Altium Designerで回路図からPCBレイアウトを作成する方法

 

いつものとおり、回路図の作成というお決まりのすばらしい仕事が完了しました。回路図が定義されたので、PCBレイアウトの作業に移ることができます。ただし今回は少し状況が異なります。標準的なレイアウトリソースが入手できないかもしれません。あるいは、初めてのレイアウトなのでご自身で作業してみたいとお考えかもしれません。理由はどうであれ、PCB設計の基板側の作業を始める準備が整いましたが、次の手順がよくわかりません。

幸い、Altium Designerを使った次の手順は簡単です。例として非常に単純な回路図を使用して、新しいPCB設計と同期するために行うべき作業を確認しましょう。この単純で小規模な設計は、読者の皆様が作業しているような回路図ではありませんが、データ転送の基本は同じです。回路図からのPCBレイアウトの作成は、難しい作業である必要はありません。コーヒーカップか何かを手に取るように行いましょう。
 

PCBレイアウトエディタに期待できるもの

基板。回路図。より多くの基板。あらゆる場所のトレースと空飛ぶサル。たぶん1つだけ違うものが混じっていますね。実際は、PCBレイアウトに進むときに主に期待することは、コンポーネントおよびコンポーネントの配置、銅箔配置のためのトレースや配線にアクセスできることです。これらの初期要件が合致すると、プリント回路ビューおよびPCBフットプリント、ガーバーファイル、3Dモデリングのようなファイル出力にアクセスできます。

理想的な設定では、PCBレイアウトは回路設計ツールによる作成物を取り込み、簡単に回路図に変換できます。そして、コンポーネント、銅箔の設定、ECAD/MCAD設計チームの関与、購入要件などに対処し、できるだけ円滑に設計を製造に引き継げるようPCB設計ファイルを最適化することができます。ありがたいことに、Altium Designerでは少なくともこれが可能です。 
 

設計を同期する準備

最初に、回路図の最終チェックを行います。ここで、PCBの設計を開始してレイアウトに着手する段階にあることを確認します。これはもちろん、PCB設計が終わったことを示しているわけではありません。製造段階に進めるようになる前に、ほぼ間違いなく多くの変更が加えられるでしょう。ただし、レイアウトで予想外のことが起きないことを確認する必要があります。使われていないコピーから複製された回路、削除されているべき部品などがないかどうかをよく確認してください。

それでは、Altium Designerの回路図エディタのチェックプロセスを使って、回路図に問題がないことを確認しましょう。そのためには、回路図をコンパイルする必要があります。コンポーネントとネットの間の接続マッピングなど、設計内部の詳細が全て生成されます。設計がコンパイルされている間、多数のさまざまなチェックが実行され、デザインルールに対して回路図が検証されます。したがってコンパイルの前に、プルダウンメニューコマンドの [Project] ≫ [Project Options] からそれらのルールの設定を確認しておきましょう。

 

Altium Designerのプロジェクトオプションの設定

 

上図は、オプションダイアログボックスの最初の4つのタブを合成したものです。最初のタブでは、表示するエラーとレポート方法をコントロールできます。2つ目では、どのピンタイプ間で相互接続を可能にするかをコントロールできます。3つ目は、ネットおよびコンポーネントのクラスの構成に使用できます。4つ目の図は、比較機能（Comparator）の設定を表示するタブです。

この機能は、回路図とレイアウトの相違点のレポート方法をコントロールします。PCBに後からデザインルールを追加するような場合に重要になりますが、多くの場合、ここで多数の変更を行う必要はありません。この機能の設定の詳細については、Altium Designerのドキュメントを参照してください。

回路図のコンパイルができるようになりました。[Project] ≫ [Compile PCB Project…] プルダウンメニューに移動して、コンパイラを呼び出します。設計にエラーがない場合、回路図設計セッションでメッセージは何も表示されません。

エラーがどのように表示されるかを示すため、下図のR1をQ1に接続するネットの一部を削除して、コンパイラを実行します。Altium Designerは、下図のように、ネット「NetC1_1」にピンが1本しかないことをレポートしました。ネットを再度接続してコンパイラを実行すると、当然エラーはレポートされません。

 

コンパイラによる設計エラーのレポート

 

回路図からレイアウトへの設計データの転送

回路図データをPCBに転送する準備が整いましたが、まず、転送すべきPCBも必要です。下図のように、プロジェクトを右クリックし、[Add New to Project] ≫ [PCB] を選択します。これにより、プロジェクトツリーにPCBオブジェクトが1つ作成されます。作成されたら、それを右クリックして新しい名前で保存します。この例では、回路図オブジェクトと同じ名前で保存しました。

 

Altium Designerのプロジェクトへの新しいPCBオブジェクトの追加

 

作成されたPCBオブジェクトについて、設計者が希望する方法でレイアウト作業を開始できるよう、設定を行う必要があります。最初に、必要なグリッドをセットアップし、レイアウトの原点を設定します。[View] ≫ [Grids] プルダウンメニューおよび [Edit] ≫ [Origin] プルダウンメニューに、この設定を行うメニューコマンドがあります。また、必要なサイズおよび形状になるよう、基板外形を編集または再作成する必要もあります。これを行うには、まず、[View] プルダウンメニューで基板の表示を2Dから基板プランニングモードに変更します。続いて、[Design] プルダウンメニューの [Use the appropriate editing] コマンドを使用します。

この時点で、設計データを回路図からPCBに転送する準備が整いました。PCBエディタで [Design] ≫ [Import Changes From…] プルダウンメニューコマンドに移動します。下図にように、[Engineering Change Order] ダイアログボックスがポップアップします。

 

Altium Designerの [Engineering Change Order] ダイアログボックス

 

最初に、ダイアログボックスの左下の [Validate Changes] ボタンをクリックします。回路図データとPCBの同期によって現時点での変更点の検証が完了すると、ダイアログボックスの右側の [Check] 列に緑色のチェックマークが表示されます。これは、その項目および回路図記号の検証結果に問題がなかったことを示します。設計を完全に同期させるには、検証に通らなかった項目を入念に調べて修正する必要があります。

次に [Execute Changes] ボタンをクリックします。Altium Designerはただちに変更を実行します。変更の進捗は [Engineering Change Order] ダイアログボックスで監視できます。完了すると、下図のように、全ての行項目の [Done] 列に緑色のチェックマークが表示されます。

 

変更の検証と実行後の [Engineering Change Order] ダイアログボックス

 

おめでとうございます。設計データが無事に回路図から基板に転送されました。[Engineering Change Order] ダイアログボックスを閉じてください。下図にように基板外形の横にコンポーネントが配置されます。

 

回路図のデータは問題なくレイアウトに転送され、部品配置の準備ができました

 

Altium Designerの回路図からPCBを作成した後に行うこと

レイアウト作業を進める前にいくつか行うべき作業があります。コンポーネントおよびデジグネータの検討、コンポーネントに関する必要な情報の収集、サプライヤーへの確認などが必要です。また、基板レイヤの物理的スタックアップ、それらのレイヤの表示、デザインルールに対してPCBを構成する必要があります。

 

Altium Designerのレイヤ構成マネージャー

 

上図は、Altium Designerのレイヤ構成マネージャーです。このコマンドは [Design] プルダウンメニューからアクセスできます。これにより、PCBのスタックアップで物理層の追加、コピー、削除、移動などを行うことができます。信号配線やパワープレーンのためのレイヤ、基板の絶縁体レイヤなどを追加できます。また、レイヤ構成マネージャーは、インピーダンス計算機能も提供します。

デザインルールを設定するには、[Design] プルダウンメニューの [PCB Rules and Constraints Editor] を使用します。最後に、[View Configuration] パネルを使用してPCBのレイヤおよびオブジェクトの表示を構成する必要があります。以下は、[View Configuration] パネルの [Layers & Colors] タブの例です。

 

Altium Designerの [View Configuration] パネル

 

この時点で、回路図データはレイアウトに転送され、PCBにコンポーネントを配置できるようになります。いよいよ回路基板を完成できます。トレースの配置と配線、コンポーネントの配置、銅箔の半田付け、設計の製造が可能です。さらには、最終日を待たずにコーヒーを飲めるかもしれません。これこそ待望のPCB設計ライフです。

Altium Designerは、統合設計環境の手法に基づいて構築されたPCB設計ソフトウェアです。統合設計環境により、上記のように、回路図からレイアウトにデータを容易に転送できます。設計作業をより簡単にし、生産性を向上させるサイドバイサイドのツール構成で、異なるフェーズ間の設計データのやりとりを可能にしています。このPCB設計ソフトウェアの開発に30年以上携わってきた経験から、ユーザの皆様がエラーなく動作する基板を作成できることを確信しています。

回路図からレイアウトへの設計データの転送は、Altium Designerが提供する数あるメリットのほんの始まりです。PCB設計でまだAltium Designerを使っていない方は、アルティウムのエキスパートに詳細をお問い合わせください。