以上を完了できる場合、その数のレイヤーでインタラクティブに配線できるはずです。

設計に高速ネットが含まれる場合、コンポーネントの配置はさらに重要になります。クロックなどのノイズが多いネットと、データラインなどの静かなネットの分離を考慮する必要があります。また、ボード上での電力の分配 - 電力分配ネットワーク（PDN）として参照される - と、高速信号のための重要なリターンパスが流れる場所の計画も考慮する必要があります。このプロセスの一環として、バイパスキャパシタとデカップリングキャパシタの配置が重要です。コンポーネントの内外への配線については、メーカーはしばしばデバイスのデータシートにレイアウトガイドラインを含んでいます - 利用可能な場合はこれに従ってください。

配線の優先順位付け

どこから始めればいいか？オートルーターは通常、接続を一つずつ配線しますが、人間は多くの接続の影響を同時に考慮することができます。オートルーターが何かしらの希望を持つためには、配線のための接続の順序付けをうまく行う必要があります。接続の長さ、接続の密度、配線層への方向の割り当て、接続方向と配線方向の整列などの要因を使用します。そして、配線する際に常に順序を見直します。人間もこれらの要因を考慮しますが、この16のルートがその2つのコンポーネントの間を通過するか、ノイズの多いネットをセンシティブなネットとは別の層のペアで配線すべきかなど、より高度なスキルも使用します。

まず、電源ネットを配線またはファンアウトします。電源ネットの後には、オシレーター、差動ペア、高速インターフェース、静かなネットなどの重要な信号を考慮してください。

ボード上のネットを見つける

配線されていない基板は、見た目が複雑で - 基板上を横切る接続線の塊があります。配線作業において良いアプローチは、重要なコンポーネントやクリティカルなネットを簡単に見つけることができる回路図から作業を始めることです。回路図のコンポーネントやネットから直接クロスセレクトやクロスプローブを行い、PCB上の同等のアイテムをハイライトできます。詳しくは、回路図と基板の間で作業する記事を参照してください。

また、不要なネットをマスキングまたは非表示にすることで、接続線の表示を制御することもできます。重要な接続線の色を設定することも、配線プロセスの管理に役立ちます。以下のセクションでは、ネットの表示と色の制御方法について説明します。

PCBパネルを使用してネットを特定する

PCBエディターの貴重な機能は、ワークスペース内のオブジェクトをマスクまたは暗くする能力です。このフィルタリング機能は、フィルターを通過するオブジェクトを除いて、すべてを薄く表示します。下の画像は、単一のネットが選択され、フィルタリングシステムがフィルターを通過しないすべてのオブジェクトを暗くするように設定されていることを示しています。

これを探るには、PCBパネルのモードをNetsに設定します。これにより、ボード上のネットのリストが表示されます。ドロップダウンを使用して、フィルターモードをDimまたはMaskに設定し、下の画像に示されているように、SelectとZoomオプションを有効にします。

パネルでネット名をクリックすると、ワークスペースの表示が変わり、ネット内のノードが表示されるようにズームし、ネット内のパッドと接続線以外のすべてがフェードアウトして、そのネットがボードの残りの部分から引き出されるようになります。ワークスペース内をクリックしてもフィルターが残り、選択したネットがはっきりと表示され続けるため、調査や配線が容易になります。

フィルター機能を使用して、ネットやネットクラスを簡単に見つけることができます。

ワークスペースの右下にあるClearボタンをクリックすると、フィルターがクリアされ、ワークスペース全体が通常の明るさに戻ります。

個々のネットだけでなく、定義されているクラスがある場合はネットのクラスをフィルタリングすることもできますし、複数のネットに対しても（PCBパネルでネット名をクリックする際にCTRLキーを押しながら選択することで）行うことができます。

PCBパネルの上部には、通常、ディム、マスクを選択できるドロップダウンがあります。ディムとマスクは表示フィルターモードで、興味のあるオブジェクト以外のすべてが薄く表示され、選択したオブジェクトのみが通常の表示強度で残ります。ディムモードではフィルターが適用されますが、ワークスペースのすべてのオブジェクトが編集可能です（ディムされたオブジェクトはその色を保持します）、マスクモードでは他のすべてのワークスペースオブジェクトがフィルターで除外され、フィルターされていないオブジェクトのみが編集可能です（マスクされたオブジェクトはグレースケールで表示されます）。

表示がどれだけ薄くなるかは、ディムとマスクのスライダーコントロールで制御されます。右下にあるマスクレベルボタンをクリックしてスライダーを表示します。マスクモードまたはディムモードを適用したときにこれらを試してみてください。

フィルターをクリアするには、Clearボタン（マスクレベルボタンの隣）をクリックするか、Shift+Cのショートカットを押します。このフィルタリング機能は、作業スペースが混雑している場合に非常に効果的であり、PCBパネルやPCBフィルターパネルでも使用できます。

接続線の色の変更

設計が回路図からPCBワークスペースに転送されると、デフォルトのレイヤーと色の設定が適用されます。このプロセスの一環として、すべての接続線には、新規ネットのデフォルト色が割り当てられます。この色は、View ConfigurationダイアログのBoard Layers and Colorsタブ（Design » Board Layers & Colors [ショートカット L]）で定義されています。ビュー設定は2Dおよび3Dワークスペースの両方で使用でき、保存して再利用することができます。

配線プロセス中に重要なネットを目立たせる簡単な方法は、その接続線の色を変更することです。これを行うには、PCBパネルでネット名をダブルクリックしてEdit Netダイアログを開き、接続線の色を編集します（パネルをNetsモードに設定してください）。または、一つまたは複数のネットの色を変更するには、まずPCBパネルで必要なネットを選択し、選択したネット上で右クリックしてChange Colorコマンドを選択します。

PCBパネルで選択したネットを右クリックして、その接続線の色を変更します。

レイヤーの色を使用して接続線を表示する

個々のネットの接続線の色を設定するだけでなく、接続線が通過する開始レイヤーと終了レイヤーの色を使用して接続線を表示することもできます。これらの接続線は、開始レイヤーと終了レイヤーの両方の色を使用して点線で表示されます。

この機能は、マルチレイヤーボードを配線する際に理想的です。これにより、配線される接続が到達しなければならないターゲットレイヤーを簡単に識別できます。この点線の色の上書きは、一方のレイヤーから別のレイヤーへ移動するネットにのみ適用され、接続が同じレイヤーで始まり終わる場合、その定義された色を保持します。

レイヤーごとの色機能を使用するには、ビュー設定ダイアログのView OptionsタブでUse Layer Colors for Connection Drawingオプションを有効にします。下記のように表示されます。

 
接続線は、開始層と終了層の色で表示できます。右の画像では、接続線の表示方法を示すために、いくつかのネットから配線セグメントが削除されています。

シングルレイヤーモードでの接続線の表示

マルチレイヤーボードは視覚的に密であり、何が起こっているのかを解釈するのが難しいです。これを助けるために、Shift+S ショートカットを押すことで、有効なレイヤーからシングルレイヤーモードへとレイヤー表示を簡単に切り替えることができます。

通常、これを行うと、現在のレイヤーに始まるまたは終わるものでないすべての接続線も非表示になります。それらは関連がないと想定されるためです。接続線を常に表示するには、下記のようにView ConfigurationsダイアログのView OptionsタブでShow All Connections in Single Layer Modeオプションを有効にします。

シングルレイヤーモードでの接続線の表示を制御します。

接続線の表示/非表示

PCBパネルを通じてネットをフィルタリングする代わりに、1つ、複数、またはすべての接続線を完全に隠すことができます。View » Connectionsサブメニューには、接続線の表示を制御するためのいくつかのコマンドがあります。これらのコマンドには、作業中にNのショートカットキーを押すことでアクセスすることもできます。

配線されたネットにネットカラーを使用する

ネットの色を変更する方法、および接続線にネットの色を使用するためのオプションを設定する方法を知っています。Net Override Color機能を有効にすることで、配線されたネットにもネットの色を使用することができます。

パネルは選択なしのマスクに設定され、2つのネットが選択されています。YOUTはオーバーライドカラー機能が有効になっており、配線がチェッカーボードとして表示されます。

この機能は、PCBパネル内の各ネット名の隣にあるチェックボックスによって有効になります。有効にすると、ネットの色がレイヤーの色を上書きし、PreferencesダイアログのPCB Editor - Board Insight Color Overridesページで設定されたカラーオーバーライド設定に従います。

カラーオーバーライド機能を使用して、配線されたネットを目立たせます。

拡大表示時に、「オーバーライドカラー」チェックボックスが有効になっているネットは、選択したBase Patternで表示されます。上の例の画像では、レイヤーカラーとネットカラーのチェッカーボードミックスです。ズームアウト動作は、オーバーライド（ネット）カラーが優先されるように設定されています。

設計ルールは定義されていますか？

主要記事： 設計要件の指定 - 設計ルール、設計ルールリファレンス

配線を開始する前に、適用可能な配線設計ルールを設定する必要があります。Design » Rulesをメニューから選択して、PCBルールと制約エディタダイアログを表示します。ダイアログの左側にあるツリーは、10のルールカテゴリー（電気からシグナルインテグリティまで）を示しています。各カテゴリーには、例えば、定義できる8種類の配線ルールなど、いくつかのルールタイプがあります。

ルールタイプを選択すると、現在定義されているそのタイプのすべてのルールが表示されます。下の画像は、ボードに定義されている4つの配線幅ルールを示しています。ルールの優先順位に注意してください。これはルールが適用される優先順位を定義し、1が最も高いです。ルールエンジンは、オブジェクトがルール準拠をチェックされるときに、最も高い適用可能なルールを検索します。

このボードには3つの配線幅ルールが定義されています。 ダイアログの左側にあるツリーで個々のルール名をクリックすると、そのルールの設定が表示されます。すべての設計ルールには2つの異なる部分があります。制約 - 私の要件は何ですか？, そしてスコープ - このルールに何を対象にしたいですか？ 配線幅の設計ルールを例にとって、これをもっと詳しく見てみましょう。 右クリックしてルールタイプ（例えば幅）を選び、そのタイプの新しいルールを追加します。

ルールの制約

ルール制約は、このルールによって対象とされるオブジェクトに適用したい設定や制限を指定します。

幅のルールにおいて、制約は配線を構成するトラックセグメントの最小幅、推奨幅、最大幅を定義します。最小/推奨/最大の設定は、制御インピーダンス配線に重要な機能である、基板の各層に対しても定義できることに注意してください。便利な機能として、最小と最大の設定の間で配線中に配線幅を変更できることが挙げられます。Changing the Track Width while Interactively Routingセクションで、インタラクティブ配線の記事について読んでください。

このルールの制約は、このルールの要件を定義します。このルールは、対象とするネットの配線幅が0.1mmから3mmの間でなければならないことを指定しています。

ルールの範囲

Altium Designerには、強力で柔軟なルール定義システムがあり、どんなに複雑な設計要件でも正確に指定することができます。配線要件をオブジェクトの属性として定義するのではなく、設計ルールは別途定義され、その後、「このルールをそれらのオブジェクトに適用したい」というルールの範囲を通じて、それらが適用されるオブジェクトを対象とします。

このルールが対象とするオブジェクトを定義するクエリを入力することで、ルールの範囲が指定されます。

ルールスコープシステムは、PCBエディターの基盤となるフィルタリングエンジンを使用して、適用されるオブジェクトをターゲットにします。結局のところ、各ルールスコープはクエリであり、たとえば上の画像のクエリはInNet('GND')です。ネットやネットクラスをターゲットにするような一般的なスコープの場合、Where the First Object Matchesエリアのコントロールを使用でき、クエリはあなたのために作成されます。より具体的なルールスコープを選択する場合は、Advanced (Query)オプションを選択し、その後クエリビルダーを使用してクエリの作成プロセスを進めるか、必要に応じてクエリヘルパーを使用して直接自分で書きます。

このルールを正確にスコープする能力と、各ルールの優先順位を割り当てる能力を組み合わせることで、PCB設計要件を完全に制御できます。

デザインルールのクエリを書く方法についてもっと学びたい場合は、デザインルールの範囲指定の記事を参照してください。

幅のルール

最も基本的な配線ルールは、配線幅のルールであり、ネットがどの幅で配線されるかを決定します。最小限、設計にはすべてのネットを対象とする幅のルールが1つ含まれています。

ボードに対して最小の配線幅を必要とする幅を最小幅に、必要な最も広いルートを最大幅に設定する、ただ一つの幅ルールのみを持つのは良い設計習慣ではありません。より良いアプローチは、全ての範囲を持つ、最も多くのネットに対象を絞った一つのルールを持つことです。その後、GNDネットやPowerNetsネットクラス（そのようなクラスが作成されている場合）など、個々のネットやネットのクラスを対象とする追加のルールを加えます。これらのルールにはより高い優先度を設定し、これらのネットの配線を開始するときはいつでも、高い優先度のルールが全てのネットのルールを上書きし、正しい配線幅を提供します。適切な幅のルールは、配線を開始する前に定義する必要があります。

クリアランス制約

幅ルールのパートナーはクリアランス制約であり、これは配線しているネットがボード上の他のオブジェクトにどれだけ近づいてもよいかを定義します。再び、高電圧ネットや差動ペアネットを他の配線から離しておくため、配線から特定の距離にポリゴンを流すためなど、複数のクリアランス制約を定義できます。適切なクリアランス制約は、配線を開始する前に定義する必要があります。

配線レイヤーの設定

メイン記事： レイヤースタックの定義

配線レイヤー、またはシグナルレイヤーとも呼ばれるものは、Layer Stack Managerダイアログ（Design » Layer Stack Manager）で設定されます。下記のようにダイアログのコントロールを使用して、レイヤーを追加し、レイヤースタック内の位置を設定します。

レイヤースタックマネージャーダイアログで電気レイヤーが追加されます。

全てのレイヤーの表示と、機械レイヤーの追加は、下に示されたビュー設定ダイアログ（ショートカット L）で制御されます。

全てのレイヤーの表示はビュー設定ダイアログで制御されます。

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