Altium Designer Documentation

配線長チューニング

Modified by Shinichi Kawaguchi on Apr 15, 2020
このページは、サポート対象外となったAltium Vaultについて紹介しています。Altium Vaultとそのコンポーネント管理機能は Altium Concord Proに移行しました。

Parent page: The Routing

高速設計の配線に関する2つの重要な課題は、配線のインピーダンスをコントロールすることと、重要なネットの配線長を一致させることです。インピーダンスをコントロールする配線 により、出力ピンを離れる信号がターゲットの入力ピンで正しく受信できます。配線長を一致させることで、タイミングが重要な信号がターゲットピンへ同時に到達できます。配線長のチューニングや一致は、差動ペア配線の重要な要素でもあります。

Interactive Length TuningInteractive Differential Pair Length Tuning コマンド (Route メニューから実行) により、設計で利用できるスペース、ルール、障害に応じて可変振幅波形パターン (アコーディオン) を挿入できるようにして、ネット、または差動ペアの配線長を最適化、コントロールできます。


アコーディオン パターンの配線に注意してください。これらは、ネットの配線長を一致させるために追加されています。

配線長チューニングのプロパティは、デザインルール、ネットのプロパティ、指定する値に基づきます。これらの波形パターン (アコーディオンとも呼ばれます) のコントロールは、Interactive Length Tuning モードの Properties パネルで行います (配線長チューニング中に TAB を押して、このモードのパネルを表示できます)。

ネットの配線長をチューニング

配線長チューニング機能は、洗練されたソフトウェア アルゴリズムと直観的なユーザ コントロールを組み合わせて簡潔になっています。配線長チューニング セグメントは、配線長チューニングのアルゴリズムによって自動で計算されたトラックやアークの寸法や位置を使用して、配線経路に沿ってカーソルを移動するだけで追加されます。キーボード ショートカットを使用すると、追加するチューニング セグメントの形状やプロパティをコントロールできます。

Route メニューから Interactive Length Tuning コマンドを実行すると、配線を選択するように促されます。ネット、または差動ペアをクリックした後、配線経路に沿ってカーソルを移動します。進路を離れても心配する必要はありません。カーソルをその進路に戻すとすぐに、アルゴリズムは、その箇所までチューニング セグメントを追加します。


配線経路に沿ってカーソルを移動すると、チューニング セグメントは自動で追加されます。

カーソルがチューニング アコーディオンの外側へ移動した場合、アコーディオン形状は消えます - カーソルをアコーディオン形状内に戻すように移動すると、再度、表示されます。

チューニング形状とサイズのコントロール

配線長チューニング ツールを習得するには、2つの重要な要素があります: ショートカットを知っていて、ネット配線長ゲージの見方を知っていること。

配線長チューニング中に利用できるショートカットは、以下です:

ショートカット 機能
スペースバー 3 つのチューニング形状を切り換えます
, (コンマ) Amplitude Increment で指定した量だけ振幅を減らします
. (終止符) Amplitude Increment で指定した量だけ振幅を増やします
3 Gap Increment で指定した量だけピッチを減らします
4 Gap Increment で指定した量だけピッチを増やします
1 コーナー miter を減らします
2 コーナー miter を増やします
Y 開始方向を切り換えます
Tab Interactive Length Tuning モードの Properties パネルを開きます
Shift+G 配線長チューニング ゲージのオン/オフを切り換えます

ショートカットを思い出せない場合でも、心配しないでください。実際に覚えておく必要があるのは、1 つのショートカット Shift+F1 のみです。これは、ショートカットのためのショートカットです - インタラクティブ コマンド中に使用し、そのコマンドに関するショートカットのリストを表示できます。

チューニング アコーディオンを配置する時、ショートカットキーを使用してその形状や振幅をコントロールできます。

目標配線長のコントロール

目標配線長を指定するには、3 つの方法があります:

  • 手動で定義
  • 既に配線されているネットに基づく
  • デザインルールで定義

これらの方法のどれを使用するか選択するには、配線長チューニング中に Tab を押して、Interactive Length Tuning モードの Properties パネルを表示します。パネル下部の項目に、チューニング パターンの形状や範囲を定義するオプションがあります。上記のショートカットを使用して、インタラクティブにコントロールすることもできます。パネルの Target Length の項目には、3 つの目標配線長モードから選択するオプションがあります。

  • Manual - Target Length 欄に配線長を入力します。再度、使用する場合に備えて、最近、使用した配線長は維持されます。
  • From Net - デザイン内のネットからネットを選択します。このネットの配線長が目標になりますが、デザインルールで制限されている場合、それが優先されます - ルールを適用する方法は、以下で説明します。
  • From Rules - 定義した Length、または Matched Length デザインルールから選択します。これらのルールの最も厳しい組み合わせに従います。パネルのリストにあるルールをダブルクリックして、その詳細を確認できます。

配線長チューニング中に Tab を押して、Interactive Length Tuning モードのパネルを表示します。
そこで、目標配線長モードを選択して、アコーディオン パラメータを調整できます。

デザインルールの設定

配線長チューニング中に従う 2 つのデザインルールがあります。これらは、Matched Length ルールと Length ルールで、PCB Rules and Constraints EditorHigh Speed カテゴリにあります。

これらのルールは、デザインで最も重要になる場合があります。これは、潜在的な問題がスキュー (異なる時間に到達する信号 - Matched Length ルールを考えます) 、または全体的な信号遅延 (Length ルールを考えます) に関するかどうかに依存します。

Matched Length デザインルール

Matched Length デザインルールは、目標のネットを、指定した許容範囲内で同じ配線長で配線するよう指定します。目標となるネットは、ルールスコープ、またはクエリで定義します。配線長チューニング機能は、目標のネットの最も長いネットを見つけて、MinLimit = LongestNet - Tolerance から MaxLimit = LongestNet までの有効な範囲となるよう動作します。

Length デザインルール

Length ルールは、Matched Length ルールを補完するもので、ネットの全体の配線長を指定します。目標のネットは、指定した 最小 から 最大 までの範囲内の配線長である必要があります。

ルールを適用する方法

適用できる Length ルールや Matched Length ルールがある場合、配線長チューニング機能は、これらの両方のルールを考慮して最も厳しい制約で働きます。そのため、Length ルールで指定した最大配線長が、Match Length ルールで目標にした最も長い配線長より短くなる場合、Length ルールが優先され、その長さがチューニング中に使用されます。

有効な範囲目標配線長 は、以下のように決められます:

Matched Net Length MinLimit = LongestNet - RuleTolerance

Matched Net Length MaxLimit = LongestNet

ValidRange = Highest MinLimit to Lowest MaxLimit (Length と Matched Length ルールの最も厳しい組み合わせ)

TargetLength = Lowest MaxLimit

Length ルールで指定した最大配線長が、Matched Length ルールで識別された既存の最も長い配線長より短い場合、Length ルールが優先され、その短い配線長がチューニング中に使用されます。パネルには、各ルールの計算された Min LimitMax Limit が表示されます。これらを使用して、目標配線長が期待通りであることを確認できます。

上図で、目標配線長はルールで定義されています。最も厳しい値が、Matched Net Length ルールから取得されていることに注意してください。Max Limit の値は、目標ネットの最も長い配線長が 53.479mm であることを示します (これは、Length ルールで許可された最大配線長より短い)。この例では、配線長の最も厳しい許容差は、Matched Length ルールで定義した許容差です (1mm)。そのため、これは、ValidRange の計算に使用されます。目標配線長は、常に、より厳しい最大配線長となります。

Interactive Tuning Length モードのパネルでは、調整するネットを対象にするすべてのデザインルールが表示されます。そして、最も高い優先度のルールが選択され、ハイライト表示されます。必要に応じて、Tab を押してインタラクティブ チューニングを一時停止し、このチューニングで使用する別のルールを指定できます。

Matched Length ルールは、対象のネットの最も長い配線を参照配線長として使用するので、Matched Length ルールで識別された既存の配線長と、Length デザインルールで指定した最大配線長との間で重複することはありません。例えば、既存の配線長は、Length デザインルールで許可された最大配線長より長い場合があります。この状況では、配線長を調整しようとすると、Target Length shorter than old Length のメッセージが表示されます。

ネット配線長ゲージの使用

Length ルールと/または Matched Length ルールを定義している場合、インタラクティブ配線中、または配線長チューニング中に配線長チューニングゲージを表示して配線長を監視できます。配線中、Shift+G のショートカットを使用してゲージのオン/オフを切り換えできます。

ゲージは、現在の Routed Length (配線済み配線長) を数字で示し、緑のスライダーは、Estimated Length (推定した配線長) を示します。ゲージを一見すると、Routed Length がルールの最小値に達していないことに混乱するかもしれませんが、緑のスライダーは、ルールの最小と最大の間のどこかにあります (下図のように)。それは、緑のスライダーが Estimated Length を示すためで、以下の通りです。

Estimated Length = Routed Length + distance to target

Routed Length = 配置されたトラック セグメントの配線長の合計。

Estimated Length = 現在の Routed Length + 現在の位置から目標のパッドまでの距離 (残りのコネクション ラインの配線長)。

Signal Length = 現在の Routed Length + 現在の位置から目標パッドまでのマンハッタン (X + Y) 距離。

Length デザインルールとして表示されたゲージは、インタラクティブ配線中に順守されます - 現在の Routed length を数字で示し、緑のスライダーは、現在の Estimated Length を示します。

ゲージは、以下のように機能します:

  • ゲージの外形を定義する長方形のボックス。
  • 許可された最小、最大配線長を示す 2 つの黄色い縦のバー。最小と最大は、上記のようにデザインルールで定義した最も厳しい制約から決まります。
  • 現在の routed length を示す色付きのスライダー。正確な配線長がゲージの上に文字で表示されます (例の画像では、53mm)。現在の配線長が範囲外から移動すると、スライダーは赤から緑へ変わり、最小と最大配線長の範囲内になります。
  • ゲージの長方形は、可能な配線長の範囲を示します。上限と下限の意味は、選択した目標配線長モードに依存します。
    • 適用できる Length ルールがあり、モードが Manual、または From Net の場合、スライダーボックスの下限はルールから取得され、上限はユーザが定義します。
    • 適用できる Length ルールがあり、モードが From Rules の場合、スライダーボックスの上限と下限はルールから取得されます。
    • target length モードが Manual、または From Net で、適用できる Length ルールが無い場合、スライダーボックスの下限は現在のネットの配線長になり、上限は指定した最大配線長になります。

配線長ゲージの例


ゲージ設定は、ルールで定義した最も厳しい制約から計算されます。

  • ゲージの最小 (ゲージの左端) は、50 (Length ルールの最小限度) です
  • ゲージの最大 (ゲージの右端) は、60 (Length ルールの最大限度) です
  • 左の黄色のバーは、52.071 (Matched Net Lengthの最小限度) です
  • 右の黄色のバーは、55.071 (Matched Net Lengthの最大限度) です
  • 目標配線長は、55.071 (セット内で最も長い配線長) です

配置したチューニング アコーディオンに満足できない場合、Undoを使用、またはアコーディオンをクリックしてセレクトしてから Delete を押します。削除したアコーディオンは、トラックセグメントに変更されます。この結果、複数の同一線上にトラックセグメントが現れる可能性があります。これらのセグメントを 1 つのセグメントにするには、いずれかのセグメントを数秒クリックしたままにします - これにより、ネットアナライザーがそのネット上で実行され、同一線上にあるセグメントが 1 つのセグメントになります。

アコーディオンのサイズや形状によっては、アコーディオンを配置して配線長が常に、最小と最大の範囲内に収まるとは限りません。これは、通常、上記のショートカットを使用して、振幅、またはピッチをわずかに調整して解決できます。この状況は、Rounded モードを使用している場合に最も一般的です (アコーディオン形状が 2 つのアークから作成されるため)。また、Mitered Arcs モードは、コーナーの miter 値を増やすことで (チューニング中に、2 のショートカットを押します)、端が曲線のアコーディオンを作成できます。

アコーディオン形状のチューニング セグメントを使用する上で欠点はありますか? 隣接するアコーディオン部分が長すぎて互いに近すぎる場合、クロストーク結合により信号が歪む可能性があります。詳細については、業界の専門家である Howard Johnson 博士による Serpentine (アコーディオン) Delays に関するアーティクルをご覧ください http://www.signalintegrity.com/Pubs/edn/serpentine.htm

PCB パネルの使用

PCB パネルで Nets モード に設定した時、配線済み信号の現在の配線長が表示されます。パネルのデフォルトモードでは、Name、Node Count、Routed length、Un-Routed (Manhattan) length が表示されます。列の項目を右クリックするとメニューが表示され、追加する列を選択したり、既存の列を非表示にできます。

Length デザインルールを設定している場合、ルールの対象となる各ネットの配線状態は色分けされ、route length < rule minimum の場合、黄色で、ネットがルールに適合した 場合、透明で、route length > rule maximum の場合、赤色でハイライト表示されます。


3 つのネットが、Length デザインルールに適合しない (2 つは短く、1 つは長すぎる)。

差動ペアの配線長チューニング

差動ペアの配線長は、Interactive Differential Pair Length Tuning コマンド (Route メニュー) を使用して、他の差動ペアの配線長に対して調整できます。差動ペア配線と同様に、このコマンドは、ペアの 2 つのネットで同時に動作します。

差動ペアのチューニングには、対象の差動ペアをスコープに設定した Length、または Matched Length デザインルールが必要です。これは、Differential Pair クエリ キーワード - InAnyDifferentialPairInDifferentialPairInDifferentialPairClassIsDifferentialPair のいずれかを使用して設定できます。

差動ペアの配線長を調整したい場合、matched length ルールを作成して、ペア間の配線長を一致させる要件を定義します (Group Matched Lengths オプションを有効にします)。2番目に、優先度が高い matched length ルールを作成して、ペア内の配線長を一致させる要件を定義します (Within Differential Pair Length オプションを有効にします)。

差動ペアの配線長を調整する適切な方法は、以下です:

  1. ペアを配線
  2. Interactive Differential Pair Length Tuning コマンドを使用して、ペア間の配線長を調整
  3. Interactive Length Tuning コマンドを使用して、各ペア内の短いネットの配線長を調整

ネット配線長ではなく、信号配線長を調整

重要なネットにシリーズ コンポーネントが含まれている場合、ネットで作業するのではなく、xSignals を定義して、これを配線長チューニングに使用するデザインルールのスコープに使用できます。詳細については、Defining High Speed Signal Paths with xSignals のアーティクルを参照してください。

既存のアコーディオン形状を変更

Interactive Length Tuning コマンドで配置したアコーディオンは、smart unionです。これは、アコーディオンを1つのオブジェクトとして選択、変更、削除できることを意味します。

Interactive Diff Pair Length Tuning コマンドで配置したアコーディオンは、個別のオブジェクトの集まりです。そのため、配置後は操作できません。これらは、再配線することで容易に削除できます。詳細は、Differential Pair Routing のアーティクルを参照してください。

既存のアコーディオン部分を変更するには、以下の動画で示すように、クリックして選択し、編集ハンドルを表示します。端、または頂点をクリックしてドラッグし、アコーディオンの境界領域のサイズを変更できます — アコーディオン部分のサイズは、境界領域の形状に合わせて自動で変更されます。


アコーディオン境界ボックスのサイズを変更し、必要なアコーディオン形状を作成できます。

  • ピッチやコーナー miter の ショートカット は、再形成中に使用できます。
  • Properties パネルも使用でき (アコーディオンを選択した時、Accordion モードで表示されます)、コントロールを使用してアコーディオン部分の形状を変更できます。

アコーディオンをプリミティブへ変換

結合されている配線長チューニング アコーディオンは、プリミティブのトラックや/または、アークセグメントで構成されたグループ オブジェクトです。コンポーネント、座標、寸法線、ポリゴンのような他のグループ オブジェクトと同様に、配線長チューニング アコーディオン オブジェクトは、'分解' できます。言い換えると、フリープリミティブへ変換し、個別に変更できます。これを行うには、Explode Length Tuning コマンド (Tools » Convert サブメニュー、または右クリックし、Unions サブメニューから利用できます) を使用します。

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