配線長チューニング

Created: 3月 10, 2020 | Updated: 7月 01, 2024 | Applies to versions: 1.0, 1.1, 2.0 and 2.1

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高速設計の配線に関する2つの重要な課題は、配線のインピーダンスをコントロールすることと、重要なネットの配線長を一致させることです。インピーダンスをコントロールする配線により、出力ピンを離れる信号がターゲットの入力ピンで正しく受信できます。配線長を一致させることで、タイミングが重要な信号がターゲットピンへ同時に到達できます。配線長のチューニングや一致は、差動ペア配線の重要な要素でもあります。

Interactive Length Tuning や Interactive Differential Pair Length Tuning コマンド (Route メニューから実行) により、設計で利用できるスペース、ルール、障害に応じて可変振幅波形パターン (アコーディオン) を挿入できるようにして、ネット、または差動ペアの配線長を最適化、コントロールできます。

アコーディオンパターンの配線に注意してください。これらは、ネットの配線長を一致させるために追加されています。

配線長チューニングのプロパティは、デザインルール、ネットのプロパティ、指定する値に基づきます。これらの波形パターン (アコーディオンとも呼ばれます) のコントロールは、Interactive Length Tuning モードの Properties パネルで行います (配線長チューニング中に TAB を押して、このモードのパネルを表示できます)。

ネットの配線長をチューニング

配線長チューニング機能は、洗練されたソフトウェアアルゴリズムと直観的なユーザコントロールを組み合わせて簡潔になっています。配線長チューニングセグメントは、配線長チューニングのアルゴリズムによって自動で計算されたトラックやアークの寸法や位置を使用して、配線経路に沿ってカーソルを移動するだけで追加されます。キーボードショートカットを使用すると、追加するチューニングセグメントの形状やプロパティをコントロールできます。

Route メニューから Interactive Length Tuning コマンドを実行すると、配線を選択するように促されます。ネット、または差動ペアをクリックした後、配線経路に沿ってカーソルを移動します。進路を離れても心配する必要はありません。カーソルをその進路に戻すとすぐに、アルゴリズムは、その箇所までチューニングセグメントを追加します。

配線経路に沿ってカーソルを移動すると、チューニングセグメントは自動で追加されます。

カーソルがチューニングアコーディオンの外側へ移動した場合、アコーディオン形状は消えます - カーソルをアコーディオン形状内に戻すように移動すると、再度、表示されます。

チューニング形状とサイズのコントロール

配線長チューニングツールを習得するには、2つの重要な要素があります: ショートカットを知っていて、ネット配線長ゲージの見方を知っていること。

配線長チューニング中に利用できるショートカットは、以下です:

ショートカット	機能
スペースバー	3 つのチューニング形状を切り換えます
, (コンマ)	Amplitude Increment で指定した量だけ振幅を減らします
. (終止符)	Amplitude Increment で指定した量だけ振幅を増やします
3	Gap Increment で指定した量だけピッチを減らします
4	Gap Increment で指定した量だけピッチを増やします
1	コーナー miter を減らします
2	コーナー miter を増やします
Y	開始方向を切り換えます
Tab	Interactive Length Tuning モードの Properties パネルを開きます
Shift+G	配線長チューニングゲージのオン/オフを切り換えます

ショートカットを思い出せない場合でも、心配しないでください。実際に覚えておく必要があるのは、1 つのショートカット Shift+F1 のみです。これは、ショートカットのためのショートカットです - インタラクティブコマンド中に使用し、そのコマンドに関するショートカットのリストを表示できます。

チューニングアコーディオンを配置する時、ショートカットキーを使用してその形状や振幅をコントロールできます。

目標配線長のコントロール

目標配線長を指定するには、3 つの方法があります:

手動で定義
既に配線されているネットに基づく
デザインルールで定義

これらの方法のどれを使用するか選択するには、配線長チューニング中に Tab を押して、Interactive Length Tuning モードの Properties パネルを表示します。パネル下部の項目に、チューニングパターンの形状や範囲を定義するオプションがあります。上記のショートカットを使用して、インタラクティブにコントロールすることもできます。パネルの Target Length の項目には、3 つの目標配線長モードから選択するオプションがあります。

Manual - Target Length 欄に配線長を入力します。再度、使用する場合に備えて、最近、使用した配線長は維持されます。
From Net - デザイン内のネットからネットを選択します。このネットの配線長が目標になりますが、デザインルールで制限されている場合、それが優先されます - ルールを適用する方法は、以下で説明します。
From Rules - 定義した Length、または Matched Length デザインルールから選択します。これらのルールの最も厳しい組み合わせに従います。パネルのリストにあるルールをダブルクリックして、その詳細を確認できます。

配線長チューニング中に Tab を押して、Interactive Length Tuning モードのパネルを表示します。
そこで、目標配線長モードを選択して、アコーディオンパラメータを調整できます。

デザインルールの設定

配線長チューニング中に従う 2 つのデザインルールがあります。これらは、Matched Length ルールと Length ルールで、PCB Rules and Constraints Editor の High Speed カテゴリにあります。

これらのルールは、デザインで最も重要になる場合があります。これは、潜在的な問題がスキュー (異なる時間に到達する信号 - Matched Length ルールを考えます) 、または全体的な信号遅延 (Length ルールを考えます) に関するかどうかに依存します。

Matched Length デザインルール

Matched Length デザインルールは、目標のネットを、指定した許容範囲内で同じ配線長で配線するよう指定します。目標となるネットは、ルールスコープ、またはクエリで定義します。配線長チューニング機能は、目標のネットの最も長いネットを見つけて、MinLimit = LongestNet - Tolerance から MaxLimit = LongestNet までの有効な範囲となるよう動作します。

Length デザインルール

Length ルールは、Matched Length ルールを補完するもので、ネットの全体の配線長を指定します。目標のネットは、指定した最小から最大までの範囲内の配線長である必要があります。

ルールを適用する方法

適用できる Length ルールや Matched Length ルールがある場合、配線長チューニング機能は、これらの両方のルールを考慮して最も厳しい制約で働きます。そのため、Length ルールで指定した最大配線長が、Match Length ルールで目標にした最も長い配線長より短くなる場合、Length ルールが優先され、その長さがチューニング中に使用されます。

有効な範囲 と 目標配線長 は、以下のように決められます:

Matched Net Length MinLimit = LongestNet - RuleTolerance

Matched Net Length MaxLimit = LongestNet

ValidRange = Highest MinLimit to Lowest MaxLimit (Length と Matched Length ルールの最も厳しい組み合わせ)

TargetLength = Lowest MaxLimit

Length ルールで指定した最大配線長が、Matched Length ルールで識別された既存の最も長い配線長より短い場合、Length ルールが優先され、その短い配線長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 Min Limit と Max Limit が表示されます。これらを使用して、目標配線長が期待通りであることを確認できます。

上図で、目標配線長はルールで定義されています。最も厳しい値が、Matched Net Length ルールから取得されていることに注意してください。Max Limit の値は、目標ネットの最も長い配線長が 53.479mm であることを示します (これは、Length ルールで許可された最大配線長より短い)。この例では、配線長の最も厳しい許容差は、Matched Length ルールで定義した許容差です (1mm)。そのため、これは、ValidRange の計算に使用されます。目標配線長は、常に、より厳しい最大配線長となります。

Interactive Tuning Length モードのパネルでは、調整するネットを対象にするすべてのデザインルールが表示されます。そして、最も高い優先度のルールが選択され、ハイライト表示されます。必要に応じて、Tab を押してインタラクティブチューニングを一時停止し、このチューニングで使用する別のルールを指定できます。

Matched Length ルールは、対象のネットの最も長い配線を参照配線長として使用するので、Matched Length ルールで識別された既存の配線長と、Length デザインルールで指定した最大配線長との間で重複することはありません。例えば、既存の配線長は、Length デザインルールで許可された最大配線長より長い場合があります。この状況では、配線長を調整しようとすると、Target Length shorter than old Length のメッセージが表示されます。

ネット配線長ゲージの使用

Length ルールと/または Matched Length ルールを定義している場合、インタラクティブ配線中、または配線長チューニング中に配線長チューニングゲージを表示して配線長を監視できます。配線中、Shift+G のショートカットを使用してゲージのオン/オフを切り換えできます。

ゲージは、現在の Routed Length (配線済み配線長) を数字で示し、緑のスライダーは、Estimated Length (推定した配線長) を示します。ゲージを一見すると、Routed Length がルールの最小値に達していないことに混乱するかもしれませんが、緑のスライダーは、ルールの最小と最大の間のどこかにあります (下図のように)。それは、緑のスライダーが Estimated Length を示すためで、以下の通りです。

Estimated Length = Routed Length + distance to target

Routed Length = 配置されたトラックセグメントの配線長の合計。

Estimated Length = 現在の Routed Length + 現在の位置から目標のパッドまでの距離 (残りのコネクションラインの配線長)。

Signal Length = 現在の Routed Length + 現在の位置から目標パッドまでのマンハッタン (X + Y) 距離。

Length デザインルールとして表示されたゲージは、インタラクティブ配線中に順守されます - 現在の Routed length を数字で示し、緑のスライダーは、現在の Estimated Length を示します。

ゲージは、以下のように機能します:

ゲージの外形を定義する長方形のボックス。
許可された最小、最大配線長を示す 2 つの黄色い縦のバー。最小と最大は、上記のようにデザインルールで定義した最も厳しい制約から決まります。
現在の routed length を示す色付きのスライダー。正確な配線長がゲージの上に文字で表示されます (例の画像では、53mm)。現在の配線長が範囲外から移動すると、スライダーは赤から緑へ変わり、最小と最大配線長の範囲内になります。
ゲージの長方形は、可能な配線長の範囲を示します。上限と下限の意味は、選択した目標配線長モードに依存します。
- 適用できる Length ルールがあり、モードが Manual、または From Net の場合、スライダーボックスの下限はルールから取得され、上限はユーザが定義します。
- 適用できる Length ルールがあり、モードが From Rules の場合、スライダーボックスの上限と下限はルールから取得されます。
- target length モードが Manual、または From Net で、適用できる Length ルールが無い場合、スライダーボックスの下限は現在のネットの配線長になり、上限は指定した最大配線長になります。

配線長ゲージの例

ゲージ設定は、ルールで定義した最も厳しい制約から計算されます。

ゲージの最小 (ゲージの左端) は、50 (Length ルールの最小限度) です
ゲージの最大 (ゲージの右端) は、60 (Length ルールの最大限度) です
左の黄色のバーは、52.071 (Matched Net Lengthの最小限度) です
右の黄色のバーは、55.071 (Matched Net Lengthの最大限度) です
目標配線長は、55.071 (セット内で最も長い配線長) です

配置したチューニングアコーディオンに満足できない場合、Undoを使用、またはアコーディオンをクリックしてセレクトしてから Delete を押します。削除したアコーディオンは、トラックセグメントに変更されます。この結果、複数の同一線上にトラックセグメントが現れる可能性があります。これらのセグメントを 1 つのセグメントにするには、いずれかのセグメントを数秒クリックしたままにします - これにより、ネットアナライザーがそのネット上で実行され、同一線上にあるセグメントが 1 つのセグメントになります。

アコーディオンのサイズや形状によっては、アコーディオンを配置して配線長が常に、最小と最大の範囲内に収まるとは限りません。これは、通常、上記のショートカットを使用して、振幅、またはピッチをわずかに調整して解決できます。この状況は、Rounded モードを使用している場合に最も一般的です (アコーディオン形状が 2 つのアークから作成されるため)。また、Mitered Arcs モードは、コーナーの miter 値を増やすことで (チューニング中に、2 のショートカットを押します)、端が曲線のアコーディオンを作成できます。

アコーディオン形状のチューニングセグメントを使用する上で欠点はありますか? 隣接するアコーディオン部分が長すぎて互いに近すぎる場合、クロストーク結合により信号が歪む可能性があります。詳細については、業界の専門家である Howard Johnson 博士による Serpentine (アコーディオン) Delays に関するアーティクルをご覧ください http://www.signalintegrity.com/Pubs/edn/serpentine.htm。

PCB パネルの使用

PCB パネルで Nets モードに設定した時、配線済み信号の現在の配線長が表示されます。パネルのデフォルトモードでは、Name、Node Count、Routed length、Un-Routed (Manhattan) length が表示されます。列の項目を右クリックするとメニューが表示され、追加する列を選択したり、既存の列を非表示にできます。

Length デザインルールを設定している場合、ルールの対象となる各ネットの配線状態は色分けされ、route length < rule minimum の場合、黄色で、ネットがルールに適合した 場合、透明で、route length > rule maximum の場合、赤色でハイライト表示されます。

3 つのネットが、Length デザインルールに適合しない (2 つは短く、1 つは長すぎる)。

差動ペアの配線長チューニング

差動ペアの配線長は、Interactive Differential Pair Length Tuning コマンド (Route メニュー) を使用して、他の差動ペアの配線長に対して調整できます。差動ペア配線と同様に、このコマンドは、ペアの 2 つのネットで同時に動作します。

差動ペアのチューニングには、対象の差動ペアをスコープに設定した Length、または Matched Length デザインルールが必要です。これは、Differential Pair クエリキーワード - InAnyDifferentialPair、InDifferentialPair、InDifferentialPairClass、IsDifferentialPair のいずれかを使用して設定できます。

差動ペアの配線長を調整したい場合、matched length ルールを作成して、ペア間の配線長を一致させる要件を定義します (Group Matched Lengths オプションを有効にします)。2番目に、優先度が高い matched length ルールを作成して、ペア内の配線長を一致させる要件を定義します (Within Differential Pair Length オプションを有効にします)。

差動ペアの配線長を調整する適切な方法は、以下です:

ペアを配線
Interactive Differential Pair Length Tuning コマンドを使用して、ペア間の配線長を調整
Interactive Length Tuning コマンドを使用して、各ペア内の短いネットの配線長を調整

ネット配線長ではなく、信号配線長を調整

重要なネットにシリーズコンポーネントが含まれている場合、ネットで作業するのではなく、xSignals を定義して、これを配線長チューニングに使用するデザインルールのスコープに使用できます。詳細については、Defining High Speed Signal Paths with xSignals のアーティクルを参照してください。

既存のアコーディオン形状を変更

Interactive Length Tuning コマンドで配置したアコーディオンは、smart unionです。これは、アコーディオンを1つのオブジェクトとして選択、変更、削除できることを意味します。

Interactive Diff Pair Length Tuning コマンドで配置したアコーディオンは、個別のオブジェクトの集まりです。そのため、配置後は操作できません。これらは、再配線することで容易に削除できます。詳細は、Differential Pair Routing のアーティクルを参照してください。

既存のアコーディオン部分を変更するには、以下の動画で示すように、クリックして選択し、編集ハンドルを表示します。端、または頂点をクリックしてドラッグし、アコーディオンの境界領域のサイズを変更できます — アコーディオン部分のサイズは、境界領域の形状に合わせて自動で変更されます。

アコーディオン境界ボックスのサイズを変更し、必要なアコーディオン形状を作成できます。

ピッチやコーナー miter のショートカットは、再形成中に使用できます。
Properties パネルも使用でき (アコーディオンを選択した時、Accordion モードで表示されます)、コントロールを使用してアコーディオン部分の形状を変更できます。

アコーディオンをプリミティブへ変換

結合されている配線長チューニングアコーディオンは、プリミティブのトラックや/または、アークセグメントで構成されたグループオブジェクトです。コンポーネント、座標、寸法線、ポリゴンのような他のグループオブジェクトと同様に、配線長チューニングアコーディオンオブジェクトは、'分解' できます。言い換えると、フリープリミティブへ変換し、個別に変更できます。これを行うには、Explode Length Tuning コマンド (Tools » Convert サブメニュー、または右クリックし、Unions サブメニューから利用できます) を使用します。