自動化されたPCBルーティング：Situsトポロジカルオートルータを使用

PCB設計アプリケーションには、人々が愛憎交じる感情を抱くツールがあります：オートルーターです。私は、トレースが多く含まれていた最初のいくつかの設計でオートルーターを使用しました。これらの初期のボードには、制御インピーダンスや損失予算のようなルーティングの自由を制限する要件がありませんでした。おそらく、PCBレイアウトを行う経験をもっと積むために、これらの初期のボードを手作業でルーティングすべきでしたが、とにかくオートルーターを使用しました。

多くの現行世代のオートルーターは、これらの要件のそれぞれをある程度満たしていますが、ルーティング空間をマッピングする際に採用するグリッドベース、形状ベース、または幾何学的アプローチは、より密度が高く、非直交で、幾何学的に不規則なコンポーネントパッケージング技術に深刻な制限をもたらします - これらの技術は、現代のボード設計でより一般的になっています。現行世代のオートルーターは、その幾何学的な制限のため、"オートルーターで作成されたように見える"結果をしばしば生み出し、広範な手作業による再作業を必要とします。実際、多くの設計者はこの制限だけのためにオートルーターの使用を避けています。

Altium DesignerのSitus™オートルーターは、特定のネットやネットクラスを自動的にルーティングするために使用できるツールの一つであり、設計プロセスに役立つツールである可能性があります。このオートルーターは、多くの手動ルーティングを排除するのに役立つ高度な自動化ツールであることに注意することが重要ですが、いつ、どこで使用するかを知ることも重要です。

Situsオートルーターは、ポイントアンドクリックのツールではありません。計画と設定が必要です。

このツールを最大限に活用するには、PCBレイアウトにおいていくつかの計画と事前考慮が必要であり、特定のネットグループをオートルーターでターゲットできるようにネットクラスを設定したり、Situsオートルーターで実装するカスタムルーティング戦略を設計することも含まれます。この記事では、オートルーティングの背景、Situsオートルーターの設定方法、そしてSitusのようなオートルーターの結果を示す例について検討します。このガイドの各セクションにジャンプするには、上の目次リンクを使用してください。

Situsオートルーター概要

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オートルーティングへの従来のアプローチ

電子設計は、基本的にはピンが特定の方法で互いに接続されたコンポーネントの集まりです。この設計は、プリント基板（PCB）と呼ばれる多層の機械構造にコンポーネントを配置することによって実装されます。接続は、PCBを横切り、貫通して、あるコンポーネントのピンから別のピンへと移動する離散的な銅の経路を通じて物理的に実装されます。

各接続のための離散的な銅の経路、またはルートを作成する作業は非常に複雑になることがあります。典型的な設計では、コンポーネントのピン間に数千の接続があり、PCB表面に非常に密集して配置されたコンポーネント間で経路を作成する必要がある場合があります。

初期のオートルーターは、設計空間をマッピングするために、全体のボードに定規則的なグリッドを定義し、各コンポーネントのピンが直接グリッドポイント上に位置し、すべての接続をルーティングするのに十分なグリッドポイントを空きスペースに含めることを目的としていました。初期のコンポーネントは、ピンが0.1インチの倍数で間隔を置いて供給されたため、適切なグリッドを定義することは比較的簡単でした。下記のように。

コンポーネントのピンがすべて0.1インチピッチであった場合、グリッドルーターを使用できました。

表面実装部品の導入により、部品ピン間の間隔が大幅に縮小され、メーカーはメートル法のピン間隔で部品を供給し始めました。製造技術の向上により、設計者は非常に狭いルーティングパスを使用できるようになり、これらをより密接に配置することが可能になりました。これらの要因が組み合わさり、これらのパッケージングおよび製造技術を採用する設計において、従来の一様グリッドルーターを使用できなくなりました。新しい技術に効果的に対応するためには、グリッドを十分に細かくする必要があり、グリッドルーターには膨大なメモリと処理能力、そして時間が必要でした。ルーティンググリッドを構築し、設計をルーティングするためです。

このアプローチを改善するために、直交展開[1]と呼ばれる技術が開発されました。この技術は、ボード上の障害物間の空間を一連の長方形として定義します。長方形のセットが定義されると、長方形のエッジに沿ってルーティングパスが決定されます。この技術により、異なるピン間隔を持つ部品のルーティングが可能になり、表面実装部品などの当時新しい製造技術にオートルーターが対応できるようになりました。このアプローチは、ルーティングチャネルを長方形の形状を使用してモデル化するため、形状ベースのオートルーティングとよく言及されます。下の画像に示されているように。

直線ルーターは、スペースを長方形のゾーンに分割し、その後、ルートパスを見つけるために使用されました。

直線拡張オートルーターは、一様グリッドルーターの速度やメモリの問題のいくつかを克服できるかもしれませんが、識別できる可能なルートパスにおいてはまだ幾何学的に制約されています。ボードのための長方形のマップが確立されると、ルーティングの「波の前線」は隣接する長方形の端に沿って、垂直および水平の方向にのみ拡大します。ルーティングは長方形の境界に直交して制約されます。非直交幾何学、例えば、交互ピングリッドアレイコンポーネントや回転したコンポーネントで見られるような場合には問題が生じることがあります。多くの場合、これらのケースでは直交ルーティングパスが見つからず、直線拡張ルーターは失敗するでしょう。

コンポーネントのパッケージングはサイズとピンピッチが縮小し続けており、ボールグリッドアレイ（BGA）のような新しいパッケージは、ピンの密度を最大化するために交互グリッドを使用しています。これと合わせて、小さくて珍しい製品パッケージングは、コンポーネントを不規則な向きや通常とは異なる形状のPCB上に配置することをしばしば要求します。これらの傾向が勢いを増すにつれて、直線拡張ルーターが現代のボード設計のルーティングの課題を満たすことがますます困難になるでしょう。

必要だったのは、基板を単純な長方形としてモデル化せず、障害物間の直線的な経路に限定されない、新しいルーティング空間のマッピング技術でした。

• [1] プリント基板のグリッドレスルーティング方法、22^回デザインオートメーション会議、論文32.2 1984年、A.C. Finch、K.J. Mackenzie、G.J. Balsdon、G Symonds of Racal Redac Ltd.

トポロジカルアプローチ

Altium DesignerのSitusオートルーターが使用するような、トポロジカルアプローチによるオートルーティングは、ルーティング空間のマッピング方法が異なります - 幾何学的に制約されない方法です。トポロジカルオートルーターは、参照フレームとしてワークスペースの座標情報を使用するのではなく、空間内の障害物の相対位置のみを使用してマップを構築します。座標を参照せずに。

トポロジカルマッピングは、隣接する障害物の間の空間を三角測量する空間解析技術です。この三角測量されたマップは、開始ルートポイントから終了ルートポイントまで、障害物のペアの間を「織り」ながら進むルーティングアルゴリズムによって使用されます。このアプローチの最大の強みは、マップが形状に依存しないこと（障害物とルーティングパスは任意の形状である可能性がある）と、空間を任意の角度で横断できることです - ルーティングアルゴリズムは、直交展開ルーターのように、純粋に垂直または水平のパスに制限されません。

ボードのトポロジカルマップを構築するために、Situsはボード上の各障害物を隣接する障害物にリンクし、一種の接続されたクモの巣のセットを作り出します。次に、潜在的なルーティングパスは、一つの巣の糸から次の巣の糸へ、そして次の巣の糸へとステップすることで定義され、ターゲットに到達するまで続きます。このマッピングへのアプローチは、ルーティング空間に幾何学的に結びついていないため、潜在的なパスは単に各障害物のペアの間を織りながら進むだけです。下の画像に示されているように。

トポロジカルマップは、以前のルーターの根本的な制限、つまり同じ幾何学的空間を使用して経路をマッピングすると同時にルーティングするという制限を取り除きます。マッピング空間とルーティング空間を分離することで、トポロジカルルーターはより自然な経路をマッピングできるだけでなく、直交しないルーティング経路も見つけることができます。このマッピングプロセスは、設計者が最も直接的な方法で基板を横断する経路を探すように、設計者が行う作業に非常に似ていますが、ある程度、割り当てられたレイヤーの方向を維持します。設計者は、特定のエリアを通る接続が一連の直交トラックを使用して行うことができるかどうかに基づいて決定を制約しませんが、単にトラックが可能なルーティングチャネルを通過するかどうかを決定します。

左の画像にマッピングされた経路が示すように、最初にトポロジカルに定義された経路が完成したルート経路として適切でない場合があります。高度なルーティングアルゴリズムを通じて、Situsはマッピングされた経路を適切なルーティング経路に変換します。その例は右の画像に示されています。

  

トポロジカルルーターは空間の幾何学にマッピングしようとはせず、障害物の間の経路を探します。

障害物の座標を考慮せずにルートパスの初期トポロジー分析を行うことで、従来オートルーターにとって難しいとされていたボードでも、高い完成率と高速性を実現できます。例えば、非標準のジオメトリー、密集したスタガーピンコンポーネント、または不規則な形状のアウトラインやカットアウトを持つものなどです。

ルートパスの探索

トポロジカルアプローチのもう一つの利点は、ルーティングパスの分析と決定が、設計者がボードを手動でルーティングする際に使用する方法により似ていることです。

例えば、経験上、同じレイヤーを共有するすべての接続を同じ方向にルーティングすることが最も効率的であることがわかっており、これによりルーティングレイヤーの方向という概念が生まれました。単純な2層ボードでは、一方のレイヤーを水平に、もう一方を垂直に割り当てることでこれを実現します。設計者とオートルーターの両方が、この慣習に従ってルートを配置することができます。

道路の車線のように、このアプローチはルーティング作業に秩序をもたらし、設計者または自動ルーターがボードを一連のチャネルとして見ることを可能にし、それらを順序良く割り当てることができます。従来のグリッドルーターと直角拡張ルーターの両方で、レイヤーの方向は垂直 - ボードの上部から下部に走るトラック、および水平 - ボードを横切って一方の側から他方の側へ走るトラックに限定されています。

しかし、設計の密度が増すにつれて、ボードをルーティングするために必要なレイヤーの数も増えます。設計が2層以上を必要とする場合、垂直および水平以外の方向でルーティングパスを探す方が効率的かもしれません。これはまさに設計者が行うことです - 接続ラインの流れを調べ、特定の方向、例えば斜めに十分な数が移動している場合、その方向にレイヤーを割り当て、そのレイヤー上でその方向にそれらの接続をルーティングします。

固定グリッドルーターも直交拡張ルーターも、非直交方向に直接マッピングすることはできません。これらは、空間を水平/垂直の方法でのみマッピングできます。きれいな対角線ルートを生成するために、このタイプの自動ルーターはまず直交トラックを使用してルートを定義し、その後、特別な後処理ルーチンを実行して直角のコーナーを対角線に変換する必要があります。

一方、トポロジカルルーターは直交ジオメトリに制約されず、直接対角線ルートを識別し、適切なレイヤーに割り当てることができます。これにより、より「自然」な自動ルーティングが実現されるだけでなく、ルーティングの効率が向上し、完成した設計に必要なビアの数が最小限に抑えられます。

ルーティングの仕上げ

前述のように、トポロジカル分析は可能なルーティングパスを決定する効率的な方法を提供しますが、このトポロジカルパスは品質の高い完成ルートに変換されなければなりません。デザイナーと同様に、自動ルーターはマップを通じてルーティングパスを解決する、境界に沿って進む、または既存のルートオブジェクトに対して押し付けて移動させようとするなど、さまざまな状況に遭遇し、異なる方法で対処する必要があります。

これらの異なる状況に対応するため、Situsはメモリルーター、パターンルーター、パワーおよびグラウンドルーター、ウェーブフロントルーター、形状ベースのプッシュアンドショーブルーター、およびBGAファンアウトなどの特定の状況に対するいくつかのヒューリスティックルーターを含む一連のルーティングエンジンを採用しています。これらのエンジンは成熟して強力なルーティングアルゴリズムに基づいており、多年にわたって開発されてきました。Situsでは、これらのルーティングエンジンはトポロジカルマッピングプロセスのインテリジェントなルートパス決定を利用して、高品質の完成した接続を生成します。

Situsのルーティングエンジンは、オートルーターの「脳」として機能する洗練された戦略ファイルのセットによって制御されます。ボードのルーティングに関して言えば、人間の設計者はオートルーターよりも多くの利点を持っています。人間の心は計画を立てることができ、そうする中で多くの要因を考慮し、順序付けし、個々の要素に焦点を当ててズームインし、その後で状況を再考することができます。オートルーターは戦略ファイルを使用してその思考パターンを定義します。戦略ファイルはルーティングエンジンを制御し、必要に応じてそれらを呼び出し、その行動を重み付けします。

ストラテジーファイルの重要な役割を理解するためには、ルーティングが進行するにつれてルーティングタスクの性質がどのように変化するかを考えてみてください。ルーティングプロセスの初期に空のボードをルーティングするために使用されるアプローチは、ルーティング密度が増加するにつれて使用されるアプローチとは大きく異なり、それに応じて異なるルーティングエンジンが必要とされます。ストラテジーファイルに書かれた指示は、ルーティング空間が比較的空のときに特定の方法でルーティングエンジンを呼び出し、重み付けする方法、そして密に占有されたルーティング空間を通して最終ルートを押し込む際にエンジンとその重み付けを変更する計画を定義します。

オートルーターの思考プロセスまたは脳をストラテジーファイルに実装することで、Altiumはボード技術が変化するにつれてオートルーターを容易に進化させることができます。Situsストラテジーファイルは、今日利用可能なオートルーターの中で最も洗練されたストラテジーファイルの一つです。それはルーティングプロセスに関する数年間の研究を体現しており、多くのシニアPCBデザイナーの専門知識を捉えています。

PCBのオートルーティング

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Situs トポロジカルルーターは、オートルーティングの課題に新たなアプローチをもたらします。高度なトポロジーマッピングを使用して最初にルーティングパスを定義し、その後、この「人間らしい」パスを高品質のルートに変換するために、さまざまな実証済みのルーティングアルゴリズムを呼び出します。PCBエディターの不可欠な部分として、PCBの電気的およびルーティングルールの定義に従います。

オートルーティングの使用計画

Situsは設定して実行するのが簡単ですが、ツールが最適なルーティングを最小限のクリーンアップで生成するようにするために、事前にいくつかのステップを踏むことができます。オートルーティングに関するいくつかのヒントを以下に示します：

1. 最も制約の緩いネットを特定します。これらは、インピーダンス要件のない遅いデジタルネットであることが多いです。
2. オートルーティングしたいネットのグループを決定し、これらをネットクラスに追加します。
3. 最も重要なネットを最初にルーティングします。これらは、より高速な差動ペアネット、より高周波のRFネット、およびより低周波のアナログインターフェースであることが多いです。
4. ツールがトレースを配置できるように、ルーティングチャネルを開いておきます。
5. オートルーターツールを各ネットクラスに個別に適用します。特定のコンポーネントや個々のネットをターゲットにするためにツールを使用することもできます（下記参照）。

コンポーネントの配置

最終的に、コンポーネントの配置がルーティング性能に最も大きな影響を与えます。

Altium DesignerのPCBエディタには、動的に最適化された接続線など、コンポーネント配置を微調整するための多くのツールが含まれています。

最適なコンポーネント配置は、接続線ができるだけ短く、最も「絡まない」状態である場合です。

他の良い設計慣行には、パッド間のルーティング用の自由空間を最大化するために、パッドが規則的なグリッド上に配置されるようにすること、両面基板上で同じサイズの表面実装コンポーネントを正確に反対側に配置すること、およびデカップリング配置ガイドラインについてデバイスメーカーのデータシートを参照することが含まれます。これは配置を考慮する完全なリストではありませんが、いくつかの提案です。

キープアウトルーターは、配置されたキープアウトオブジェクトで構成される閉じた境界を必要とします。通常、この境界は基板の端に沿っています。配置されたオブジェクトは、適用可能なクリアランスルールに従い、この境界から適切な距離を保つことで、設計が持つ可能性のある機械的または電気的なクリアランス要件を満たすようにします。ルーターは、この外側の境界内のキープアウトだけでなく、レイヤー固有のキープアウトも遵守します。ボード形状の端に沿って閉じた境界を作成することができます。Line/Arc Primitives from Board Shape ダイアログを使用してください。キープアウトについての詳細は、オブジェクト固有のキープアウトを参照してください。

ポリゴンプア

ポリゴン（または銅）プアは、固体（1つ以上の銅領域で満たされる）またはハッチング（トラックとアークから構築される）のいずれかです。中から大規模なハッチングポリゴンプアには、多数のトラックとアークが含まれます。ルーターはそのようなポリゴンプアを含むボードをルーティングできますが、導入されるオブジェクトの数が多いため、ルーティングプロセスの複雑さが増します。

通常、ポリゴンプアは、必要な場合にのみ、たとえば、通常とは異なる形状のプリルーティングを構築するために使用される場合や、入力メインルーティングや重要なグラウンド領域など、ルーティング前に配置するべきです。それ以外の場合は、ルーティングが完了した後にデザインにポリゴンプアを追加することが望ましいです。

ルーティング可能ですか？

オートルータは、ルーティングプロセスを理解し、モデル化しようとします。もしボードに手作業でルーティングできないエリアが含まれている場合、そのエリアもオートルーティングされることはありません。もしルータがコンポーネントやボードの一部で継続的に失敗する場合は、インタラクティブにルーティングを試みるべきです。配置やルール設定の問題があり、全くルーティングできない可能性があります。

プレルーティング

重要なネットをプレルーティングし、ルーティングプロセスによって変更されないようにすることが重要であれば、Lock All Pre-routesオプションをSitus Routing Strategies ダイアログで有効にしてロックします。しかし、不必要なロックは避けてください。ロックされたオブジェクトが多すぎると、ルーティング問題がはるかに難しくなります。

差動ペアネットは、オートルータを使用する前に手動でルーティングし、ロックする必要があります。これを行わない場合、ルーティングが変更され、差動ペアの信号整合性が変わる可能性が非常に高くなります。

設計ルールの設定

用語default ruleは、クエリスコープがAllであるルールを指します。

ルールに最小値、推奨値、最大値が含まれている場合、オートルータは推奨値を使用します。

使用しているボード技術に適したルーティング設計ルールを確認してください。不適切または不適切な設計ルールは、非常に悪いオートルーティングのパフォーマンスにつながる可能性があります。ルーターは、ルーティングコーナールールを除く、すべての電気およびルーティング設計ルールに従うことに注意してください。

ルールは、PCBルールと制約エディタダイアログ（デザイン » ルール）で定義され、シタスルーティングストラテジーダイアログから直接アクセスできます。

ルールに最小値、推奨値、最大値が含まれている場合、オートルーターは推奨値を使用します。

Altium Designerのルールシステムは階層的です。すべてのオブジェクトに対するデフォルトルールから始め、異なる要件を持つ他のオブジェクトを選択的にターゲットにするために追加のルールを追加するという考え方です。たとえば、ボードで最も一般的に使用されるルーティング幅をカバーするデフォルトルールを持っているべきで、その後、他のネット、ネットのクラスなどを選択的にターゲットにするために、後続のルールを追加します。

ルールが正しいオブジェクトを対象としているかを確認するには、ルールのクエリをPCBフィルターパネルにコピーして、適用します。ルールによって対象とされたオブジェクトのみがフィルターを通過し、フルストレングスで表示されるべきです。または、PCBルールと違反パネルを使用して、現在のボードに定義された任意のルールに対するルール適用をすばやく確認します。

最も重要なルールは、幅とクリアランスのルールです。これらのルーティング技術設定は、ルーティングをどれだけ「密に」配置できるかを定義します。これらを選択することはバランスを取るプロセスです - トラックが広く、クリアランスが大きいほど、ボードの製造が容易になります。対して、トラックとクリアランスが狭いほど、ボードのルーティングが容易になります。製造業者に相談して、ルーティングの幅とクリアランスに関する彼らの「価格ポイント」を確立することが推奨されます。これらは、下回ると製造収率が低下し、PCBの価格が高くなる値です。電気的要件を満たすだけでなく、ルーティング技術はコンポーネント技術にも適合するように選択されるべきであり、各ピンをルーティングできるようにする必要があります。

ルーティング技術の一部である第三のルールは、ルーティングビアスタイルです。これも、使用されるトラックとクリアランスに適したものを選択し、選択した穴のサイズとアニュラリングの製造コストを考慮する必要があります。

過剰または不必要なルールは避けるべきです - ルールが多ければ多いほど、処理時間が増え、ルーティングが遅くなります。オートルーティングに必要ない場合は、ルールを無効にすることができます。

ルーティング幅

クエリがAll（デフォルトルール）であるルーティング幅ルールがあることを確認し、好ましい設定があなたが必要とする最も一般的なルーティング幅に適していることを確認してください。この幅が、適切なクリアランスルールと組み合わせて、すべてのパッドがルーティングされることを可能にすることを確認してください。より広いまたは狭いルーティングが必要なネットに対して、追加のルーティング幅ルールを設定します。

ピンがより広いルーティング幅のネット上にある細ピッチコンポーネントがある場合 - 例えば、電源ネット - 電源ピンからのテストルートアウトと、その両側のピンからのルートアウトも行い、これらのピンを物理的にルーティング可能であることを確認します。

クリアランス制約

特別なクリアランス要件を確認してください。例えば、基板の標準クリアランスよりも近いパッドを持つ細ピッチ部品などです。これらは、適切に範囲を定め、優先順位をつけた設計ルールを使用して対応できます。ルールを定義してフットプリントを対象とすることはできますが、そのフットプリントに接続する配線を対象とすることはできないことに注意してください。先ほど「配線幅」セクションで述べたように、コンポーネントのピンが配線可能であることを確認するためにテストルートを行ってください。

配線ビアスタイル

クエリがAllであり、好ましい設定が適切である配線ビアスタイルルールがあることを確認してください。デフォルトルールと異なるビアスタイルが必要なネットには、より高い優先順位のルールを含めてください。

Altium Designerは、ブラインドビアおよびバリードビアをサポートしています。これらを使用するかどうかは、レイヤースタックマネージャー（設計 » レイヤースタックマネージャー）で定義されたビアタイプによって許可されるレイヤーの交換によって決定されます。インタラクティブルーティングと同様に、オートルーターが2つのレイヤー間を切り替えるとき、現在のビアタイプの定義をチェックします - これらのレイヤーがブラインドまたはバリードレイヤーペアとして定義されている場合、配置されるビアはこれらのレイヤーを開始および終了レイヤーとして持ちます。ブラインド/バリードビアを使用する制限を理解することが重要です。これらは製造業者と相談してのみ使用されるべきです。製造スタックアップ技術によって課される制限だけでなく、信頼性およびテストアクセシビリティの考慮事項もあります。一部の設計者は、ブラインド/バリードビアを使用するよりも、ルーティングレイヤーを追加する方が良いと考えています。

ルーティングレイヤー

クエリが全てであるルーティングレイヤールールがあることを確認します。レイヤースタックで定義されたすべての有効な信号レイヤーがリストされます。必要に応じてルーティングを許可したいレイヤーを有効にします。特定のレイヤーのみでルーティングされるようにしたいネットには、より高い優先度のルールを含めます。

オートルーターによる特定のネット（またはネットのクラス）のルーティングを除外したい場合は、そのネットまたはネットクラスを対象とするルーティングレイヤールールを定義し、そのルールの制約領域で、有効な各信号層に対してルーティングを許可オプションが無効になっていることを確認します。ルールの優先度は、デフォルトルール（クエリがすべてのもの）よりも高くなければなりません。

レイヤー方向

レイヤーのルーティング方向は、Situsルーティング戦略ダイアログからアクセスできるレイヤー方向ダイアログで指定されます。有効なすべての信号層（レイヤースタックで定義されている）がリストされます。接続線の流れに合わせて適切なレイヤー方向を選択します。Situsはトポロジカルマッピングを使用してルーティングパスを定義するため、水平および垂直にルーティングすることに制約されません。通常、外層を水平および垂直にすることが最適です。ただし、多層ボードで「2時の角度」で多数の接続がある場合は、内部レイヤーの1つ以上をこの方向を優先するように設定します。レイヤーパターンパスは特にこの情報を使用し、適切な方向を選択することで、時間と品質の両方の観点からルーティング性能に大きな違いをもたらすことができます。角度付きレイヤーを使用する場合、このレイヤーに対して90度で走るパートナーレイヤーを持つ必要はないことに注意してください。ルーターは、角度付きレイヤー上の障害物を避ける必要がある場合、通常は水平または垂直にルーティングします。

Any方向を使用しない - 接続をルーティングするために選択されるレイヤーは、接続がレイヤー方向とどれだけ密接に一致しているかに基づいているため、このレイヤーは最後の手段となるレイヤーです。Any方向は、通常、片面基板でのみ使用されます。

ルーティング優先度

ルーティング優先度ルールを使用して、難しいネットや最もクリーンなルーティングを行いたいネットに高い優先度を設定します。

SMDファンアウト制御

クエリシステムには、IsLCC（リードレスチップキャリア）、IsSOIC（スモールアウトラインIC）、IsBGA（ボールグリッドアレイ）を含む、異なる表面実装コンポーネントパッケージを特定にターゲットするキーワードが含まれています。デフォルトルールは、最も一般的なパッケージに対して自動的に作成され、オートルーティングプロセスの早い段階でファンアウトパスが実行されるため、コンポーネントに適用されないルールを保持してもペナルティはほとんどありません。ボード上に表面実装コンポーネントがある場合は、少なくとも1つのSMDファンアウト制御設計ルールを持つべきです - すべての表面実装コンポーネントをターゲットにする単一ルールの適切なクエリはIsSMTComponentです。各クエリキーワードがコンポーネントパッケージをどのように識別するかについての情報は、Query Helperを開き、必要なキーワードを入力してF1を押してください。

ファンアウトルールには、パッドを内側にファンインするか、外側にファンアウトするか、またはその両方の混合で制御する設定が含まれています。ファンアウト制御ルール属性の動作に慣れるために、ルート » ファンアウト » コンポーネントコマンドを、ネットが割り当てられていない任意の表面実装コンポーネントで実行できます。これを使用して、ボードで定義された現在のルーティング技術でコンポーネントがどの程度うまくファンアウトするかを確認するだけでなく、ライブラリにプリファンアウトフットプリントとして保持したいコンポーネントをファンアウトするためにも使用できます。PCBワークスペースでファンアウトされたら、コンポーネントとファンアウトトラックおよびビアをコピーしてライブラリに貼り付けます。

ルールの優先順位

ルールの優先順位、または優先度は、設計者によって定義されます。ルールの優先度は、オブジェクトが複数のルールによってカバーされている場合にどのルールを適用するかを決定するために使用されます。優先度が正しく設定されていない場合、ルールが全く適用されていないことがあります。

たとえば、InNet('VCC')のクエリを持つルールがAllのクエリを持つルールよりも低い優先度を持っている場合、AllルールがVCCネットに適用されます。PrioritiesボタンをPCB Rules and Constraints Editor dialogで使用して、Edit Rule Priorities dialogにアクセスし、必要に応じて優先度を微調整できます。2つのルールの範囲が重複しない（同じオブジェクトを対象としない）場合、優先度は重要ではありません。たとえば、これら2つのルールの範囲のどちらが高い優先度を持っていても差はありません - InNet('VCC')またはInNet('GND')。

黄金律

最も重要なステップは、オートルーターを開始する前に設計ルールチェック（DRC）を実行することです。Route » Auto Route » Setup、またはRoute » Auto Route » Allコマンドを使用すると、Situsは独自の事前ルーティング分析を実施し、その結果をSitus Routing Strategies dialogのレポートとして提示します。

ルーティング設定レポートがクリーンであることを、オートルーターを開始する前に確認してください。

このレポートには、以下の情報が含まれています：

• オートルーターによって遵守される、現在デザインに定義されている設計ルール（および各ルールに影響を受ける設計オブジェクト - ネット、コンポーネント、パッド - の数）
• すべての信号ルーティング層に定義されたルーティング方向
• ドリルレイヤーペアの定義

このレポートは、ルーターのパフォーマンスに影響を与える可能性のある問題をリストアップします。可能な限り、デザインをオートルーティングのためにより良く準備するためのヒントが提供されます。リストされたエラー/警告/ヒントはすべて検討され、必要に応じて、対応するルーティングルールを調整してから、デザインのルーティングに進むべきです。

オートルーターが直面する可能性のある問題を理解するために、すべてのエラー、警告、ヒントを確認してください。

オートルーターを開始する前に、ルーティング関連のルール違反が解決されていることが不可欠です。違反があると、違反のある場所でのルーティングが阻止されるだけでなく、ルーターがルーティング不可能なエリアを繰り返しルーティングしようとして大幅に遅くなる可能性があります。

オートルーターの実行に関するヒント

• オートルーターのコマンドは、Route » Auto Routeサブメニューにあります。
• ルート » オートルート » すべてとルート » オートルート » 設定のコマンドはどちらもシチュース ルーティング ストラテジー ダイアログを開きますが、すべてを選択した場合、ダイアログにはすべてをルーティングボタンが含まれています。
• 実験を恐れないでください。結果が満足できない場合は、ルーターのアプローチを変更してください。中間のクリーンアップと直線化のパスを追加する、密集エリアの周りにもっとスペースを作る、レイヤーの方向を変更するなどです。
• ルーターを実験する際に - パスの順序を制御する独自の戦略を作成し、ビア制御でビアの数を変更し、ルーティングレイヤーの方向を変更し、ルーターを直交ルートのみに制約するなど - 試した組み合わせのメモを取ってください。そうすることで、デザインに最適な設定を特定して再利用することができます。
• まずはファンアウトパスを単独で実行し、品質を評価してください。問題のあるエリアは手動でファンアウトする必要があるかもしれません。

ルーティングパスとルーティング戦略

現在定義されているルーティング戦略は、Situs ルーティング戦略ダイアログの下部にリストされています。追加ボタンをクリックすると、Situs 戦略エディタダイアログにアクセスでき、新しい戦略に含めるパスを指定できます。または、既存の戦略を複製するために複製ボタンを使用し、必要に応じて編集します。

複製した戦略の編集例。

ユーザー定義の戦略はいつでも編集できますが、これらのデフォルト戦略は変更できません：

• クリーンアップ
• デフォルト 2 層ボード
• エッジコネクタ付きデフォルト 2 層ボード
• デフォルト マルチレイヤーボード
• 一般直交
• ビア ミザー

以下のルーティングパスが利用可能です。パスは任意の順序で使用できますが、既存の戦略を調べてパスの順序を確認することをお勧めします。

 

 

オートルーターの結果例

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この例では、最近のビデオで使用されたインターフェースブレイクアウトボードを取り上げ、いくつかのネットにオートルータを適用します。オートルータが間違いを犯す時、複雑で（おそらく相互に排他的な）ルールセットをどのように扱うか、そして一般的にツールをどのように使うかを見ることが目標です。

始めるにあたり、この例で基準として使用する完成したボードがあります。このボードは手作業でルーティングされました。以下に示します。

このボードは、レイアウトとルーティングに必要なルールの観点から少なくとも半複雑です。このボードは、ボードの反対側にあるいくつかのSMDコネクタ間のインターフェースボードです。レイアウトルールには差動ペアの制御インピーダンスが含まれ、ボードには複数の電源レール、グラウンド、およびいくつかの差動チャネル用の内部レイヤーが含まれています。

この例では、以下の設定が使用されました：

• 一般的な直交ルーティング戦略（上層と下層は水平、SIG1とSIG2は垂直）
• すべてのプリルートはロックされました
• すべてのネットは低速デジタル（GPIOおよびI2C）で、インピーダンス制御は必要ありませんでした
• 合計で27のネットがルーティングを必要としました

最後のポイントとPCBスタックアップの構築により、これらの信号を複数の層を通して、複数のビアを介して、そして長さの制限なしにルーティングすることが一般的に可能になります。より複雑なボードや密度が高い場合は、より専門的な設定が必要になるかもしれません。

信号層でのルートの結果は以下の通りです。

 

 

では、結論は何でしょうか？この特定のケースでは、下層での1つの短絡違反のみのクリーニングが必要でした。これは、上層の水平コネクタのピンの配置を考えるとかなり良い結果です。これは適切だと思います

最終的な考え

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このチュートリアルを通じて、私は重要なことに気づきました。オートルーター戦略とボード内の受け入れ可能なルーティングトポロジーは一致する必要があります。例えば、多層ボードでネットの数が多く、直交レーンでのオートルーティングを実装したい場合、特定のオートルーターがこの戦略を実装するのに最適であるのは、オートルーターに直交オプションが組み込まれている場合のみです。このアプローチはあなたにとって正しいでしょうか？それはすべて、あなたの特定のワークフローとデザインへのアプローチに依存します。

すべてのボードがこれに適しているわけではありません。いくつかの例では、直交戦略、エッジコネクタ戦略、または2層ルーティングが、すべてのネットの運用要件を満たさないボードを示しました。この場合、最も敏感なトレースを最初にルーティングし、残りのネットをオートルーティングしようとするのが良いでしょう。最近話した良い例は大規模な位相配列で、フィードラインは非常に正確な位相マッチングを必要とし、セットアップ時間が手動ルーティングと調整時間を超える可能性があります。これらのトレースがとても重要なので、手作業でルーティングするのが理にかなっています。

良いオートルーターの性能は、ユーザーのスキルと設定に必要なレベルによってのみ決まると思います。必要なルールを設定するために時間をかけ、各回でオートルートする特定のネットのグループを計画し、クリーンアップ戦略を練ることで、手作業による再作業を最小限に抑えることができます。自動化ツールの素晴らしい点は、他の設計に再利用できることです。ルールプロファイルが作成されると、他のPCBレイアウトでのオートルーティングに実装することができます。

PCB設計に最適な自動化ユーティリティにアクセスする必要がある場合は、Altium Designer®の完全なPCBレイアウトおよびルーティングツールセットを使用してください。設計が完了し、製造業者にファイルをリリースしたい場合、Altium 365™プラットフォームを使用すると、プロジェクトの共有やコラボレーションが簡単になります。

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