高速PCB設計入門：シグナルパス

直行便がなくても、航空旅行の計画を立てたことはありますか？私はありますが、おそらくすでにご存知の通り、それは問題ではありません。私は航空会社のウェブサイト上の旅行プランナーを使用し、旅行のすべての詳細を計算してもらいます。私がすることは、出発地と目的地を入力するだけで、プランナーが私の行程を決定してくれます—乗り継ぎに十分な時間を確保して。

もし、すべての旅行計画を自分自身で行わなければならなかったら、どれだけの時間がかかるか想像できますか？異なる航空会社、フライト、出発と到着の時間を調査し、そのすべての情報をまとめて最適なルートを計算しなければなりません。

複数の乗り継ぎ便が必要な航空旅行は、プリント基板上の信号経路と非常に似ています。信号経路には始点と終点があり、その間にはいくつかの接続があります、まさに航空旅行のように。そして、行程をタイミングする必要があるように、PCB上で信号経路をルーティングしようとすると、すべての個々のネットの長さとパラメータを決定する必要があります—少なくとも時間がかかる提案です。

幸いなことに、PCBレイアウトソフトウェアツールを使用して、航空会社のウェブサイトが旅行計画ツールを使用して旅行を設定するのと同じ方法で信号経路を管理できます。信号経路と、今日のPCBレイアウトソフトウェアツールがそれらを扱うのにどのように役立つかを見てみましょう。私はあなたを何かのエキゾチックな砂漠の島へのトラブルフリーの旅を約束することはできませんが、次の高速PCB設計で信号経路をどのように扱うことができるかについてのより良い理解を約束できます。

信号経路とは何か？

信号経路とは、信号がその起源から複数のコンポーネントとネットを通って目的地までたどる経路のことです。例えば、インライン終端抵抗器を持つ二つの部品間の単純な伝送線を考えてみましょう。最初のネットはドライバーピンを抵抗器の一方の端に接続し、二番目のネットは抵抗器の他方の端をレシーバーピンに接続します。CADシステムではこれは二つの異なるネットですが、高速設計の目的では、これら二つのネットは一つの信号経路を形成します。

高速PCBを設計する際には、トレースの幅やボードレイヤースタックアップの指定方法を通じてインピーダンスを制御することができます。また、トレースルーティングの長さを制御し、そのトレースの長さを他のトレースと一致させることもできます。高速PCB設計スキルを発展させる次のステップは、信号経路のルーティングです。制御されたインピーダンスと一致したトレースの長さをルーティングする必要があるだけでなく、個々のネットではなく、全体の信号経路に対してそれを行う必要があります。幸いなことに、今日使用されているCADツールは、信号経路のルーティングに多くの助けを提供してくれます。

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ルーティングのための信号経路の設定

信号の整合性を維持する信号経路を構成するには、CADツールで信号経路クラスを作成し、適切なネットをそのクラスに割り当てます。ネットを信号経路クラスに割り当てる際、手動で割り当てることもできますし、ソフトウェアにこのオプションがある場合は、CADツールが指定したドライバーとレシーバーに基づいてネットを自動的に割り当てることもできます。ネットを手動または自動で割り当てる場合でも、正しい順序になっていることを確認する必要があります。これは、信号経路ネットのルーティングトポロジーが正しい順序であることが重要です。多くの設計者は、信号クラスのネットを自動的に割り当て、必要に応じて手動で順序を再調整します。

ネットが信号経路クラスに割り当てられると、信号経路クラスの他のパラメータを指定することができます。これらのパラメータには、許可されるルーティングの最大および最小長さ、使用できるビアの最大および最小量が含まれます。

高速PCB設計における信号経路のメリット

定義された信号経路を使用することで、高速PCB設計に大きな利益をもたらします。最適な接続順序のための信号経路トポロジを指定し、個々のネットではなく、信号経路全体に対してトレース長の制約を使用してルーティングし、その信号経路の長さを他の信号経路の長さとも一致させることができます。

過去には、PCB設計者はルーティング中にネットの長さを個別に追跡しなければなりませんでした。その後、望ましい信号経路の長さをどれだけ長くまたは短くするかを知るために、それらの長さを手動でまとめなければなりませんでした。今日のCADツールで信号経路が定義されているため、ルーティング中にリアルタイムで長さの報告とチェックが可能になりました。ネットは接続目的で個々のネットとして扱われますが、信号経路内のすべてのネットは長さと他の高速パラメーターで一緒に計算されます。航空会社があなたの旅程を整理するのを許可するように、レイアウトツールで信号経路を使用することは、高速ルーティングを整理することでボード全体のスムーズな移動を保証するのに役立ちます。

PCB設計ソフトウェア、例えばAltium Designerには、信号経路を定義し、ルーティングするための高度な機能が組み込まれています。xSignals機能を使用すると、信号経路を構成する個々のネットを定義し、管理することができます。xSignalsとAltium Designerの強力なルーティングユーティリティの助けを借りれば、次回の高速PCB設計に向けてより良い準備ができます。

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