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バックアップとストレージマネージャー バックアップとストレージマネージャー 基板設計ツールのAltium Designerは、デザインデータの自動バックアップと、バックアップされたデータを管理・復元するためのストレージマネージャーを備えています。 不用意にファイルを保存せずに終了してしまった場合、共同作業で他の人に上書きされてしまった場合、設計変更により旧いデザインを利用したい場合、停電やフリーズによって強制終了した場合などには、この機能によってデータを復旧することができます。 そこで、このバックアップシステムの仕組みを紹介したいと思います。 2種類の自動保存機能 Altium Designerでは、2通りの方法で自動的にバックアップが行われ、そのデータが蓄積されます。 1. オートセーブ これは、一定の時間間隔で定期的にバックアップを作成するものです。時間間隔の設定は、「プリファレンス」パネルの「Data Mnejiment」-「Backup」ページで行います。なお、このオートセーブはデフォルトでは無効になっており、チェックボタンで有効化する事により、時間間隔と世代数、および保存場所の設定が可能になります。 2. ローカルヒストリー これは、ユーザがファイルを保存するたびに、保存前のファイルを別名で保存し、一定期間中、そのデータを保持します。このバックアップファイルは、プロジェクトが置かれている場所に「History」という名のフォルダが作成され、その中に保存されます。 設定は「プリファレンス」パネルの「Data Mnagement」-「Local History」ページで行います。 ここでは、バックアップされたデータの保存日数が設定できます。また、データの保存先を任意に指定し、複数のプロジェクトのバックアップファイルを1ヶ所にまとめて保存する事もできます。 バックアップファイルと利用方法 オートセーブによるバックアップデータは、指定されたフォルダに、ZIP形式に圧縮されて保存されます。このZIPファイルには、「PCB_Project.~(1).#(AutoSave
1156ピンのBGAパッケージから配線を引き出す 1156ピンのBGAパッケージから配線を引き出す BGAは、高密度実装のためのLSIパッケージとして常用されています。高密度化への要求は留まることがなく、BGAパッケージの端子素は増える一方です。今や1000ピンは当たり前で、CPUでは 5903ピンというものまで現れてきています。そこで問題になるのが、BGAまわりの配線です。端子が1,000本にもなると、配線を外に引き出すだけで何時間もかかってしまいます。 そこで役立つのが、「BGAファンアウトルーティング」機能です。この機能を使うと、BGA端子からの配線の引き出しがほんの数秒で終わります。 そこで、今回はこの「BGAファンアウト」機能を試し、その手順を紹介します。 1156ピンのBGAから配線を引き出す FPGAでは多くのIO端子を持つものが多く、小型化のためにBGAが標準的に使用されます。そこで、今回はBGAデバイスとしてXilinx Spartan 3 - XC3S5000を取り上げます。パッケージは、1156ピンで端子ピッチは1.0mmです。そして引き出した配線の接続先として、BGAの周辺に8個の100ピンコネクタを配置します。 このFPGAでは、電源端子がIOバンクごとに設けられています。さらに、この他に2種類の電源端子がありますが、今回はIO端子からの配線の引き出しに焦点を絞り、これらの電源端子の処理は簡略化しています。また、バイパスコンデンサも配置していません。 スタックアップとデザインルールの設定 まず、配線戦略に基づきスタックアップとデザインルールの設定を行います。端子数の多いBGAでは試行錯誤を繰り返す余裕はありませんので、段取り良く作業を進めなくてはなりません。そのため、層数の見積もりとルール設定を慎重に行わなくてはなりません。そこで、今回は十分な検討のすえ、配線の線幅とクリアランスを0.15mm、層数を8層(信号層6層+プレーン層2層)に設定しました。なお、BGAの配線戦略については、 BGAパッケージの選択と配線戦略で解説していますので参考にしてください。 ピンスワップを行う サンプルレイアウトを見ると、ラッツネストの交差が目立ちます。この交差を減らし、コネクタとの間の配線を最短化するために、FPGAのI/O端子の配列を変更します。これには、ピンスワップ機能を用います。今回は、全てのIO端子を同じグループに設定して、入れ替えを許可する事にします。 設定後、ピンスワップ実行すると数秒で処理が完了し、ラッツネストの交差が解消されます。 ファンアウトと引き出し配線 ファンアウト・ルーティング機能を使ってBGA端子からパッケージの外周部に配線を引き出します。この処理は数秒で終わります。 引き出しには、内層への接続のためのビアの配置と、ビアからパッケージ外周までの配線が必要になります。外側の2列はビアが無くても引き出せますが、それより内側の端子にはビアが必要です。
バリアントを試す バリアントを試す 基板設計CADのAltium Designerは、「バリアント」機能を備えており、PCBの部品実装にバリエーションを持たせる事ができます。 例えば、既存製品の一部の機能を省いた下位機種を製品化するような場合、通常は回路図と基板のデザインデータをそれぞれの機種に対して用意します。CADツールでは、図面の複製や修正が簡単行えるので、これはそれほど手間取る作業ではありません。しかし、データや図面の種類が増えるとその管理が煩雑になります。そこで用意されたのが「バリアント」であり、この機能を使い回路図やPCBデザインを共用する事によって、デザインデータやドキュメントの管理を簡素化する事ができます。そこで、今回は、この「バリアント」を実際に試してみます。 バリアントを使って一部の部品を省く シンプルなCPUボードをサンプルとして取り上げます。バリアントを使って表示機能の有るものと無いものの2種類の基板を、1つのデザインで共用します。表示機能の無いものでは、抵抗8個とLED8個を省きます。 バリアント管理画面で省略する部品を指定 まず、部品実装の違い(今回は部品の省略)を指定するために、新規にバリアントを作成します。そこで、まず、[プロジェクト] - [部品実装バリアント] を選びます。これにより、「バリアント管理」画面が表示されます。そして、この画面の左下の [バリアントの追加] ボタンを押すと、「バリアントの編集」画面が現れます。そこで、この画面の「内容説明」にバリアントの名前を入れ、[OK] ボタンを押すとバリアントが作成され、画面は「バリアント管理」に戻ります。 バリアントを追加すると「バリアント管理」画面には、作成されたバリアント(Variant of 16bit CPU Board)の実装条件を設定するための「列」が追加されます。部品を実装しない場合には、この「列」の属性を [Not Fitted]
製造・実装プロセスへの情報の受け渡しを効率化する3つの方法 製造・実装プロセスへの情報の受け渡しを効率化する3つの方法 プリント基板の設計・製造プロセスでは、回路データなどの設計情報を、次の工程に受け渡すことが必要になります。基板設計CADのAltium Designerでは、回路図からPCBへのデータの受け渡しは、[Update PCB ...] コマンドによって、ワンクリックで完了し、ファイルの受け渡しは不要です。このため、手間取ることも人為的な誤りが発生することもありません。また、ガーバーやPick and Placeなどの製造・実装用のデータについても、新旧さまざまなフォーマットがサポートされており、製造プロセスへのデータの受け渡しに困ることはありません。 しかし、製造・実装プロセスに対しては、ファイルベースでのデータの受け渡しが必要になり、多数のファイルを用意しなくてはなりません。また作業者に内容を伝えるためのドキュメントも必要になり、この作成にも手間取ります。 そこで、Altium Designerには、これらの手続を包括的に管理・実行するための機能が用意されており、製造・実装への移行作業を能率良く行うことができます。 プリント基板を量産する前には、試作が必要になります。また、発注に際しては、データの確認作業や管理者に対する承認手続きなども行わなくてはなりません。このため、データの出力は1回ではなく、何度も行わなくてはなりません。このような作業を、Altium Designerの持つOutput Jobなどの機能を利用して行うことにより、設計者の負担を減らすことができます。 Output Job：PCBの製造と実装に必要な一連のデータを一度に作成 Output Jobは、バッチ処理によって一連のデータを一度に出力する機能です。Output Jobエディタを使って、必要なデータの種類と出力条件を登録しておけば、コマンドを一回起動するだけで、一連のデータをまとめて出力することができます。 Output Jobでは、個々に用意されている以下の出力をサポートしています。
カスタムパッドの利用 カスタムパッドの利用 プリント基板のレイアウトに使用するフットプリントは、パッドを基本に構成されています。Altium Designerではあらかじめ用意された標準仕様のパッドだけでなく、カスタマイズによってさまざまな形状の異形(カスタムパッド)を作成し、利用する事ができます。 そこで、今回はこのカスタムパッドの概要を紹介したいと思います。 カスタムパッドは標準パッドに対するカスタマイズ カスタムパッドは標準パッドの代替ではなく、標準パッドに対する形状のカスタマイズです。そこで、まず、ベースとなる標準パッドについておさらいします。 ・ マルチレイヤパッドと、シングルレイヤパッド 標準パッドには、部品リードの挿入穴があり、全層にランドパターンを持つマルチレイヤパッドと、穴が無く特定の単層にしかランドパターンを持たないシングルレイヤパッドがあります。マルチレイヤパッドは、リード付き部品、シングルレイヤパッドは表面実装部品に使用されます。 ・ パッド形状 Round(円形)、Rectangular(長方形)、Octagonal(八角形)、Rounded Rectangular(角の丸い長方形)が用意されており、XサイズとYサイズを個別に設定できます。 内層に対しても形状とサイズを、個々または一括で設定できます。 ・ソルダーメタルマスクの開口 開口値の入力、およびデザインルールによってサイズを設定できます。 これらのオプションの設定に加え、各層の作画エリアに任意の形状のリジョンを配置する事により、カスタムパッドを作成する事ができます。 カスタムパッドの用途 標準パッドに無い形状が求められる場合には、カスタムパッドを用います。 例えば、パッドの形状がパッケージの仕様書やリファレンスデザインで定められている場合があります。部品の端子が放熱フィンとしての役目を持つ場合や、高周波を扱うRF部品のパッドでは、特殊な形状が求められる場合があり、このような場合にカスタムパッドを用います。 また、スイッチの形成にはカスタムパッドが不可欠です。特に回転を伴う場合には同心円状に接点を形成しなくてはならず、作成には困難が伴います。これを能率良く作成するには、極座標グリッドを利用するなどのテクニックが必要です。
Altium Designerがサポートするガーバーとその後継フォーマット Altium Designerがサポートするガーバーとその後継フォーマット 設計を終えたPCBを製作する場合には、ガーバーデータを出力してプリント基板メーカに渡します。そして、基板メーカーではこのガーバーデータからアートワークフィルムを作成して基板上に配線パターンを形成します。このガーバーのフォーマットは標準化されたもの(または、標準的に利用されているもの)が複数存在します。Altium Designerはこれらを広範囲にサポートしています。 これらのフォーマットの中で業界標準として使用されているのがガーバー RS-274Xです。これは、拡張ガーバーと呼ばれ、基板メーカとのデータの受け渡しは、ほとんどどこのフォーマットで行われています。 ガーバー RS-274Xは全ての基板メーカが例外なくサポートしており、標準中の標準であるといえます。しかし、プリント基板の多層化が進む中で、よりインテリジェントなフォーマットへの移行が進みつつあります。 そこで、今回はAltium Designerがサポートする新旧のフォーマットを、時系列的に見ていきたいと思います。 ガーバーRS-274DとRS-274X 業界標準として普及しているガーバーフォーマットにはRS-274DとRS-274Xがあり、それぞれ標準ガーバー、拡張ガーバーと呼ばれています。 ガーバーフォーマットは、もともとはフィルム作画機(フォトプロッタ)メーカーGerber-Systems社(現Ucamco社)の社内規格でしたが、デファクト・スタンダードとして定着したため、1979年にEIA(米国電子工業会)でRS-274D として規格化されました。 このガーバーRS-274Dは、アートワークを「点」と「線」の組み合わせだけで表現するベクトルデータです。これには、作画するすべての「点」と「線」の座標が示されています。そして、この「点」をFlash、「線」をDrawと呼んでいます。しかし、この「点」と「線」には形状とサイズが示されておらず、Dコードと呼ばれる作画に使用するツールの番号が示されています。このため、実際に作画する際には、このDコードに対してツールの形状とサイズを与えなくてはなりません。 初期の作画機(フォトプロッタ)では、シャッター付きの穴に光を通して光束を制御していました。このため、作画ツールをアパーチャ(穴)と呼び、そのサイズを示すリストをアパーチャ・テーブルと呼んでいます。RS-274Dで作画する際にはガーバーデータだけでなく、必ずこのアパーチャ・テーブルが必要になります。 また、RS-274D には面(ポリゴンやリジョン)を表現するパラメータがありませんので、ベタで塗りつぶす部分には、多数の「線」を並べなくてはなりません。このため、基板の配線パターンが単純であってもベタ領域が多いとデータ量が激増します。 このようなRS-274Dの改良版としてガーバーRS-274Xフォーマットが策定されました。これには、アパーチャの定義が含まれており、別個にアパーチャ・テーブルを用意する必要はありません。また、ラスタープロッターへの対応として「点」と「線」だけではなく「面」の表現が可能になっています。これらの利点によってRS-274X への移行が急速に進み、今ではRS-274Dが使われる事は無くなりました。 しかし、何十年も電子機器を作り続けている企業では、新旧のガーバーファイルが残されており、再利用の際にはそれらがRS-274D(標準ガーバー)なのかRS-274X(拡張 ガーバー)なのかを知らなくてはなりません。これは、ファイルをテキストエディタで開いてみるとすぐに見分けられます。RS-274Xでは座標値の記述の前にDコード(ツールの形状とサイズ)が定義されており、この記述が無ければRS-274Dである事がわかります。