Altium Designerで回路図からPCBレイアウトを作成する方法

読者の皆さんにはいつものように、PCB回路図をまとめるという素晴らしい仕事をしていただきました。回路を定義したところで、PCBレイアウトに進む準備が整いました。しかし、今回は少し勝手が違います。通常のレイアウトリソースが利用できないか、最初のレイアウトを自分で作成したいと思うかもしれません。理由が何であれ、PCB設計の基板に関する作業を開始する準備はできていても、Altium DesignerのPCB回路図から作成する方法はご存じでないでしょう。

幸いなことに、Altium Designerの次のステップは非常に簡単です。ここでは、非常に単純なPCB回路図を見て、それを真新しいPCB設計と同期させるために何をする必要があるかを見ていきます。この単純で小さな設計は、おそらく現在取り組んでいる回路図とはまったく異なりますが、回路図から回路基板へのデータ転送の基本的な手順は同じです。PCB回路図からPCBレイアウトを作成することは難しくありません。Altium Designerは、回路図からPCBへのオールインワンの変換装置として機能します。

Altium Designerで回路図をPCBレイアウトに変換する方法

Altium Designerで回路図をPCBレイアウトに変換するプロセスでは、次の3つの簡単な手順に従います。

• ステップ 1: 設計の同期を準備

• ステップ 2: 回路図エディターを使用して設計データをPCBにインポート

• ステップ 3: レイヤースタックを定義

ステップ1では、回路図とPCBレイアウトの同期を妨げるような設計ルール違反がないか回路図をチェックします。PCBレイアウトが作成されると、この最初の同期ステップにより、回路図のその後の変更をPCBレイアウトにすぐにインポートできるようになります。ステップ2では、回路図エディターを使用して基板を空のPCBレイアウトにインポートします。現在のプロジェクトで新しいPCBファイルを作成し、回路図エディターを使ってコンポーネントのフットプリントを新しいPCBにインポートする必要があります。ステップ3では、新しいPCBのレイヤースタックを定義します。この3つの手順を完了したら、コンポーネントの配置とコンポーネント間のトレースの配線を開始できます。

Altium Designerで既存の回路図ファイルを新しいPCBにインポートできますか？

答えは「はい！」です。別のプロジェクトの既存の回路図ファイルがあり、その回路図を新しいPCBにインポートする場合は、その既存の回路図ファイルを新しいプロジェクトに追加し、上記の3つの手順に従うだけです。回路図を再作成する必要はありません。既存の回路図をAltium Designerの新しいレイアウトにインポートする場合は、設計の再利用に関するいくつかのベストプラクティスに従ってください。設計の再利用の詳細については、この記事をご覧ください。

設計を再利用して回路図を新しいPCBにインポートすることにした場合は、PCB回路図のシンボルとコンポーネントのフットプリント用のライブラリを必ず作成してください。Altium Designerのコンポーネントライブラリの既定のセットにない特殊コンポーネントを使用している場合、このようなライブラリの作成は非常に重要です。また、他のPCB設計者が作成したPCB回路図を再利用したい場合も同様です。

PCBレイアウトエディターにできること

基板、回路、また基板。いたるところにトレースがあり、時折猿が飛び回っています。はい、そのうちの1つは関係ありませんね。

実際には、回路図からPCBレイアウトへの変換に主に必要なのは、コンポーネントとコンポーネントの配置機能、および銅箔の配置を行うためのトレースとトレース配線にアクセスできることです。これらの初期要件を満たしたら、プリント基板のビューやPCBフットプリント、Gerber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する必要があります。

理想的なのは、回路図エディターで回路図をPCBに変換し、完成レイアウトに簡単に変換することです。その後、コンポーネント、銅箔設定、ECAD/MCAD設計チームによる介入、購入要件を確認して、PCB設計ファイルを製造用に最適化することができるようになります。

このプロセスの一部として、Altium Designerには、誤りのないPCB設計を回路図から確実に作成する上で役立ついくつかの重要な設計が含まれています。Altium Designerのレイアウトを設計ルールや制約と照らし合わせてすばやくチェックしたり、レイヤースタックを簡単に定義したり、設計のシミュレーションを実行したりすることができます。Altium Designerの統合設計ツールは、回路設計用の外部プログラムを使用せずにPCB回路図とレイアウトの同期を維持するように設計されており、PCB回路図から回路基板のプロセスを効率化します。

この動画では、Altium Designerで回路図からPCBを作成する方法を学べるように、基礎から始めるクイックデモをご覧いただけます。

Altium Designerで回路図をPCBにインポートする方法を見てみましょう。

ステップ 1: 設計の同期を準備

まず、PCB回路図の最終確認をして、レイアウトを開始する準備ができていることを確認します。もちろん、フロントエンドの設計と回路設計がこれで完了したわけではなく、製造に進む準備ができるまで何度も変更することになるでしょう。しかし、レイアウトにサプライズがないようにしたいものです。忘れてしまったコピー、削除されたはずの部品など、重複した回路を探してください。

Altium DesignerのPCB回路図エディター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。それには、コンポーネントとネット間の接続マッピングなど、設計のすべての内部詳細を生成する回路図をコンパイルする必要があります。設計がコンパイルされている間、様々なチェックが実行され、PCB回路図が設計ルールに従っているかどうかが検証されます。コンパイルの前にプルダウンメニューコマンド、[プロジェクト] > [プロジェクトオプション] の順に移動して、これらのルールを設定する方法を見てみましょう。

Altium Designerの [プロジェクトオプション] 設定

上の図は、オプションダイアログボックスの最初の4つのタブの写真を示しています。最初のタブでは、どのエラーを確認し、どのように報告するかを設定できます。次のタブでは、どのピンタイプを相互接続できるかを設定し、3番目のタブでは、ネットとコンポーネントのクラスを設定できます。最後は、コンパレーターの設定を表示するタブです。

このタブでは、回路基板の回路図とレイアウトの相違をどのように報告するのかを管理します。PCBに設計ルールをさらに追加する場合に重要になります。ほとんどの場合、ここで多くの変更を行うことはありませんが、設定の詳細については、Altium Designerのドキュメントで確認できます。

これで、PCBドキュメントの回路図をコンパイルする準備が整いました。[プロジェクト] > [PCBプロジェクトをコンパイル..] プルダウンメニューに移動して、コンパイラを起動します。設計にエラーがない場合、PCB回路図設計セッションはメッセージを返しません。

エラーがどのように見えるかを示すために、下図でR1をQ1に接続するネットの一部を削除し、コンパイラを実行しました。ご覧のように、ネット「NetC1_1」にはピンが 1 つしかないことが報告されています。そのネットを再接続すると、コンパイラはエラーを報告することなく実行されました。

設計エラーのコンパイラレポート

ステップ 2: 回路図エディターを使用して設計データをPCBにインポート

これで、回路図をPCBレイアウトに変換する準備が整いましたが、最初にPCBも転送する必要があります。プロジェクトを右クリックし、下図に示すように、[プロジェクトに新規追加] > [PCB] を選択します。これで、プロジェクトツリーにPCBオブジェクトが作成されます。作成されたら右クリックして新しい名前で保存します。私の場合は、回路図オブジェクトと同じ名前で保存しました。

Altium Designerで新しいPCBオブジェクトをプロジェクトに追加

PCBオブジェクトを作成したら、少し時間をかけて、レイアウト作業の開始に必要な設定を行う必要があります。まず、必要なグリッドを設定し、プリント基板レイアウトの原点を設定します。この設定に必要なメニューコマンドは、[表示] > [グリッド] プルダウンメニューと[編集] > [オリジン] プルダウンメニューにあります。また、必要なサイズと形状になるように、基板外形を編集または再作成します。それには、まず [表示] プルダウンメニューで基板ビューを2Dから基板プランニングモードに変更し、次に [設計] プルダウンメニューで適切な編集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設計に転送する準備が整いました。回路図エディターとPCBエディターはAltiumの同じプログラムに含まれており、メインメニューに [PCBコンバーターへの回路図] コマンドがあります。PCBエディターのトップメニューで、[設計] > [変更をインポート…] プルダウンメニューコマンドを選択します。以下に示すように、[エンジニアリング変更の順序] ダイアログボックスがポップアップ表示されます。

Altium Designerの [エンジニアリング変更の順序] ダイアログボックス

まず、ダイアログボックスの左下にある [変更を検証] ボタンをクリックします。PCBと回路図データを同期して行った変更が検証されると、ダイアログボックス右側の [確認] 列に、これらの項目や回路図シンボルが正常に検証されたことを示す緑色のチェックマークが付きます。完全に同期された設計を得るには、検証されていない項目を調査して修正する必要があります。

次に、[変更を実行] ボタンをクリックします。これらの変更の実行には少し時間がかかります。エンジニアリング変更指示ダイアログボックスで変更の進行状況を確認できます。完了すると、下図に示すように、すべての項目の [完了] 列に緑色のチェックマークが付きます。

変更を検証して実行した後の [エンジニアリング変更順序] ダイアログボックス

これで、設計データが回路図から回路基板に正常に転送されました。[エンジニアリング変更順序] ダイアログボックスを閉じると、コンポーネントが下図のように基板外形の横に配置されているのがわかります。

回路図データがレイアウトに正常に転送され、配置する準備ができました

上の画像では、コンポーネントがPCBエディターウィンドウの右下にあることがわかります。Altium Designerで回路図をPCBにインポートすると、コンポーネントがPCBエディターウィンドウに疑似ランダムに配置されて表示されます。プリント回路基板の周囲にコンポーネントを配置する前に、基板のレイヤースタックを作成し、 基板サイズを調整することをお勧めします。配線方法にはビアの使用が含まれる可能性があり、電源と接地にプレーン層を使用する可能性が高いため、ここでこの作業をする必要があります。次のステップに進み、レイヤースタックを作成します。

ステップ 3: レイヤースタックを定義

レイアウトの作業を進める前に、まだやっておくべきことがあります。コンポーネントとデシグネータについて考え、コンポーネントに関する必要な情報を収集し、サプライヤーに確認をとることが必要です。また、 基板層の物理的なスタックアップ、それらの層の表示、設計ルールについてPCBを設定する必要があります。

Altium Designerのレイヤー構成マネージャー

上の図は、Altium Designerのレイヤー構成マネージャーを示しています。このコマンドは、[設計] プルダウンメニューにあります。PCBsスタックアップで物理層を追加、コピー、削除、および移動できます。基板の信号配線、パワープレーン、絶縁層のレイヤーを追加できます。レイヤー構成マネージャーには、インピーダンス計算機能もあります。

設計ルールを設定するには、[設計] プルダウンメニューにある [PCBルールとエディターの制約] を使用します。最後に、「構成を表示」パネルを使用して、PCBレイヤーとオブジェクトの表示を設定します。以下は、ビュー設定パネルの [レイヤーと色] タブの例です。

Altium Designerの [構成を表示] パネル

PCB回路図データがレイアウトに転送されたので、PCBにコンポーネントを配置する準備が整いました。コンポーネントを新しいPCBにドラッグして、PCBレイアウトを作成できます。コンポーネントを配置したら、Altium Designerの配線機能を使用してコンポーネント間のトレースの配線を開始できます。

上に示されてる [構成を表示] パネルは、コンポーネントの配線や配置を行いながら特定のレイヤーをオンにすることができるため、レイアウト作業を迅速に行う上で非常に便利な機能です。コンポーネントを配置するときは、参照に使用する表面層、シルクスクリーン層、メカニカル層、GNDプレーン層をオンにしておくとよいでしょう。そうすると、プリント基板のシグナルインテグリティーや接地の問題を引き起こすレイアウトミスを防ぐことができます。[構成を表示] パネルは非常に便利です。各種レイヤーのオン・オフを切り替えることで、コンポーネントの配置や配線を明確に確認することができます。

Altium Designerは、統合設計環境で構築された唯一のPCB設計ソフトウェアパッケージであり、ここで示したように、回路図からPCBを簡単に作成できます。PCBと回路図の間で設計データのやり取りができるため、多くの設計作業を簡素化し、生産性を向上させることができます。回路図から回路基板に設計データを簡単な転送できる機能は、Altium Designerが実現するあらゆるメリットの手始めにすぎません。

Altium DesignerをPCB回路図およびレイアウトソフトウェアとしてまだご使用でない場合は、Altium Designerのエキスパートに相談して、PCBプロジェクトを次のレベルに引き上げましょう。