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ライブラリの部品作成と3Dモデルの関連付けによる無駄のない設計の実現 Thought Leadership ライブラリの部品作成と3Dモデルの関連付けによる無駄のない設計の実現 カスタムコンポーネントと標準コンポーネントをつなぐコンポーネントライブラリは、SPICEモデルから基本的な2Dフットプリントまでのあらゆる要素を追跡して、レイアウト中に使用するために役立ちます。プリント基板設計の2Dから3Dへの移行を受けて、最新のコンポーネントライブラリは3Dモデルを備えています。 独自コンポーネントのメカニカルクリアランスをチェックするつもりなら、3Dモデルを構築しておくのは良い考えです。しかし、ほとんどの基板設計ソフトウェアプラットフォームはこの機能を提供していないので、機構設計と電気設計のソフトウェア間を行ったり来たりすることになります。そこで求められるのが、MCAD、ECAD、高度な基板設計ツールを1つのプラットフォームに統合したソフトウェアです。 基板設計におけるCADツール カスタマイズしたコンポーネントや独自コンポーネントを基板で使用すると、ほかにはない機能を、大抵の場合はより小さいフットプリントで提供できます。優れたプリント基板設計CADであれば、3Dモデルを含む独自仕様のカスタマイズコンポーネントを構築して、メカニカルクリアランスのチェックに使用できます。 基板でカスタムコンポーネントや独自コンポーネントを使用する場合、3Dモデルをコンポーネントに関連付けて、後から使用できるようにライブラリに保存する可能性が高いでしょう。使用する設計ソフトウェアが包括的なコンポーネント情報管理システムを備えていれば、カスタムコンポーネントに3Dモデルを関連付けて、全てのデバイス間でこのコンポーネントの一貫性を維持することができます。例えば、ある設計でコンポーネントモデルを更新すると、その更新が全ての設計に同期されます。 しかし、ほとんどの設計ソフトウェアでは、依然として、機構設計と電気設計の環境がそれぞれ孤立しています。MCADはECADから切り離されているので、設計者はMCADソフトウェアとECADソフトウェアの間でプロジェクトを移動する必要があります。MCAD、ECAD、高度な基板設計ツールの間で、コンポーネントライブラリ内の3Dモデルを同期してくれる基板設計プラットフォームがあれば、設計中の基板を1つの設計インターフェースで最も正確に表示できます。 Altium Designerによる3Dの面付け 問題の発生元の把握 3Dコンポーネントモデルを構築して別の基板設計プログラムで使用できるようにするには、依然として、独立したMCADモジュールの使用が必要です。CADプログラムで求められるワークフローはMCAD設計モジュールとは異なることが多いので、大抵はコンポーネントモデルを設計中の基板にインポートするためだけに、STEPモデルの作業が必要になります。さらに、この基板を3Dで表示するには、もう一度MCADプログラムにインポートし直す必要があります。このプログラム間での行ったり来たりは生産性を妨げるだけでなく、不適切なクリアランスの原因にもなりえます。 カスタムコンポーネントの3Dモデルを作成する場合、この3Dモデルと互換性のある包括的なコンポーネントライブラリ管理ツールが、基板設計プログラム側に必要になります。コンポーネントモデルを管理するための統合コンポーネント情報システムがない場合、その場限りの方法を使用して、設計ツール間でカスタムコンポーネントモデルを管理するしかありません。このような管理手法では、コンポーネントモデルを1つ変更する場合、設計間での手動による更新が必要であり、エラーが発生する可能性が非常に高くなります。 基板レイアウトを構築および表示するためのCADプログラムがすべて、簡単にその他の設計ツールと同期できるわけではありません。たとえば、回路図ツールとレイアウトツールの動作が一致しないことは珍しくありません。また、回路図向けのCADツールとレイアウト向けのCADツールでは、同じタスクを実行するのに必要なコマンドセットが異なる場合もあります。このため、初めてのプログラムを使用する際の習得期間が長くなり、インターフェースの切り替え時にはコマンドを覚え直す必要があります。 3Dコンポーネントモデリングと標準設計ツールの統合 コンポーネントライブラリと連動してECAD機能とMCAD機能を統合する設計ソフトウェアがあれば、デバイスの電気的ビューと機械的ビューを3Dで同時に表示できます。ECAD設計とMCAD設計の統合によって、3Dでの設計ツールの使用が実現し、電気設計チームと機構設計チームが本当の意味で連携できるようになります。コンポーネントライブラリでは、カスタムコンポーネントとその他のコンポーネントを同じように扱うことができ、コンポーネントの3D STEPモデルをライブラリに直接読み込むことができます。 その他のPCB設計ソフトウェアパッケージも、MCADおよびECAD設計でSTEPモジュールを使用しています。統合設計パッケージに切り替えるとき、 カスタムコンポーネント向けの独自STEPモデルを構築し、必要に応じて既存のSTEPモデルをインポートできます。しかし、旧式の設計プロセスでは、基板を表示してカスタムコンポーネントの3Dモデルを作成するだけのために、ECADプログラムとMCADプログラムを行ったり来たりしなくてはなりません。 設計が完成したら、基板設計ソフトウェアで、シミュレーションおよび解析ツールに加えて、製造業者成果物を生成するためのツールと直接通信することができます。これらのツールがすべて1つのインターフェースに表示され、ワークフローにも一貫性があるので、複数のモジュールを切り替える必要がなく、高い生産性を維持できます。 Altium Designerによるマルチボードのアセンブリ
回路基板のデジタルライブラリ管理: 本棚以上の機能を備えた棚 Thought Leadership 回路基板のデジタルライブラリ管理: 本棚以上の機能を備えた棚 「コンポーネント」という言葉を聞いたとき、IC、LED、抵抗、およびPCBの組み立てに使用するその他の電子的なハードウェアを思い浮かべるのは当然です。しかし、プリント基板設計ソフトウェアの点からみると、コンポーネントを詳しく記述する多くの情報があります。各コンポーネントには、関連付けられた記号、フットプリント、ピン配列、および基板設計CADが使用するその他のプロパティがあります。 市販の多数のコンポーネントを入手でき、またエレクトロニクス企業が新しいコンポーネントを開発する状況では、コンポーネントライブラリの管理は基板設計者の重要な任務の1つになります。設計者は通常、自分の設計で使用するために、フットプリントやシミュレーションモデルも含め、カスタマイズされたコンポーネントを作成します。 基板を設計から製造に移行できるようこの情報を1つにまとめるには、市販の最も優れた設計ソフトウェアが必要です。統合設計環境で作業すると、設計ソフトウェアはコンポーネントライブラリをシームレスに統合し、コンポーネントライブラリへの更新を回路図に簡単に反映できます。 デジタルライブラリの管理 ライブラリ管理は、 コンポーネント、サプライヤー、ライフサイクル、設計で使用する回路図などの管理を指す広義語です。市場には莫大な数のコンポーネントが出回っており、自分のライブラリにそれらのライブラリの情報を集める時間は誰にもありません。ユーザーに代わってこの情報を集めるソフトウェアを専門に開発する企業が多数あり、それによって生産性を上げ、より多くの時間を設計に費やすことが可能になります。 コンポーネントライブラリに含まれる情報は、部品番号の膨大なリストだけではありません。優れたコンポーネントライブラリには、関連する回路図シンボル、レイアウトのフットプリント、シミュレーションで使用するSPICEモデル、電気的特性などの情報が含まれている必要があります。これらのライブラリには、3Dビューワーで使用する3Dモデルも含まれます。これらの全情報を単一インターフェースでまとめると、設計プロセスが格段に効率化されます。 コンポーネントライブラリには、価格、リードタイム、適切な配置といった関連するサプライヤー情報も格納される必要があります。これにより、ユーザーは、部品リストと製造業者用の部品表の生成に必要な情報を入手できます。部品表生成ツールは、製造に移行する前に、設計から直接情報を取り出す必要があります。設計者は、回路基板のために、可能な限り効率的にビア、銅箔、およびコンポーネントを管理すべきです。 デジタルライブラリ管理は、コンポーネントおよび回路図のリストを管理するだけでは不十分です。ライブラリは、コンポーネントサプライヤーの情報やライフサイクル管理ツールと同期する必要があります。ライフサイクル管理ツールを使用すると、廃番になったコンポーネントを適切な代替品で置き換えるための必要な情報を入手できます。これらのツールは全て、別のモジュールとして切り離されているよりも、単一環境に統合されてその機能を最も発揮します。 問題の発生源の把握 基板設計CADによっては、よく使用する特定のコンポーネントのリストを含む新しいライブラリを作成できます。コンポーネントが1000個にまで増えたライブラリでは、異なるコンポーネントモデルを使用して動作するソフトウェアを使用していると、コンポーネントはほとんどシームレスには更新されません。デジタルライブラリは、ユーザーおよびユーザーの目的を考慮して、またライブラリが必要とするリソースおよび情報にアクセスできるよう作成される必要があります。 コンポーネントライブラリを、更新されたバージョンのソフトウェアに変換すると、ライブラリが破損する可能性があります。更新によって、 コンポーネントライブラリのファイル構成が変更される可能性があり、手作業でコンポーネントを構成し、更新しなければならなくなります。ソフトウェアパッケージによっては、ライブラリ管理に役立つコンポーネント情報システムが用意されていますが、アドオンとして購入する必要があります。そのような重要なツールは基板設計CADソフトウェアに備えられていて当然です。 ライブラリ管理は、ただ単に回路図のフットプリントやシンボルを更新するのではありません。設計を確実に最新状態に保つために、サプライチェーンの可用性やライフサイクルの情報を活用する必要があります。6か月前に作成したPCBのデータを開き、製造業者に成果物を送ったにもかかわらず、部品の半分は入手できないか廃番になっていることが判明した場面を想像してみてください。ライフサイクルの状態により、設計内で廃番になった部品を見つけて置き換えることができます。 統合されたデジタルライブラリ管理 統合設計環境での作業は、必要な全てのツールが単一のソフトウェアで提供されるというだけではありません。統合設計環境におけるデータ管理では、新しいコンポーネントの定義時に再利用できる統一されたコンポーネントモデルが使用されます。それらのコンポーネントモデルは、新しいコンポーネントのテンプレートとして機能し、設計およびライブラリに新しい機能を追加するために必要な時間を節約できます。 また、設計ソフトウェアは、コンポーネントライブラリとサプライチェーン情報を更新することで、生産性を向上させる必要があります。設計者は、コンポーネントの更新やサプライチェーンの情報を求めてインターネットを探し回るために時間を割く必要はありません。また、それらの重要な更新について、信頼できないサードパーティーのサービスに頼る必要もありません。さらに、統合設計環境により、ユーザーは更新を自分の回路図にシームレスに転送することもできます。 統合コンポーネントのフットプリントを修正する必要がある場合、PCB設計ソフトウェアは、フットプリントの変更を並べて表示し、比較を目視できるようにする必要があります。シンボル、ピン配列、回路図の変更も同様に簡単に比較できる必要があります。同様の考え方はコンポーネントテンプレートにも適用されます。これにより、組織の全員が、ライブラリ内のコンポーネントの変更にアクセスできるようになります。 多くのコンポーネントは、静電容量、実装スタイル、定格電圧などの共通のプロパティを共有します。高度なコンポーネント管理ツールを使用して作業している場合、それらのプロパティを各コンポーネントに、単一インターフェースで簡単に割り当てることができます。プロパティを各コンポーネントに個別に追加できるほか、Parameter Managerのコマンドを使用して、複数コンポーネントにプロパティを追加することもできます。回路基板およびデジタルライブラリは、効果的なコンテンツを作成し格納できるよう管理できます。
管理が面倒な回路図設計を体系的に整理する方法 Thought Leadership 管理が面倒な回路図設計を体系的に整理する方法 私の息子は6歳ですが、自分のおもちゃや私物の整理が非常に得意です。同じ年頃、私自身は自分の持ち物は全て大きな収納ボックスにまとめて放り込んでいました。一方息子は、異常なまでの整理整頓の才能があります。息子の細部に至るまでの細心の注意は、場合によっては少々ストレスですが、私は常に遊び場の整理整頓を息子に任せられる、ということを意味します。 プリント基板設計においては、自分のプロジェクトを引き継ぐハードウェア設計者が必ず容易に作業を進められるよう、回路図ドキュメントを同一レベルで整理して表示する必要があります。誰も回路図を理解できないという理由で常に電話やメールに悩まされるのは、最も避けたい状況です。 回路図設計の基本 電子回路設計の多くの記事は、 電磁干渉（EMI）の低減や高速設計など、基板レイアウトのベストプラクティスについて論じています。ですが、基板に最初のネットの配線を開始する前であっても、正しい回路図を用意する必要があります。実際は、回路図設計は基板設計で最も見落とされがちなところです。 ハードウェア設計を開始している場合、おそらく、完成した回路がどのようになるか、大まかなアイディアはあります。回路図設計の一般的な方法は、 マイクロコントローラーのような主要コンポーネント、メモリーチップ、特殊機能の集積回路（IC）などの配置から開始します。それに続き、コンポーネントを接続する前にパッシブコンポーネントを配置します。 次に回路図を基板レイアウトにエクスポートします。基板レイアウトには、対応するフットプリントが、相互接続したネットとともに表示されます。基板で適切な接続を生成する回路図設計は重要に思われます。しかし実際には、回路図設計は適切に整理して容易な理解と再利用を確実にする必要があります。 回路図設計を整理する方法 回路図の整理は、習慣と、使用しているプリント基板設計ソフトウェアの機能の組み合せです。以下は、私が通常回路図を整理している方法です。 1. 回路図シートを機能ごとに分ける コンポーネントが比較的少ない、シンプルな設計では、1枚の回路図シートで回路全体を作成することは理にかなっています。ただし、何百ものコンポーネントを使用する複雑なハードウェア設計に取り組んでいる場合、1枚の回路図シートに全てが詰め込まれたら、むしろどうしようもありません。 その代わりに、上図のように異なる機能に対して異なる回路図シートを作成することをお勧めします。これにより、個々のシートの回路図がより管理しやすくなるだけでなく、新しい設計で簡単に再利用できるようにもなります。 整列して表示された回路図ドキュメント 2. デジグネータのシステムを作成する デジグネータは、場合によっては、回路図内でコンポーネントをすばやく相互参照させる便利な方法になります。数百ものコンポーネントの中で、1つのコンデンサーを見つけたり削除したりする場合、デジグネータシステムの使用はとても助かります。 私の回路図では、デジグネータは、コンポーネントのタイプ、それが属しているシートの番号、シート自体のコンポーネントインデックスを表すよう作成されています。例えば、D0512は、5番目の回路図シートのダイオードを表し、12番目の類似コンポーネントです。コンポーネント数の一般的な概算として、回路図シート下部に各コンポーネントの数の範囲を一覧表示することもできます。 3
Altium Designerを使用したPCB設計ソフトウェアでの部品表の作成 Thought Leadership Altium Designerを使用したPCB設計ソフトウェアでの部品表の作成 ついに、回路基板ができあがり、PCBを実装する準備が整いました。回路図が完成し、レイアウトの確認と承認が済み、いよいよ組み立てです。ただし、そのためには部品表を作成する必要があります。幸い、それらのドキュメントを手作業で作成したのは遠い昔のことです。どのCADシステムでも、部品表は、ライブラリやその他のプロセスによって自動的に作成されます。しかし、そのためには何をする必要があるでしょうか? Altium Designer 18を使用すると、部品表（BOM）を非常に簡単に作成することができます。さまざまなオプションを選択して、非常に直感的な特定のニーズに応じて情報を構成したり整理したりできます。ここでは、設計から簡潔なBOMレポートを作成するために必要な手順について説明します。 部品表の準備 例として、いくつかの部品で構成される非常に単純な設計を取り上げます。これにより、画面に収まらないような部品表ではなく、簡潔で扱いやすいレポートができます。 Altium Designerでは、回路図、レイアウト、ActiveBOM（設計内のコンポーネントに直接アクセスするためのツール）のいずれかからBOMを作成することができます。BOMレポートの生成機能には、これらの3つの設計オブジェクトで同じメニューを選択してアクセスできます。3つの設計オブジェクトのいずれかをアクティブな状態にして、[Reports] ≫ [Bill of Materials] を選択します。3つのオブジェクトには若干の違いはありますが、下図のようにBOMレポートメニューは基本的に同じです。 Altium Designerの回路図、レイアウト、Active BOMのBOMレポートメニュー Altium Designerでの 回路図の作成やレイアウトの作成には慣れていても、ActiveBOMを使ったことがない場合もあるでしょう。ActiveBOMは、回路図やレイアウトと同様の、別の設計ポータルです。違いは、接続データ（配置と配線）を操作するのではなく、基板設計内の コンポーネントデータを直接操作する点です。ActiveBOMで作業するには、最初に、下図のように
PCB設計内に割り当てられたテストポイントの検索とレポート Thought Leadership PCB設計内に割り当てられたテストポイントの検索とレポート 学校のテストでも運転免許のテストでも、仕事で日常的に口にする類のテストでも、「テスト」という語は、普段落ち着いている人を不安な気持ちにさせる可能性があります。反対に、テストに関わりがなければ同じ人でも明らかにリラックスしています。おそらく、PCB設計者は、自分の設計へのテストポイントの割り当てを終えると、大きな安堵のため息をつくでしょう。ただし、テストポイントを割り当てただけでは作業は終わりではありません。 PCB設計でのテストポイントの割り当ては、プロセスの前半部分に過ぎません。割り当て後は、テストポイントの割り当てを検証して、テストポイントの情報をレポートする必要があります。幸いAltium Designerには、テストポイントをチェックする高度なDRC機能と、テストポイント情報を使いやすいファイルに出力するためのユーティリティが用意されています。テストポイント割り当て後のそれらの手順の進め方について、以下で説明しましょう。 テストポイントの設定と割り当てのおさらい ここでは、製造中に自動的に行われるテストで使用される、プリント回路基板のテストポイントについて復習します。ベンチテストを実行するために技術者に提供されるPCBのテストの位置については説明しません。自動的に割り当てられたテストポイントの位置は、bare-board（製造）テストと、基板の組み立て後に行われるin-circuitテスト（ICT）の両方で使用されます。 Altium Designerには、テストポイントとしてビアおよびパッドを割り当てる機能があります。この割り当ては、特定のビアまたはパッドの属性を変更することにより手動で行うか、Testpoint Managerを使って自動で行うことができます。Testpoint Managerには、テスト対象のネット、テストポイントの候補とすべき特定サイズのビアまたはパッド、テストポイントのグリッド、その他のオプションなど、テストポイントの制約に関する設定があります。 Testpoint Managerを動作させるには、テストポイントのデザインルールを設定しておく必要があります。このルールは、後続の手順で行うテストポイント割り当ての検証にも適用されます。テストポイントの設定および割り当ての詳細については、 Altium DesignerでPCB設計のテストポイントを使用する方法をご覧ください。 割り当てられたテストポイントの検証 テストポイントを割り当てた後は、それらを検証して確認する必要があります。Altium Designerは、テストポイントのスタイルとデザインルールで設定した使用ルールに沿って、テストポイントの割り当てをチェックします。テストポイントのチェックは、製造担当に基板を送る前に実行する必要があるもう1つのDRCです。 テストポイントの割り当て後に基板を編集した場合、何らかの形でテストポイントに影響を及ぼした可能性があります。設計を次のフェーズに移行させる前に全てをチェックしておくことはよい設計習慣です。 テストポイントの割り当てについての最初の記事と同じ設計例を使用して説明します。 最初に行うのは、検証プロセスを実際に実行するためのエラー条件を組み込むことです。テストポイントの候補が全てオフグリッドのスルーホールパッドだったので、テストポイントのグリッドの使用はオフにしていました。エラーを見つけるため、テストポイントのグリッドを以下のように表示します。テストポイントのデザインルールは、[Design] ≫
Customer Success Stories Smart PCB Design Solutions with Kinetic Vision and Altium 365 Learn how a major manufacturer of smart technology solutions harnessed the power of Altium 365 to streamline PCB development.