PCB Design Rules & Constraints

今日に至るまで、20年近く前に初めて一般的になった多くのPCBレイアウト「経験則」を未だに目にします。これらのルールは今でも広く適用されているのでしょうか？答えは確固たる「多分」です。PCB設計ルールに関するフォーラムで見られる討論の多くは、常に/決してしないという議論に発展し、一部の設計者は、一般的な設計ルールが適用されない状況で、それらを使用したり無視したりします。場合によっては、これによって基板が故障することはありません。一部の PCB 設計のベテランが言ったように、基板は偶然にも問題なく動作する可能性があります。 PCB レイアウトの経験則に関する議論は、これらのルールが正しいか正しくないかということではありません。問題は、これらのルールに関する議論が文脈を欠いていることが多く、一部の人気のあるフォーラムで見られる「常に/決して」タイプの議論につながることです。この記事での私の目標は、一般的な PCB 設計ルールの背後にある文脈を伝えることです。願わくば、これらの異なるルールがいつ適用され、いつ回避されるべきかを説明できればと思います。 一般的なPCBレイアウトの経験則 前置きはこれくらいにして、いくつかの一般的な PCB レイアウトの経験則を詳しく分析し、我々がこれらの設計ルールの背後にある有用なコンテキストを提供できるかを見てみましょう。 直角配線 この特定の経験則については、 最近の記事で説明したので、ここでは重要な点のみを繰り返します。直角配線ルールでは、隣接する信号レイヤーの配線を垂直方向に配線して、これらの隣接レイヤーの配線間の誘導性クロストークを排除する必要があると述べています。高周波では、容量性クロストークが支配し始め、直角の配線間に電流スパイクを生成することがわかります。 低立ち上がり時間と低周波数 (数 GHz 未満) では、隣接するレイヤーの直角配線間に大きな容量性クロストークはありません。RF 基板の高周波数

トレースを正しくサイズ設定し、PCBトレースのインダクタンスが十分に低いことを確認する方法は次のとおりです。

Altium Designerの3Dフィールドソルバーは、インピーダンス制御ルーティングを簡単に行えるようにし、システムのための設計ルールを作成することができます。

もし、人生のルールが自動的にチェックされたらどんなに素晴らしいだろうか。私はイタリア料理を作るのが好きだが、料理本とトマトソースの鍋の間を行き来するのは疲れる。キッチンでの唯一の自動ルールチェック機構はオーブンタイマーだ。幸いにも、PCBデザイナーにとっては、制約とルールのチェック機能を含む高品質のソフトウェアパッケージがあり、レイアウトと回路図を自動的にチェックできる。 ルーティング、スペーシング、伝搬遅延、ファンイン/ファンアウト、ビアに関する設計ルールをPCBに設定する能力は、PCB設計ソフトウェアの必須機能となっている。しかし、すべてのPCB設計ソフトウェアが同じように作られているわけではない。異なるプログラムでは設計ルールの定義が異なる方法で表示され、設計ルールは異なるインターフェースで定義され、いくつかの表示は他より直感的である。 PCB設計ソフトウェアは、設計ルールと制約を設定するだけでなく、これらのルールが回路図とレイアウトにどのように表示されるか、特定のアプリケーションに対してルーティング制約と指示をカスタマイズする柔軟性を提供すべきである。統合設計環境で作業するとき、設計ルールはプログラムの一部で定義され、レイアウト全体に適用される。 制約駆動型対ルール駆動型設計 制約ベースの設計とルール駆動型設計は、基本的な原則の下で動作します。定義された設計ルールに対してレイアウトをチェックし、設計者に違反を表示します。しかし、表面を掘り下げると、これらの方法論の間の主な違いは設計環境に関係しています。 制約駆動型設計を使用する一部のPCB設計ソフトウェア会社は、複数のプログラム間で制約定義を受け渡します。これが統合設計環境と呼ばれているにもかかわらず、設計はユーザーインターフェースの下で真に統合されていません。 真に統一された設計環境はこれを克服します。すべての制約定義とチェックが単一の統一インターフェースで行われます。回路図キャプチャプログラムからレイアウトプログラムに制約を送信する代わりに、回路図とレイアウトを一つの屋根の下で真に統合するソフトウェアを使用するのはどうでしょうか？ 言われているように、ルールは破るためにあるものです。すべての設計ルールがすべての状況に適用されるわけではなく、設計ソフトウェアの仕事は、ルールを破ったときに通知することです。デザイナーやエンジニアとして、そのルールがデバイスが適切に機能するために本当に重要かどうかを決定するのはあなた次第です。レイアウト内のルール違反を明確で視覚的な方法で示すグラフィックをカスタマイズできるべきです。誰もルール違反のリストをスクロールして、モデル内の違反要素を手動で探したいとは思いません。 一部の設計ルールは他のルールよりも優先される必要があります。これを念頭に置いて、設計ソフトウェアはどの設計ルールをプロセスで優先するかを定義できるようにするべきです。これにより、優先順位の順にルールが順次チェックされます。このタイプのルールチェックは不必要なルールの衝突を防ぎ、統合設計モデルを使用するソフトウェアパッケージ内でのみ機能します。 Altium Designerのルールエディタ 制約と設計ルール：不足した場合はどうなるのか？ 多層ボード、 HDIアプリケーション、高速設計、および 高周波設計において、ビアのパラメータと隣接する機能とのクリアランスを定義することは非常に重要です。これらの重要な構造に対する設計ルールを定義する際には、設計プロセスの各ステップでルールが設計にどのように影響するかを正確に表示するグラフィカルインターフェースを含めるべきです。 ビアとルーティングパラメータのグラフィカル表現を含まないソフトウェアは、設計者が抽象的な識別子に基づいてすべての設計ルールの意味を記憶することを強いるため、重要なルールを無視したり、誤って他のルールを適用したりする可能性があります。これはまた、新しい設計者が設計ソフトウェアに慣れるまでの時間を増加させます。 PCB設計ソフトウェアが、トレースクリアランスやビア設計のようなものにのみ設計ルールが適用されるという視点を取る場合、重要な機能に関する設計ルールを定義する機会を失います。信号整合性、高速設計、ルーティング指示、およびその他の仕様に関するルールは同様に重要であり、回路基板に同様の容量で影響を与えます。 あなたのソフトウェアにこれらの設計ルールが含まれていない場合、これらの重要な要件を満たしていることを確認する唯一の方法は、シミュレーションを含めるようにプロセスを調整することです。これらの領域の問題を修正することは時間がかかり、設計とシミュレーションの間を行き来する必要があります。設計とシミュレーションのソフトウェアが統合された設計環境に組み込まれていない場合、状況はさらに悪化します。 設計ルールはルーティングだけに関するものではありません 複雑なデバイスに取り組むとき、設計ルールは不可欠です。おそらく、制約エディタ、設計ルールチェック、