●高性能な PCB エディタに多くの関連ツールを統合

ルールドリブン設計プロセスを実現するAltium Designer のPCBツール

Altium Designer のPCBレイアウトツールは、ハイエンドのシステムに勝るとも劣らない多彩な編集機能を備えています。そしてこれらの機能を用いた設計プロセス全般がデザインルールによって精密に監視されます。全ての設計作業があらかじめ規定されたデザインルールに沿って行われることから、これをルールドリブン・デザインプロセスと読んでいます。このデザインルールシステムには、カテゴリごとに分類された豊富なパラメータが備えられており、設計意図や、製造上の制約を緻密に規定することができます。またこの Altium Designer PCB ツールでは回路図からPCB設計のためのデザインルールを受け取ることができます。この機能により回路図上に、正しく動作させるための条件を即座にデザインルールとして規定することができます。

Altium Designer のルールドリブン・デザイン環境では、Routing、High Speed、Manufacturingなどの10のカテゴリで、49に分けられたルールクラスからデザインルールを定義することが可能です。 さらにルールを適用したいオブジェクトに対し、クエリを使って精密に定義することができます。Altium Designer では、設計作業中にオブジェクト間のクリアランスやトラック幅などのルールを監視し、ルール違反の発生を未然に防ぎます。

Altium Designer では、伝送線路シミュレータがデザインルールシステム内に統合されているため、通常のDRCプロセスを用いて高速信号の劣化をチェックできます。信号の劣化が規定値を超えた場合には、ターミネーション アドバイザを用いて、最適なターミネーションの方法とその効果を調べることができます。

Altium Designer の先進機能nの一つとして、PCBとFPGAプロジェクト間での自動ピンシンクロ機能があります。手作業では間違いを起こしやすいPCBとFPGAプロジェクト間のFPGAのピン情報のバックアノテーションは、　Altium Designer  のシステム内で自動で行われます。また、ピンスワップ機能により基板上のFPGAに対して配線の最適化を自動で行うことができます。

このように　Altium Designer のPCB エディタにはには、回路設計者とプリント基板設計のいずれにも、有用な多くの機能が含まれています。

Altium Designer PCBレイアウトツールの特徴

ルールドリブンによるデザインルールの監視

Altium Designer のPCBツールではあらかじめ規定されたルールの監視下で設計を行う、ルールドリブン・デザイプロセスにより精密なオンライン・ルールチェックが可能です。

マニュアル編集機能

部品配置と配線等のマニュアル編集を効率的に行うために、豊富なコマンドが用意されています。これらの編集機能はデザインルールの監視下で機能するため、不注意によるエラーが回避できます。また、配線の押し退け機能などインテリジェントな機能にバックアップされており、マニュアル編集の多くが半自動化されています。

回路図エディタとのシンクロナイズ

簡単なコマンド操作で、PCB上での変更点を回路図上に反映することができます。バイパスキャパシタを追加する場合などに便利です。またクロスプロービング機能により、回路図との照合を容易に行うことができます。

伝送線路シミュレータ

Altium Designer 伝送線路シミュレータとの連携により配線パターンの高速信号の劣化をチェックすることが可能です。

FPGAのピンスワップ

PCB設計中にFPGAのピンスワップによる、自動/半自動での配線の最適化を行うことができ、さらにその結果を回路図にバックアノテートすることができます。

自動配線機能

マニュアル編集画面から、コマンドひとつで自動配線を起動できます。このため、マニュアル配線の途中で自動配線を起動し、自動で配線した結果が悪ければまたマニュアル配線に戻るといった使い方ができます。特定のエリアネットの指定による半自動配線も可能です。このようなAltium Designer  の半自動機能は、配線作業に時間の短縮にたいへん役立ちます。

既存ファイルの再利用

Altium Designer のPCBツールはPADSやP-CAD、AutoCADなどの、他のCADツールで作成したファイルの読み込み機能を備えており、既存ファイルの再利用が容易です。

ウィザード/Wizard

Altium Designer のPCBツールにはウィザードが豊富に用意されており、PCB設計やツールの機能を熟知していなくても、順に表示されるダイアログボックスの指示に答えるだけで、設定や複雑な作業を完了させることができます。基板外形と設計条件の初期設定を行うBoard Wizard、フットプリントを自動的に作成するCreate New Component Wizard、デザインルールの設定を簡素化するDesign rule Wizardなどが用意されています。プリント基板設計には手間にかかる繰り返し作業が多く、熟練した設計者でもこれらのウィザードの利用によって負担を軽減することができます。

Altium Designer PCBレイアウトツールの製品仕様

● 単位系: Metric(mm) 及びImperial(mil)
● 最大基板サイズ： 100 x 100 インチ
● 最大解像度： 0.001 mil ； 角度 0.001°
● インポート可能なファイルフォーマット：R2013 までのAutoCAD DXF/DWG
● 出力デバイス：ウィンドウズがサポートする全ての出力デバイス
● レポート生成: 基板情報; 部品表
● 配線層 32、内層プレーン 16、マルチレイヤ 1 を含む多数のデザインレイヤ
● メカニカル x 16, ソルダーマスク x 2, ペイストマスク x 2, シルク x 2, ドリル（Drill Guide & Drill Drawing) x 2, キープアウト x 1
● インポート可能なファイルフォーマット： ネットリスト (Protel、Tango)；  すべてのProtel PCB フォーマット；R14までのAutoCAD DXF/DWG；  　 ガーバ – Batchモード、Singleモード； P-CAD PCB ASCII (V15 & V16)；  PADS® PCB ASCII (3.5まで)； Orcad Layout (V7)； Specctra® RTE
● エクスポート可能なファイルフォーマット：AutoCAD DXF/DWG; Specctra DSN; 　 HyperLynx®; Protel ネットリスト； Protel V3バイナリ、V4バイナリ、V5 ASCII
● サポートしている出力デバイス：Windowsが対応しているすべてのプリンタ & プロッタ ドライバ
● レポート作成：Signal Integrity；逆ネットリスト
●  パッド形状： Round（丸）； Rectangular（角）； Octagonal（八角形）
● パッドサイズ： 0.001 ～ 99999 mil
● パッドスタック： Simple（全レイヤ共通）； Top-Mid-Bottom（Top、Bottom、Midレイヤ別に設定）；  　 Full Stack（各レイヤ別に設定）
● ビアスタイル： スルーホール； ブラインド＆ベリード（レイヤペア）； ブラインド＆ベリード（任意のレイヤ）
● トラック幅： 0.001 ～ 99999 mil
● トラック配置モード： フリーアングル； 45°； 円弧付き45°； 90°；円弧付き90°
● インタラクティブ配線モード： Ignore Obstacles； Avoid Obstacles； Push-and-Shove
● ポリゴンプレーンスタイル： 90°塗りつぶし； 45°塗りつぶし； 垂直方向； 水平方向; ソリッド
● プレーンへの接続： 任意のネット単位
● パワープレーン： 全レイヤに任意のネットを割付可能、スプリットプレーンによる複数のネット割付可能 ● 基板の最大コンポーネント数：無制限
● コンポーネントの最大ピン数：無制限
● ライブラリの最大コンポーネント数： 無制限
●  最大ネット数：無制限
● 同時にオープン可能な最大ライブラリ数： 無制限
● 出力生成：Gerber 274X; ODB++; IPC-D356 Netlist; NC Drill (エクセロン バイナリ＆アスキー); 　 テストポイントレポート; コンポーネント位置情報
● 自動／手動 FPGA ピンスワップ

PCB データの 3D 表示、3D-CAD との連携は容易な 3D 表示機能

Altium Designer は以下のような機能を持つ 3D 表示ツールを備えています。

● PCB フットプリントに STEP 3D モデルを割付ることにより PCB フットプリントを 3D 化できる
● 3D 表示に対して、拡大縮小、移動、回転などの表示制御をマウスで簡単に行ううことができる
●  3D 化されたフットプリントにより基板に部品が実装された状態を 3D 表示できる
● 基板の内部や断面を 3D 表示するこができる
● 部品形状を含む基板の 3Dデータを STEP ファイルで 3D メカニカル CAD に渡すことができる

そしてただ表示ささせるだけでは無く、 3D 化されたフットプリントを利用して、クリアランスチェックを行うことができます。また　3D 表示の状態で部品の移動ができますので、立体的な干渉チェックを行いながら部品配置を行うことができます。さらに ズーム、回転などによる 3D 画像の変化を動画に記録する機能も備えています。

3D 画像は、メイン画面とは別に用意された 3D パネルにも表示されます。2D 編集画面での作業中にもここは 3D で表示されますので、3D イメージで干渉等を確認しながら設計を進めることができます。

参考資料

● hMCADオブジェクトとPCBデザインの統合
● STEPのインポート/エクスポート機能でECADをMCADにリンク
● 3D シングルレイヤモード
● PCB 3D ビデオ
● ジェネリック STEP モデルへ 3D 外形を変換 (Altium Labs)

トポロジカル・パスマッピングを用いた Altium Designer のオートルータ

Altium Designer のSitusオートルータは、トポロジカル・パスマッピングとインタラクティブなユーザインタフェースにより、従来のオートルータの持つ多くの課題が解決されています。このため従来オートルータが使えなかった設計対象にも、幅広く応用できるようになりました。

Altium Designer の Situsオートルータは、グリッドにとらわれず最適な経路を見つけて配線を行います。このためオフグリッドに配置されたSMDパッドによる障害を回避することができ、高密度なPCBにおいても極めて高い結線率を得ることができます。また、広範囲に45度配線が用いられることにより短い配線は可能になり、熟練設計者なみの配線品質を得ることができます。さらにこのAltium Designer の Situsオートルータでは、電源プレーン層やスプリットプレーン、パッドのネックダウンがサポートされています。

Altium Designer のSitusオートルータには、豊富な半自動機能が含まれており、これらをインタラクティブに用いることができます。例えば自動配線中に一旦動作を停止させ、部品やネットごとに半自動で配線を行った後、再度自動配線を実行することができます。このような応用により、設計意図を効率よく配線結果に反映することができます。また、このAltium Designer PCBエディタのデータベース上で自動配線が行われるため、変換作業による時間のロスやデータの誤差/欠落などが起こることはありません。このシームレスなしくみにより、自動配線段階での部品位置の修正を容易に行うことができます。  

Altium Designer Situs オートルータの特徴

オフグリッド配線

Altium Designer のSitus オートルータは、あらかじめ決められたグリッド上だけでななく、あらゆる空きスペースから経路を探し出し配線を行います。これにより高い結線率を得ることができます。

斜め配線

Situs オートルータは、水平と垂直方向だけではなく、45度の角度で配線を行います。配線後に直角の配線を45度に変換するのではなくはじめから45度で配線しますので、配線長を短縮化できます。（参照 自動配線ツールの進化 ）

デザインルールとストラテジによる配線の制御

Situs オートルータでは、PCBレィアウトに規定されたデザインルールに基づいて配線を行います。単に線幅とクリアランスだけでなく、高速配線ルールやSMDネックダウンなど多彩なデザインルールを反映します。また、配線ストラテジを単独または任意の組み合わせで用いることにより、配線結果のコントロールを緻密に行うことだできます。

デザインルールの確認とストラテジの設定画面
 

デザインルールの設定画面（SMDネックダウン・ルール）

半自動配線

Situs オートルータは豊富な半自動配線絹を備えているため、自動配線前や自動配線の途中で、半自動で配線を行うことにより、配線の品質を高めることができます。

 自動/半自動の配線コマンド

一元化されたデータベース

Altium Designer Situs オートルータはAltium Designer  PCBエディタのデータベース上で動作しますので、手設計と自動配線を行き来する場合にもデータ変換は必要ありません。自動配線を途中で止めて、部品位置の修正を行う場合にも手間取ることはありません。  

Altium Designer Situs オートルータの製品仕様

● 配線方法：（水平／垂直方向に制限されない）トポロジカル ルートパス マッピング
● 自動コスト解析及び配線ストラテジ選択
● 配線パス： Memory, Pad entry, Fanout, Hug, Spread, Straighten, Main, Multi-layer main, 　 Completion and Layer patterns
● ユーザー定義可能な配線ストラテジ
● すべてのエレクトリカル、ルーティングデザインルールの反映
● スプリットプレーンのサポート
● 自動 SMD ネックダウン

回路図とPCBの両方で使える Altium Designer の伝送線路シミュレータ

Altium Designer には回路図エディタとPCBレイアウトツールにシームレスに統合された伝送線路シミュレータが含まれています。この伝送線路シミュレータでは、PCB設計段階だけでなく、PCB設計を始める前の回路図作成段階でのシミュレーションが可能です。また、PCB設計段階では、配線前（部品配置直後の状態）と配線後のどちらの段階でもシミュレーションを行うことが可能です。

デバイスのモデルは、回路図シンボルの属性として割り付けられます。モデルのパラメータは、ダイアログで数値入力できるほか、IBISファイルを読み込んで使用することができます。

回路図段階でのシミュレーションでは、パラメータとして必要となる特性インピーダンスと配線長は、ユーザがダイアログボックスに入力した値が使用されます。また、配線前のPCBレイアウトのシミュレーションでは、Altium Designer のPCB レイアウトに設定されたデザインルールの値と、マンハッタン長が用いられます。さらに、配線後のPCBレイアウトでは実際の配線パターンから抽出したインピーダンスと配線長により、シミュレーションが行われます。 複数のネットに対してシミュレーションを行うことができるため、ネット間のクロストークを調べることができます。シミュレーションの結果は波形表示される他、特性値が表形式に一覧表示されます。そして、シミュレーションの結果に問題が発見された場合には、ターミネーションアドバイザを使用して、適切な終端処理の方法を容易に見つけ出すことができます。

Altium Designer の伝送線路シミュレータはPCB の DRCと協調動作します。Altium Designer のDRCは、デザインルールに規定された伝送特性の規定値（立上がり時間等の数値）に対する違反を、シミュレーション結果によって判定します。

Altium Designer 伝送線路シミュレータの特性インピーダンスの計算

Protel 2004 伝送線路の特性インピーダンスの計算 配線が完了したPCBレイアウトのシミュレーションに必要な、特性インピーダンスと配線長は、PCB上に配置された実際の配線パターンから抽出されます。マクロストリップラインとストリップラインのインピーダンスの抽出に用いられる計算式は、ダイアログボックス上でユーザ自身が変更することができます。

Altium Designer 伝送線路シミュレータの特徴

● 回路図エディタと PCBエディタにシームレスに統合
● 回路図作成段階、PCB配線前、PCB配線後のシミュレーションが可能
● ダイアグボックスによるモデルパラメータの設定とIBISファイルの読み込みが可能
● 複数のネットの取り扱いとクロストークのシミュレーションが可能
● シミュレーション結果の波形表示と特性値の一覧表示が可能
● ターミネーションアドバイザにより、問題点の解決が容易
● シミュレーション対象に合わせた多彩な解析条件の設定が可能

 Altium Designer 伝送線路シミュレータの製品仕様

● デバイスモデリング： I/Oバッファ マクロモデル
● 解析： ネット スクリーニング； 反射
● 積分方法： Trapezoidal; Gear’s Method (1st, 2nd and 3rd order)
● ターミネーションシミュレーション： 直列R; 並列R（VCC）； 並列R（GND）； 並列R（VCC と GND）；  　 並列C（VCC）； 　並列C（GND）； 並列ショットキーダイオード
● スティミラスタイプ： シングルパルス； 一定レベル； 周期的なパルス
● ユーザー定義可能なインピーダンスと配線長
● プログラムされたFPGAの自動ピンモデルセレクション
● IBISファイルインポーター
● PCBのボードスタックアップと配線属性に基づくインピーダンス カリキュレーター
● クロストーク解析
● 立上り、立下り オーバーシュート、アンダーシュート、フライトタイム、  ネットインピーダンスを含む11のデザインルールチェック
● 未配線基板のサポート

PCB エディタの機能を補うAltium Designer のガーバエディタ　

Altium Designer  のPCB エディタは、ガーバ出力を含む一連のCAM 出力およびガーバ入力機能を備えており、通常PCB 製造工程へのデータの受け渡しに他のツールは不要です。しかし、より信頼性の高いCAM データの確認、高度なCAM 編集、他のCADから出力されたガーバデータの読み込みなどのより高度なCAM 作業を行う場合には、専用に開発されたガーバエディタが必要になります。Altium Designer には、このような用途を想定した高性能なガーバエディタ が用意されており、高度なCAM作業を効率よく行うことができます。

この Altium Designer のガーバエディタは、単体で販売されている高価なガーバエディタに勝るとも劣らない高度な機能を備えており精密なガーバ編集とチェックが可能です。このため、PCBメーカから、複雑な面付けや製造データの挿入等を要求された場合や、特殊な フォーマットでのデータ出力を要求された場合でも困ることはありません。またこのガーバエディタは、汎用のガーバエディタとして開発されたツールですので、ガーバフォーマットの様々なバリエーションにも対応しています。このため、Altium Designer PCBエディタで読み込むことができないガーバデータもこのガーバエディタなら読み込めます。

このガーバエディタはAltium Designer PCB エディタと連携して動作します。Altium Designer PCB エディタからガーバ出力すると自動的にガーバエディタが起動し、ガーバ編集画面にPCB ツールから出力された、ガーバイメージが表示されます。また、このガーバエディタに読み込まれたガーバデータを、Altium Designer のPCB データに変換する機能を備えています。この機能を使用すると、古いガーバデータをAltium Designer のPCB 編集機能を使って編集できます。

Altium Designer のガーバエディタの特徴

 多彩なCAMデータ編集機能

Altium Designer ガーバエディタでは、多彩なオブジェクトの選択と編集機能により、緻密な編集とオブジェクトの追加を効率よく行うことができます。また同一のガーバデータだけでなく異なった種類のガーバデータを組み合わせて同一フィルム上に面付けすることができます。

高度なCAMデータ検証機能

Altium Designer ガーバエディタには、ガーバデータに特化したデザインルールチェック機能が用意されています。さらに、マスクにオーバラップしているシルク、ソルダーブリッジ、接続されないサーマルなどをチェックするための、18種デザインチェック機能が用意されています。

 多様なファイルフォーマットに対応

Altium Designer ガーバエディタは、ODB++ファイル、IPC-D356ネットリストファイルのインポート／エクスポートが可能です。ODB++出力では、コンポーネント、ネットリスト、ドリル、部品位置情報、基板形状データの生成が可能です。また、ODB++ステップがサポートされています。アパーチャマクロを用いてフォーマットの異なる各社のアパーチャファイルを自動的に読み込むことができます。また、クイックロード機能によってPCBを構成している一連のファイルを自動的に判別/選択し、一度に読み込む事ができます。

Altium Designer PCB エディタとの連携

Altium Designer PCB エディタからガーバ出力した時には、ガーバエディタの編集画面上にPCB から出力されたガーバイメージが自動的に表示されます。また、既存のガーバファイルをガーバエディタに読み込み、Altium Designer のPCBデータに変換することができます。変換されたPCB データはコマンドひとつで Altium Designer PCB に送り込むことができ、PCBエディタの機能を使用してリメークすることができます。 [ 優れたユーザインタフェイス ] 　Altium Designer の他のツールと同様、DXP プラットフォームによる高度で使いやすいユーザインタフェイスが提供されています。Altium Designer PCB エディタに慣れていれは、操作に戸惑うことなくすぐに使いこなせます。 [ 多様なレポート出力 ] 　多様なレポート出力とプリントアウトができる為、PCB メーカとのコミニュケーションを確実かつ容易に行えます。

Altium Designer ガーバエディタの製品仕様

● インポートフォーマット： クイックロード（サポートしている全ファイルタイプを 同時に読み込み）； ODB++； ネットリスト(IPC-D356)； ガーバーデータ（274D、274X、Fire9000)； HPGL/2、 NCドリル＆ミーリング/ルーター； DWG/DXF (AutoCADR); アパーチャーファイル（アパーチャーウィザード使用）； アパーチャーライブラリ (*.LIB)； CAMtastic® データベースファイル (*.CAM)
● 印刷機能：Windows用プリンタサポート； エリアプリント； スケールプリント； プリントプレビュー； レイヤ別プリント； 各ページにグループ化した複数のイメージ
● エクスポートフォーマット： ODB++； ネットリスト (IPC-D356)； IPC-D350； ガーバーデータ（274D、274X、Fire9000)； NCドリル＆ミーリング/ルーター； DXF （他のCADシステムとの互換性）； アパーチャーライブラリ (*.LIB)； CAMtastic® データベースファイル (*.CAM)
● 検証＆解析ツール： PCB デザインチェック/修正（18の製造チェック）； ネットリスト比較； ネットリスト抽出（ブラインド/ベリードビアのサポート）； 計測（オブジェクト間、ポイント指定）； 無効なポリゴン検索； カッパーエリアの計算、レイヤー比較
● NCドリル、ルーターツール： ドリル＆ルーターパスの作成/修正； ドリルの追加（ポイント、円、スロット、テキスト）； ドリルレイヤの作成（スルーホール）； PCBの領域を自動でルーター作成； セグメントを円弧/全円に自動変換； タブとミル境界の追加
● 編集＆修正ツール： PCB面付け； グループオブジェクト； フィルムウィザード； パッド削除； カッパーポワ； ティアドロップ； スプレッド／リデュース； シルクカット； ベンディング； アウトライン生成； ステップ／リピート； 回転、反転、スケール(X:Y)、Join; レイヤ整列； コンポジットの作成と分解
● 配置機能： フラッシュ、テキスト、ライン、ポリライン、長方形、エリプス、ポリゴン、ポリゴンの抜き、　 円弧、全円、寸法線
● レポート機能： PCB RFQ （見積り依頼）； ドリル、レイヤ別のDコード； DRC/DFM; ネットリスト； Rout/Mill； ステータス及び X:Y座標