ボードデザインを検証する方法

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メインページ: PCB設計ルールリファレンス, 設計ルールチェック(DRC)

PCBエディターは、ルール駆動型の設計環境であり、ボードの完整性を確保するためにチェックできる多くの種類の設計ルールを定義できます。通常、設計プロセスの開始時に設計ルールを設定します。オンラインDRC機能は、作業中に有効なルールを監視し、検出された設計違反を即座に強調表示します。また、バッチDRCを実行して、設計がルールに準拠しているかをテストし、有効なルールと検出された違反の詳細を記載したレポートを生成することもできます。

このチュートリアルの前半で、ルーティング設計ルールの検討、電源ネットを対象とした新しい幅制約ルールの追加、電気的クリアランス制約、およびルーティングビアスタイルルールを追加しました。これらに加えて、新しいボードが作成されると自動的に定義される他の設計ルールもいくつかあります。

ルール違反の表示設定

設定ページ： PCBエディタ – DRC違反表示

ルール違反をチェックする前に、違反がどのように表示されるかを理解することが重要です。

Altium Designerは、設計ルール違反を表示するために2つの技術を使用しており、それぞれに独自の利点があります。これらは、PreferencesダイアログのPCB Editor – DRC Violations Displayページで設定されます：

• Violation Overlay - 違反は、View Configurationパネルで設定されたDRCエラーマーカーの色でハイライトされたエラーのプリミティブによって識別されます（開くにはLを押します）。デフォルトの動作は、ズームアウト時にプリミティブを無地の色で表示し、ズームインすると選択したViolation Overlay Styleに変更することです。デフォルトはStyle B – 中に十字が入った円です。

• Violation Details - より詳しくズームインすると、（有効になっていれば）Violation Detailが追加され、エラーの性質が詳述されます。違反の詳細には以下が含まれます：

  • 違反の場所の情報
  • 適切な場合は、違反のタイプを示すアイコン、例えば、ショートサーキットを示す交差する細い線など。
  • 失敗しているルール設定の数値値、例えば、<0.25mm。

  
  違反は、色付きのオーバーレイとしても、詳細メッセージとしても表示され、エラータイプの異なる詳細を示すために異なるシンボルが使用されます。

  
  違反は無地の緑色で表示されます（最初の画像）、ズームインすると選択したViolation Overlay Styleに変わります（2番目の画像）; さらにズームインするとViolation Detailsが追加されます（3番目の画像）。

ルールチェッカーの設定

設計は、設計ルールチェッカーを実行することで違反がチェックされます。Tools » Design Rule Checkコマンドを実行してダイアログを開きます。オンラインおよびバッチDRCは、このダイアログで設定されます。

DRCレポートオプション

• デフォルトでは、ダイアログが開くとReport Optionsページが左側のツリーで選択された状態で表示されます（下記参照）。

• ダイアログの右側には、一般的なレポートオプションのリストが表示されます。オプションについての詳細は、ダイアログ上でカーソルを移動してF1を押してください。これらのオプションはデフォルトのままで構いません。

  
  ルールチェック、オンラインおよびバッチの両方が、デザインルールチェッカーダイアログで設定されます。

DRCルールのチェック

• 特定のルールのテストは、ダイアログのRules to Checkセクションで設定されます。ダイアログの左側にあるツリーでこのページを選択すると、すべてのルールタイプがリスト表示されます（下記参照）。たとえば、電気については、ダイアログの左側にあるそのページを選択することで、タイプ別にそれらを調べることもできます。
• ほとんどのルールタイプには、Online（作業中にチェック）とBatch（Run Design Rule Checkボタンがクリックされたときにこのルールをチェック）のチェックボックスがあります。

• 必要に応じてルールを有効/無効にします。または、右クリックしてコンテキストメニューを表示します。このメニューを使用すると、OnlineとBatchの設定をすばやく切り替えることができます。Batch DRC - Used Onエントリを選択します。下の画像に示されています。

  
  各ルールタイプに対してチェックが設定されています。右クリックメニューを使用して、使用されている設計ルールを有効にします。

設計ルールチェック（DRC）の実行

設計ルールチェックを実行するには、ダイアログの下部にあるRun Design Rule Checkボタンをクリックします。ボタンをクリックすると、DRCが実行され、その後：

• メッセージパネルが開き、検出されたすべてのエラーをリスト表示します。
• ダイアログのReport OptionsページでCreate Report Fileオプションが有効になっている場合、Design Rule Verification Reportが別のドキュメントタブで開きます。以下にチュートリアルのレポートを示します。
  • レポートの上部には、チェックのために有効にされたルールと検出された違反の数の詳細が記載されています。ルールをクリックすると、そのエラーを調べるためにジャンプします。
  • 違反ルールの概要の下には、各違反の具体的な詳細があります。
  • レポート内のリンクはライブです。特定のエラーをクリックして、そのエラーをボード上で調べるためにボードに戻ります。このクリックアクションのズームレベルは、PreferencesダイアログのSystem – Navigationページで設定されています。自分に合ったズームレベルを見つけるために試してみてください。

このレポートの上部セクションでは、チェックのために有効にされたルールと検出された違反の数が詳細に記載されています。ルールをクリックすると、そのエラーを調べることができます。

レポートの下部には、違反している各ルールが表示され、その後にエラーのあるオブジェクトのリストが続きます。エラーをクリックすると、PCB上のそのオブジェクトにジャンプします。

エラー状態の特定

ソフトウェアに慣れていない場合、最初に長い違反リストを見ると圧倒されることがあります。これを管理する良い方法は、設計プロセスの異なる段階で設計ルールチェックダイアログでルールを無効にしたり有効にしたりすることです。違反がある場合でも、設計ルール自体を無効にすることはお勧めできません。違反のチェックだけを無効にします。例えば、ボードが完全にルーティングされるまでUn-Routed Netのチェックを常に無効にします。

• チュートリアルボードでバッチDRCを実行すると、以下の違反があります：
  • 4つの最小はんだマスク片違反 - はんだマスクのストリップの最小幅がこのルールで許可されている幅よりも小さい。これは通常、コンポーネントパッドの間で発生します。
  • 4つのクリアランス制約違反 - シグナル層上のオブジェクト間の測定された電気的クリアランス値が、このルールで指定された最小量よりも小さい。
• 違反を特定するには：
  • レポートファイルのリンクをクリックするか、
  • メッセージパネルでダブルクリックするか、
  • PCB Rules And Violationsパネルで違反をクリックします。
• 違反の詳細を使用して、エラーの状態を確立できます。

• 下の画像は、クリアランス制約エラーの1つの違反の詳細を示しており、白い矢印と0.25mmのテキストで示されています。これは、このギャップがルールで許可されている最小の0.25mmよりも小さいことを示しています。次のステップは、実際の値がどれだけなのかを把握することで、どれだけ失敗したかを知ることができます。その後、このエラーをどのように解決するかを決定できます。

  
  違反の詳細は、これら2つのパッド間のクリアランスが0.25mm未満であることを示していますが、実際のクリアランスは詳細には記載されていません。

エラー状態の理解

エラーを見つけたら、どれだけの失敗があったかどうかをどうやって知ることができるでしょうか？設計者として、この重要な情報を知ることで、エラーをどのように解決するかを最善の方法で決定することができます。

例えば、許容最小はんだマスク片が0.25 mmであり、実際の片が0.24 mmの場合、状況はそれほど悪くなく、ルール設定を調整してこの値を受け入れることができるかもしれません。しかし、実際の片値が0.02 mmの場合、それはおそらくルール設定を調整することで解決できる状況ではありません。

実際に距離を測定すること以外にも、ルールがどの程度失敗したかを知るためのいくつかの方法があります。以下の方法が使えます：

• 右クリックのViolationsサブメニュー、または
• PCB ルールと違反パネル、または
• メッセージパネルに含まれる詳細；実際の値が指定された値とともに詳述されます（例：0.175 mm < 0.254 mm）。

違反サブメニュー

右クリックのViolationsサブメニューは、以前既存の設計ルール違反セクションで説明されました。

下の画像は、Violationsサブメニューがルールによって指定された値と対比して測定条件を詳細に示している様子を示しています。

違反を右クリックして、どのルールに違反しているかと違反条件を調べます。

PCBルールと違反パネル

パネルページ： PCBルールと違反

PCB ルールと違反パネルは、エラー状態を特定し理解するのに優れた機能です。

• ボタンをクリックしてから、メニューから PCB Rules And Violationsを選択してパネルを表示します。デフォルトでは、Rule Classesリストに[All Rules]が表示されます。関心のあるルールタイプを特定したら、その特定のルールクラスを選択して、パネルの下部にその違反のみが表示されるようにします。

• リスト内の違反を一度クリックすると、ボード上のその違反にジャンプします。違反をダブルクリックすると、違反の詳細ダイアログが開きます。

  
  このパネルは、違反のタイプ、測定値、ルール設定、違反しているオブジェクトを詳細に説明しています。

違反の解決

設計者として、各設計ルール違反を解決するための最も適切な方法を見つけ出す必要があります。はんだマスクのエラーから始めましょう。これらは関連しており、はんだマスクの設定を変更することで、両方のエラー状態に影響を与える可能性があります。

最小はんだマスク片違反

設計ルール参照： 最小はんだマスク片

はんだマスクは、ボードの外表面に適用される薄いラッカー様の層で、銅のための保護および絶縁カバーを提供します。部品やワイヤーが銅にはんだ付けされるための開口部がマスクに作成されます。これらの開口部は、PCBエディターのはんだマスクレイヤーにオブジェクトとして表示されます（はんだマスクレイヤーはネガティブで定義されていることに注意してください - あなたが見るオブジェクトは実際のはんだマスクにおける穴になります）。

製造中には、異なる技術を使用してはんだマスクが適用されます。最も低コストなアプローチは、マスクを通して基板表面にシルクスクリーンでそれを塗布することです。レイヤーの位置合わせの問題を許容するために、マスクの開口部は通常、パッドよりも大きく、デフォルトの設計ルールで使用される4mil（約0.1mm）の拡張値に反映されています。

はんだマスクを適用する他の技術もあり、これらはより高品質なレイヤー登録とより正確な形状定義を提供します。これらの技術を使用する場合、はんだマスクの拡張は小さくすることも、ゼロにすることもできます。マスク開口部を小さくすることで、はんだマスクの片やシルクからはんだマスクまでのクリアランスのエラーの可能性が減少します。

はんだマスク片エラー。紫色は各パッド周りのはんだマスクの拡張を表しています。

これらのはんだマスクの問題のようなエラーは、完成したボードを製造するために使用される製造技術を考慮せずに解決することはできません。

たとえば、これが高価値製品のための複雑な多層ボードである場合、小さなまたはゼロのはんだマスク拡張を可能にする高品質のはんだマスク技術が使用される可能性が高いです。しかし、このチュートリアルのボードのようなシンプルな両面ボードは、低コストの製品として製造される可能性が高く、低コストのはんだマスク技術の使用が必要です。つまり、ボード全体のはんだマスク拡張を減らすことではんだマスク片のエラーを解決することは適切な解決策ではありません。

PCB設計の多くの側面と同様に、解決策は、その影響を最小限に抑えるために、焦点を絞った方法で思慮深いトレードオフを行うことにあります。

クリアランス違反

設計ルール参照： クリアランス制約

このクリアランス制約を解決する方法は2つあります：

• トランジスタのフットプリントパッドのサイズを減らして、パッド間のクリアランスを増やすか、
• トランジスタのフットプリントパッド間のクリアランスを小さくしても良いようにルールを設定する。

0.25mmのクリアランスはかなり寛大であり、実際のクリアランスはこの値（0.22mm）にかなり近いため、この状況ではクリアランスを小さくしても良いようにルールを設定するのが良い選択です。これは、下記に示すように、既存のクリアランス制約設計ルールで行うことができます。

• THパッドからTHパッドへの値がルール制約のグリッド領域で0.22mmに変更されました。セルを編集するには、まずそれを選択してからF2を押します。

• この解決策は、スルーホールパッドを持つ他のコンポーネントがコネクターであり、そのパッドが1mm以上離れて配置されている場合にのみ、この状況で受け入れられます。そうでなければ、はんだマスクの膨張ルールに対して行われたように、トランジスタパッドのみを対象とした第二のクリアランス制約を追加することが最善の解決策となります。

  
  THパッドからTHパッドへのクリアランスを0.22mmに許可するためにクリアランス制約を編集します。

• OKをクリックして変更を受け入れ、PCBルールと制約エディターダイアログを閉じます。

シルクとシルクのクリアランス違反

設計ルール参照： シルクとシルクのクリアランス

解決すべき最後のエラーは、シルクとシルクのクリアランス違反です。これは通常、指定子が隣接するコンポーネントのアウトラインに近すぎることによって引き起こされます。あなたの設計にこれらの違反がないかもしれません - これは、コンポーネントをどれだけ近くに配置したか、またはすでに指定子を再配置したかによります。指定子を移動するには、クリックして保持し、ドラッグします - 移動している指定子のコンポーネント内のオブジェクトを除いて、すべてのオブジェクトが薄く表示されます。その指定子を新しい位置に移動します。

指定子の移動は、現在のスナップグリッドによって制約されます。現在のグリッドが粗すぎる場合は、Ctrl+Gを押して新しいグリッド値を入力します。

シルクとシルクの違反を引き起こしている任意の指定子を再配置します。