Altium DesignerでのPCB上の接続性の理解

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PCBエディターでは、ネット内のノード間の接続性は、ポイントツーポイント接続線のシリーズによって表され、これらは総称してラットネストと呼ばれます。設計が回路図から（Design » Update PCB）転送されると、コンポーネントはPCB設計スペースに配置され、接続線が（細い実線として）表示されます。

個々のネット内では、接続線はそのネット内のすべてのノードを結合します。それらが接続するパターン、または順序は、ネットトポロジーと呼ばれ、以下で説明されます。

このネットのノードは、適用される配線トポロジールール（デフォルトは最短）に従って接続線で接続されます。

この設計では、GNDと5Vのネットが接続線の色を異なるものにしています。

コンポーネント配置時に役立つだけでなく、接続線はインタラクティブ配線やオート配線の際にも貴重なガイドとなります。

PCBエディタには、設計空間内のすべてのオブジェクトの位置を常に監視し、ネットタイプのオブジェクトが編集されたとき（オブジェクトの移動を含む）に接続線を更新するネットアナライザが含まれています。例えば、コンポーネントが移動された場合、そのコンポーネントからの各接続の遠端は、適用される設計ルールによって定義されたトポロジを維持するために、あるターゲットパッドから別のターゲットパッドへと跳ぶことがあります。この例は、以下のビデオでGNDネットについて示されています。このネットは最短のトポロジを持っています。

抵抗が移動するにつれて、GND接続線がどのように飛び回り、全体の接続長を最短に保つために自動的に再配置されるかに注目してください。

ボード上のネットを見つける

未配線のボードは、ボード全体に交差する接続線の塊で見ると、圧倒されることがあります。配線を行う上での良いアプローチは、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。回路図とボードの間で作業するについてもっと学びましょう。

PCBエディタの貴重な機能の一つに、設計スペース内のオブジェクトをマスクまたは薄くする能力があります。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、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Dimに設定されている状態で、単一のネットが選択されていることを示しています。

これを探るには、PCBパネルをNetsモードに設定します。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、下の画像に示すように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、デザインスペースの表示が変わり、ネット内のノードを表示するためにズームし、ネット内のパッドと接続ライン以外のすべてをフェードアウトします。これにより、そのネットをボードの残りの部分から効果的に引き出します。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。

PCBパネルの上部にあるClearボタンをクリックしてフィルターをクリアし、デザインスペース全体の明るさを通常に戻します（またはShift+Cのショートカットを押します）。

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、パネルのNet Classesセクションでクラスのネットをフィルタリングすることもできます。また、複数のネットをインタラクティブに選択することもできます（PCBパネルでネット名をクリックするときにCtrlキーを押し続けます）。

ネットの閲覧

PCBパネルのNetsモードでは、その3つの主要な領域が現在のPCBデザインのネット階層を反映するように変わります（上から順に）：

• Net Classes、基板によって定義されます。

• クラス内の個々のメンバーNets。

• ネット内の個々のPrimitives（パッド、ビア、トラック、フィル）。

ネットクラス

パネルの上部領域（Net Classes）で、ネットまたはネット項目エントリを右クリックし、その後のメニューからプロパティを選択するか（またはエントリを直接ダブルクリックすることで）、クラスのネットメンバーシップを表示または編集し、名前を変更するか、追加のクラスを追加できるEdit Net Classダイアログにアクセスします。

ネット

パネルの中央領域には、上部の領域で選択されたネットクラスからのネットが表示されます。

以下の情報がデフォルトで各ネットにリストされます：

• - この機能には2つの機能があります：

  • 背景色 - ネットに割り当てられた色。この色は常にネットの接続線に適用されます。ネットカラー表示オーバーライド機能を使用して、そのネットの配線にも適用できます。このネットの色を編集するにはダブルクリック、現在選択されているすべてのネットの色を編集するには右クリックします。

  • チェックボックス - このネットの配線に色を適用するにはこれをチェックします（ネットカラー表示オーバーライド機能を有効にします）。現在選択されているすべてのネットの表示オーバーライド機能を有効（または無効）にするには右クリックします。設計スペースでネットカラー表示オーバーライドを有効/無効にするにはF5を押します。

    ► ネットカラーオーバーライド - 配線されたネット上でのネットカラーの表示で詳細を確認してください。

   

• Name - ネットの名前。

• Node Count - このネットにあるパッドの総数。

• Routed Length - 配線を形成する配置されたトラックとアークセグメントの長さの合計、プラスビアを通じて移動した垂直距離（下記参照）。配線長計算機は、重なるトラックセグメントやパッド内の配線の迂回を解決しようとはしません。

• Signal Length - ノード間の総距離を正確に計算します。配置されたオブジェクトは、重なっているまたは重複しているオブジェクトとパッド内の迂回パスを解決するために分析され、ビアの長さも含まれます。ネットが完全に配線されていない場合は、接続線のマンハッタン（X + Y）長も含まれます。

信号長の計算に関する次の注意点があります：

• パッド内の重複やウィグルを解決します。

• トラックやアーク以外のオブジェクト（例えば、領域や塗りつぶし）で作成された配線パスを処理します。

• ビアを通る垂直距離を含みます（下記の注を参照）。

• このネットのTotal Pin/Package Lengthを含みます。

• このネットの Un-Routed (Manhattan) Lengthを含みます。

• 適用可能な長さ/マッチング長の設計ルールに準拠していない場合、信号長が色付きの背景に表示されて違反が示されます：短すぎる信号長は黄色、長すぎる信号長は赤で表示されます。

  ► 長さとマッチング長の設計ルールがどのように適用されるかについては、長さ調整を参照してください。

• 信号はポイントツーポイントのエンティティであるため、2つのノードを持つネットのみがネットモードのパネルで信号長を表示します（他のノード数を持つネットはn/aと表示されます）。2つ以上のノードを持つネットの場合、xSignalsを定義してその信号長を計算します。

  ► PCB - xSignalsを参照してください。

  ► xSignalsについてもっと学ぶには、xSignalsを使用した高速信号パスの定義を参照してください。

• Total Pin/Package Length - そのネットのすべてのパッドのピンパッケージ長の値の合計。この値はPCBパッドのプロパティとして定義され、回路図のピンでも指定できます。

•  Un-Routed (Manhattan) Length - すべての未配線セクションの垂直プラス水平（X+Y）距離。

その領域で右クリックし、Columnsサブメニューを使用して、以下の列を追加します：

• Min/Max - 適用される長さおよびマッチング長さの設計ルールからの設定。適用されるルールが定義されていない場合、内部デフォルトのMin=0milおよびMax=99999milが使用されます。

  ► 最小および最大の設定が長さおよびマッチング長さの設計ルールからどのように導出されるかについては、長さ調整を参照してください。

• Estimated Length - これはRouted Lengthに加えて、まだ配線されていないセクションの接続線の長さです。未配線部分にはManhattan長を使用せず、代わりに直接の点から点への距離を使用します。

• Delay - そのルートを伝播するのにかかる信号の時間。

プリミティブ

パネルの下部にあるPrimitive領域に各ネット項目タイプが表示/含まれるかどうかは、NetsまたはPrimitive領域からアクセスできる右クリックメニューで各オプションが有効にされているかどうかに依存します。

ネットまたはネット項目エントリを右クリックして、含まれる項目を選択します。

Primitivesリストの右クリックコンテキストメニューには、選択した2つの項目間にxSignalを作成するオプションもあります。詳細については、PCB - xSignalsを参照してください。

接続線の表示管理

関連ページ：色と可視性の制御

接続線は、部品の配置と向きを決める際や配線中のガイドとして非常に役立ちます。しかし、その存在が視覚的な混乱をもたらすこともあります。これを解決するために、PCBエディターには以下に説明する機能が含まれており、設計者が接続線の表示を管理するのに役立ちます。

部品移動中の接続線の表示

視覚的な混乱を減らすために、部品を移動するときには、その部品に接続されている接続線を除いて、すべての接続線が非表示になります。Nキーを押すと、ネットライン接続モードを切り替えることができます。以下のモードがサポートされています：

• パッド間 - 移動中、移動しているコンポーネントのパッドとボード上の同じネットの最も近いパッドとの間に接続線が表示されます。
• ブレーク - 移動中、移動しているコンポーネントのパッドとボード上の同じネットのトラックブレークとの間に接続線が表示されます。
• 非表示 - 接続線が非表示になります。

現在のネットライン接続モードはStatus BarとHeads Up Display（Shift+Hでオン/オフ切り替え）に表示されます。

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、すべての接続線は、View ConfigurationのSystem ColorsセクションのConnection Linesタブ内で定義されているデフォルトの接続線色に割り当てられます（L ショートカット）。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、保存して再適用することができます（View ConfigurationパネルのView Optionsタブ）。

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、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、選択したネットを右クリックしてChange Net 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割り当てるだけでなく、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。接続線があるレイヤーのオブジェクトから別のレイヤーのオブジェクトに移動する場合、接続は最初のオブジェクトのレイヤーの色で始まり、そのレイヤーのオブジェクトに近づくにつれて、終了するレイヤーの色に変化します（下の画像に示されています）。

この機能は、マルチレイヤーボードを配線する際に役立ちます。これは、配線されている接続が到達しなければならないターゲット層を示します。色の変化は、一層から別の層へ移動する接続にのみ適用され、接続が同じ層で始まり終わる場合は、割り当てられたネットカラーを保持します。

レイヤーカラー機能を使用するには、以下に示すようにView ConfigurationsパネルのView OptionsタブでUse Layer Colors for Connection Drawingオプションを有効にします。

接続線は、開始層と終了層の色を使用して表示することができます。右の画像では、接続線がどのように表示されるかを示すために、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

多層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。これを支援するために、有効なレイヤーからシングルレイヤーモードへと、Shift+S ショートカットを押すことで簡単にレイヤー表示を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 パネルの View Options タブで 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。利用可能なコマンドを使用して：

• 設計のすべての接続線を表示または非表示にします。
• 選択したネットに関連するすべての接続線を表示または非表示にします。
• 選択したコンポーネントに関連するすべてのネットの接続線を表示または非表示にします。

ネットトポロジー

ネット内のノードが互いに接続されるパターンや順序をネットトポロジーと呼びます。ネットトポロジーは、適用される配線トポロジー設計ルールによって制御され、デフォルトではトポロジーは最短に設定されています。最短とは、そのネットにおいてノードが互いに最短の全体接続長を与えるパターンで接続されることを意味します。この全体の長さは、コンポーネントを移動するときに監視され、接続線のパターンは全体の長さを最短に保つために動的に変化します。これは、上に示されたアニメーションで観察できます。ここでは、移動中のコンポーネントの下部から下向きに接続される線が、コンポーネントが移動されるときに跳ねるのが見られます - これは、接続されたパッドの1つがそのネット内の別のパッドに近づくたびに発生します。

定義済みトポロジーを配線トポロジー設計ルールを使用して適用する

追加の配線トポロジー設計ルールを作成して、ネット（またはネットクラス）に異なるトポロジーを使用させることができます。これを示すために、以下に示されている画像では、左側にデフォルトのトポロジールールが表示され、その同じネットに新しい配線トポロジーであるスターバーストが適用されたものが右側に表示されています。スターバーストトポロジーでは、電気タイプがSource（すべてのパッドのデフォルトタイプはロードです）のパッドから接続が放射状に広がります。

デフォルトのトポロジーでは、接続ラインは全体の接続長を最短にするように配置されます。スターバーストトポロジーでは、接続ラインがすべてソースパッドから放射状に配置されます。

カスタムトポロジーの適用

個々のネット内で、2つのノード間の接続はFrom-Toとして参照されます。接続線のパスを個々のピン間レベルで制御するために、ネット内でFrom-Toを手動で定義し、カスタムネットトポロジーを作成することができます。

From-Toは、PCBパネルをFrom-To Editorモードに設定することで定義されます。From-Toを定義するプロセスは、パネル内のNodes on Netを2つ選択し、Add From Toボタンをクリックすることです。From-Toを設計空間で明確に識別するために、実線ではなく点線として表示されます。

2つのパッド間にFrom-Toが定義されており、From-Toラインが点線で表示されていることに注目してください。

PCBパネルのFrom-To Editorモードは3つのセクションに分かれています：

• Nets

• 選択されたネットのNodes

• From-Tos on Net

ネットエントリをクリックすると、そのネット上のすべてのノードがパネルの中央領域に読み込まれます。ネットエントリをダブルクリックすると、ネットのプロパティを編集できるEdit Netダイアログが開きます。これには、ノードのメンバーシップを含むネットのプロパティの編集が含まれます。

From-Toの追加

選択したネット内の2つのノード間にユーザー定義のFrom-Toを追加するには、パネルのNodes on Net領域で2つのノードを選択し、Add From Toボタンをクリックします。

新しく追加されたFrom-Toは、パネルのFrom-To on Net領域にリストされ、設計スペースでは2つのノード間に点線として表示されます。

ネット上に新しいFrom-Toが作成されました。

デザインスペース内のユーザー定義From-To。

From-Toを削除するには、パネルのFrom-To on Net領域でそのエントリを選択し、Removeボタンをクリックします。

事前定義されたトポロジーの選択

ネットのトポロジーとは、ピン間接続の配置またはパターンのことです。デフォルトでは、各ネットのピン間接続は、全体の接続長を最短にするように配置されます。

トポロジーはさまざまな理由でネットに適用されます：高速設計では信号の反射を最小限に抑えるために、ネットはデイジーチェーンのトポロジーで配置されます。グラウンドネットの場合、すべてのトラックが共通点に戻るようにスタートポロジーが適用されることがあります。ネット内のノードペアに専用のFrom-Tosを作成するか、または事前定義された配線トポロジーの1つに基づいてネットのFrom-Tosを生成することを選択できます。

以下のトポロジーが利用可能であり、パネルのFrom-To on Net領域からGenerateボタンをクリックすることでアクセスできます：

• Shortest - このトポロジーは、全体の接続長を最短にするために、ネット内のすべてのノードを接続します。

• Daisy Simple - このトポロジーは、すべてのノードを一つずつ順番に連鎖させます。連鎖される順序は、全体の長さを最短にするために計算されます。ソースと終端パッドが指定されている場合、他のすべてのパッドはそれらの間に最短の長さになるように連鎖されます。複数のソース（または終端）が指定されている場合、それらは各端で一緒に連鎖されます。

  

• Daisy Balanced - このトポロジーは、すべての負荷を等しいチェーンに分割し、チェーンの総数を終端の数に等しくします。これらのチェーンは、星形パターンでソースに接続します。複数のソースノードは一緒に連鎖されます。

  

• Daisy Mid-Driven - このトポロジーは、ソースノードをデイジーチェーンの中央に配置し、負荷を均等に分割してソースの両側に連鎖させます。両端には終端が1つずつ必要です。複数のソースノードは中央で一緒に連鎖されます。正確に2つの終端がない場合は、デイジーシンプルトポロジーが使用されます。

  

• Starburst - このトポロジーは、各ノードを直接ソースノードに接続します。終端が存在する場合、それらは各負荷ノードの後に接続されます。複数のソースノードは、デイジーバランスのトポロジーと同様に、一緒に連鎖されます。

パッドは、Electrical TypeフィールドのエントリをPropertiesパネルのPadモードでそれぞれソース、ターミネータ、またはロードとして変更することによって定義できます。プロパティパネルのPadモードへのアクセスは、Nodes on Net領域でパッドのエントリをダブルクリックすることによって行われます。

PropertiesパネルのPadモードでパッドのElectrical Typeをソースに設定する。

パッドの電気タイプをソースまたはターミネータに変更すると、それを区別するために設計スペースに「[S]」または「[T]」が表示されます。

メモ

• システム生成の接続線は、設計空間に別のエンティティとして表示されません。対話型配線/オート配線のガイダンスに使用される、From-Toのピン間接続線のみが表示されます。

• ユーザー定義のFrom-Toは、設計空間に点線として表示され、追加されたときに表示されるピン間接続線とは別個で独立しています。ユーザー定義のFrom-To線は、関連するピン間接続線が開始および終了する場所を制御します。これは例によって最もよく示されます。2つのコンポーネントの論理的に接続されたピンの間にユーザー定義のFrom-Toが追加されたと考えてください。接続線も追加され、表示されます（PCBパネルはNetsモードで構成されます）：

  

• 配線目的で使用されるピン間接続線は、明確に分離されたユーザー定義のFrom-To線の存在を隠します。しかし、接続を配線し始めると、2つの線の明確で分離された性質が見えてきます：

  

• 今、配線が中断されると、ネットアナライザーは必要なトポロジーを維持するために接続線を追加します。これは点線（破損したネットマーカーと呼ばれる）として表示され、ユーザーがユーザー定義のFromToの追加を通じて決定したトポロジーを維持するために、これら2点間でネットを配線する必要があることを示します：

  

• ネットの一部にのみユーザー定義のFrom-Tosを指定すると、PCBエディターは残りのピン間接続（システム生成のFrom-Tos）を最短トポロジーに設定します。

• From-Toのタイプによって、例えばネットオブジェクトが移動されたりネットの一部が手動で配線されたりしたときに、接続線が設計空間でどのように扱われるかが決まります：

  • システム生成のFrom-To - 接続線は、ネットのデフォルトトポロジー（つまり、最短）を保持するためのネットアナライザーの再最適化の一部として必要に応じて移動できます。
  • ユーザー定義のFrom-To - From-Toが事前定義されたトポロジーの選択の結果でない場合、接続線はネットアナライザーの再最適化プロセスの一部として考慮されません。From-Toが（最短以外の）事前定義されたネットトポロジーの一部である場合、選択されたトポロジーが保持される限り、ネットアナライザーはそれを再最適化に含めることができます。