階層回路設計はPCB回路図のレイアウトにどう役立つのか

皆さんが働いている会社の構造は、組織図で明確にされていますか? だとすれば、階層構造がいかに便利なのかをご存知でしょう。誰が誰の部下で、どの部門が上下関係にあるか、といったことを把握していれば、特定の質問や仕事について誰と話をすればよいのかがわかります。一方で会社にそういった組織構造がない場合は、たくさんの混乱を招きかねません。

PCB設計の回路図の組織は会社の組織と似ています。小さな回路図であれば、1つや2つのシートに表示して簡単に作業できます。ただし、複数のシートで構成される回路図になると、異なるシートに分散した部品や機能を見つけるのが困難になることがあります。会社の構造を示す組織図と同じように、階層回路図では設計の構造が組織化されて表示されます。

階層回路図のレイアウトがもたらす利点は莫大になる可能性があります。そこで、回路図を階層化して設計に役立てるさまざまな方法をご紹介します。その前にまず、階層回路図がどのようなもので、CADシステムでどう機能するのかについて確認しておきましょう。

典型的なPCBの回路図

階層回路設計とは

階層回路設計（ブロック設計）では、異なる回路図の設計がメインデザインのトップシートにブロックシンボルで表示されます。大規模な設計では、ブロックシンボルのあるトップシートが複数になる場合もあります。一部のケースでは、トップシートのブロックシンボルが、ブロックシンボルの追加された別のシートを示すこともあります。

トップシートのそれぞれのブロックシンボルは、回路図を表します。このよい例は、電源のあるプロセッサーの回路図でしょう。電源のブロックシンボルはプロセッサーデザインのトップシート上にあり、その電源の回路図を表しています。ブロックシンボルを選択して開くと、電源の回路図が表示されます。

階層回路図の作成と管理

設計で回路図の階層ブロックを作成するには2つの方法があります。

1. 新しいブロックシンボルから子デザインを作成する: トップシートにブロックシンボルを作成し、そのブロックシンボルから新しい設計を開始します。このデザインは個別の回路図として保存されますが、新しい回路図はブロックシンボルによってメインデザインに組み込まれます。
2. 既存のデザインをメインデザインに取り込む: 既存の回路図を取り込んで、メインデザインのトップシートに作成したブロックシンボルと関連付けます。

個別の回路図が組み込まれると、回路図エディターでデータの不一致が管理されます。もう一度プロセッサーデザインを例にしてみましょう。電源は個別の回路図ですが、そのブロックシンボルは、メインデザインの一部になっているプロセッサーの回路図に取り込まれます。また、すべてのネット名とデジグネータが一致するように管理されます。

階層は回路図レイアウトの整理に役立つ

階層回路図のレイアウトはどう役立つのか

階層回路図では、トップシートで設計のシステムレベルの機能を表示し、個々のブロックシンボルからそれぞれの機能領域へと降りていくことができます。これは工学技術者、テスト技術者、現場技術者が活用できる、回路図を整理するために極めて有益なツールです。また、階層回路図には下記の利点もあります。

• 回路の同一ブロックの作業負荷が軽減されます。たとえば、8つのチャンネルのデザインに対して、回路で同じ8つのチャンネルを作成する必要がなくなります。つまり、チャンネルの回路の回路図を一つ作成し、同じチャンネルのデザインに紐づく8つのブロックシンボルを配置するだけで済みます。また、回路図エディターでネットとリファレンスの名前が変更され、それらの不一致が解消されます。
• チームによる設計が促進されます。異なる回路設計に紐づくブロックシンボルを簡単に追加できるため、複数の技術者が同じデザインの別の領域を作業することが可能です。たとえば、電源とマスタープロセッサーの設計も同時に進行させることができます。チームの準備が整ったら、電源のブロックシンボルをメインデザインに追加します。
• デザインを再利用できます。電源などの個別のデザインを外部で保存し、新しいデザインで必要になったときにそれらのデザインを追加します。保存されたデザインは、さまざまな回路図部品のライブラリーと同じ方法で管理できます。

回路図のレイアウトで階層回路図の設計手法を使うと、作業負荷を軽減してチームメンバーとさらに連携しながら、設計をよりよく組織化できます。まだ階層化を使ったことがない場合は、ぜひチェックしてみてください。

Altium DesignerなどのPCB設計ソフトウェアには、高度な階層回路図の設計機能が組み込まれています。こうした機能は、設計時間を短縮しながらよりよい設計を行うのに役立ちます。

Altiumは、回路図のレイアウトについて皆さまをサポートいたします。ぜひ、Altiumの専門家にお問い合わせください。