PCB設計プロジェクトにおけるネットリストとは何か？

ECADソフトウェアやPCBレイアウトエディターの裏側で動作している重要なデータセットがあり、それはコンポーネント間の接続を定義しています。このデータセットは通常、単一のファイルに格納されており、ネットリストとして知られています。異なるCADシステムには異なるネットリスト形式がありますが、PCB設計ソフトウェアで重要な機能を果たしています：コンポーネント間の接続性を定義することです。

ネットリストは回路図から始まる

すべてのネットリストは回路レベルで定義され、CADツールによって回路図のスキーマティックシートから構築されます。スキーマティックエディターは、コンポーネントを配置し、回路を描画する際に、自動的にまたは手動のコンパイラツールを使用してネットリストを作成します。その後、このネットリストはSPICEシミュレーションプログラムやPCBエディターなど、他のCADシステムで使用できます。Agilentの古い文書によると、初期のマイクロ波CADツールやシミュレーターも、Sパラメータを使用した線形マイクロ波回路解析を行うために独自のネットリストを使用していました。

ネットリストの使用方法に関わらず、特定の形式に従う人が読めるデータのセットを含んでいます。技術的には、スキーマティックシンボルが利用可能であれば、ネットリストから回路の全セットをグラフィカルに再構築することができますが、これは通常、CADシステム間でファイル形式を変換する際に行われます。

すべてのネットリストがコンポーネント間の電気的接続を定義するため、それらは回路図ツールや回路図キャプチャプログラムから作成されます。Altium Designerや他のPCB CADツールで使用される回路図ネットリストは、PCBレイアウト内のコンポーネントパッド間の接続性を定義するために使用されます。

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ネットリストの種類

ネットリストは回路図から始まるため、ECADソフトウェアのPCBプロジェクトで使用される回路図の種類（フラット対階層）に似ています。

• フラットネットリスト - このカテゴリのネットリストは、階層ネットリストとは対照的に、回路や設計で実装されたすべての接続を単純に含んでいます。たとえばSPICEネットリストのように、ほとんどのネットリストはフラットネットリストになります。
• 階層ネットリスト - FPGA開発で一般的に参照されるように、階層ネットリストはネットの中でいくつかのグループ化を定義します。PCB設計では、ネットは通常回路図ごとにグループ化されますが、FPGAでは、ネットはバンクごと、またはターゲットデバイスに開発されているインスタンス化されたロジックごとにグループ化されることがあります。
• 回路図ネットリスト - これらのネットリストは回路図キャプチャプログラムから直接エクスポートされ、プロジェクトが階層的であってもフラットネットリストに変換される場合があります。
• SPICEネットリスト - SPICEシミュレーションパッケージで使用され、内部コンポーネント間または電気的挙動を定義する機能間の電気的接続を定義します。これらは数値計算を行い、回路内の他のノードで観測される電圧/電流値を定義するために使用されます（下記参照）。

これらはベンダー固有の形式で提供されることがあります。例えば、LTSpiceが使用するSPICEネットリストのデータ形式は、PSpiceが使用するデータ形式とは異なります。PCB設計や回路図キャプチャソフトウェアによって生成される回路図ネットリストも同様です。ECADソフトウェアの内外で使用できるベンダーニュートラルな形式もあります。

ベンダーニュートラル形式

ネットリストは電子ECADプログラム、CAMソフトウェア、EDAソフトウェアで特定の用途を持ちますが、ネットリストに使用される単一のファイル形式はありません。データは通常、人が読める形式でありますが、ネットリストファイルで使用されるデータ構造は、すべてのCADベンダー間で標準化されていません。

ネットリスト形式の範囲はさまざまですが、設計の接続性を調べるために使用できるベンダーニュートラルなファイル形式があります。最も顕著なベンダーニュートラル形式には、次のものが含まれます：

• EDIF（Electronic Data Interchange Format）
• IPC-D-356
• IPC-2581

ネットリストの使用

ネットリストが論理レベルで作成されると、PCBエディター、シミュレーションプログラム、CAMソフトウェアで使用できます。

エアワイヤ（ラッツネスト）構築

あなたのCADプログラムは、ネットリストのテキスト情報を使用して、PCBレイアウト内のパッド間の等価接続を決定できます。2つのパッドが同じネットに割り当てられている場合、PCBエディターはその接続を使用して、オープン/ショートをチェックし、ネット接続を強調表示し、PCBルーティングを支援するためのエアワイヤを構築します。

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PCBレイアウトには、コンポーネントの位置と向きを定義する座標と回転が含まれ、コンポーネントデータには、コンポーネントの回路図シンボルに表示される各ピンの相対的なパッド位置が含まれます。ネットリストがシンボル内の各パッド間の接続を定義しているため、その同じ接続データを使用して、PCBエディター内のパッド間にエアワイヤを描画できます。これは、ECADソフトウェアが未接続のネット間にエアワイヤを表示するために使用する基本原理です。

シミュレーションと検証

シミュレーションプログラム、特にSPICEシミュレーションエンジンや特化した回路シミュレータ（例：SiMetrix）は、ネットリストで定義された回路接続を使用して電気シミュレーションを構築します。シミュレータは、ネットリストを使用してシミュレーションを構築および実行する際、異なる種類のコンポーネントや信号の種類（アナログ対デジタル）を必ずしも区別しません。代わりに、ネットリストの情報はコンポーネントを参照し、それらのコンポーネントに添付されたシミュレーションモデルまたはサブサーキットがシミュレーションの数値計算を実行するために使用されます。

ECAD/EDAソフトウェアを超えて

ネットリストは、回路図のキャプチャやPCBレイアウトの外側の領域でも使用され、PCB設計ソフトウェアからの必要なファイルエクスポートの1つである場合があります。ネットリストがまた使用される2つの重要な領域は次のとおりです：

• PCB製造 - 製造/組立前の設計およびエンジニアリングレビューの一環として；形式にはWireListやTelesisが含まれます
• FPGA開発 - システムレベルでの論理機能を論理ゲート接続に基づいて定義するために使用されます；形式にはVerilogやEDIFが含まれます

FPGA開発では、Verilog/VHDL形式は回路内のノード間の接続を単に表現する以上のことを表現できます。PCB製造では、その使用は電子設計からさらに離れており、設計ファイルで論理的に表現されている通りにツーリングでの接続性を検証することにより焦点を当てています。

以下に示すネットリスト検証を例に取りましょう。CAMソフトウェアパッケージが使用されており、Gerberエクスポートから推測される接続がネットリストで論理的に定義された接続と一致するかをチェックしています。この場合、異なる名前のネット間にショートがあります。これはPCB設計ルールに違反しないかもしれませんが、何らかのルールが免除されたり、上書きされたりしたためですが、このタイプのミスはCAMソフトウェアで捕捉することができます。

CAMソフトウェアは、ネットリストで定義された論理接続が、PCBを製造するために使用される製造データ（Gerbers、ODB++）の実際の接続と一致することを確認するために、ネットリスト出力を使用できます。ODB++エクスポートには、この検証と自動テスト（フライングプローブなど）に必要なネットリストが含まれます。Gerbersを使用する場合、IPC-D-356ネットリスト、WireList、または他の形式を使用して、製造ファイル内の接続を検証できます。

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