配線長チューニング

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高速設計の配線における2つの主要な課題は、ルートのインピーダンスを制御することと、重要なネットの長さを一致させることです。インピーダンス制御配線は、出力ピンから送信された信号が目標の入力ピンに正しく受信されることを保証します。ルートの長さを一致させることで、タイミングが重要な信号が目標のピンに同時に到達することを保証します。ルートの長さを調整し、一致させることは、差動ペア配線の不可欠な要素でもあります。

配線に追加されたアコーディオンパターンに注目してください。これらは関連するネットの長さを合わせるために追加されました。

Interactive Length TuningおよびDiff Pair Length Tuningコマンド（Routeメニューから起動）は、設計内の利用可能なスペース、ルール、および障害物に応じて、可変振幅波形（アコーディオン）を挿入することにより、ネットまたは差動ペアの長さを最適化および制御するための動的な手段を提供します。

長さ調整のプロパティは、設計ルール、ネットのプロパティ、または指定した値に基づいて設定できます。これらの波形パターン（アコーディオンセクションとも呼ばれます）のコントロールは、PropertiesパネルのInteractive Length Tuningモードからアクセスできます - 長さ調整中にTABを押すと、このモードでパネルが開きます。

ネットの長さを調整する

長さ調整機能の優雅さは、洗練されたソフトウェアアルゴリズムと直感的なユーザーコントロールを巧みに組み合わせていることにあります。長さ調整セグメントは、カーソルをルートパスに沿って簡単にスワイプすることで追加され、様々なトラックやアークの寸法と位置は、長さ調整アルゴリズムによって自動的に計算され挿入されます。キーボードショートカットは、調整セグメントが追加される際のスタイルとプロパティを制御します。

Routeメニューから起動されるInteractive Length Tuningコマンドは、ルートを選択するように促します。ネットや差動ペア（または任意の自由線やトラック）をクリックした後、単にカーソルをルートのパスに沿ってスライドさせるか、スワイプします。もしコースから外れた場合は、カーソルをルート上に戻すだけで、アルゴリズムがその点までの調整セグメントを追加します。

チューニングセグメントは、カーソルがルートパスに沿って移動すると自動的に追加されます。

チューニングスタイルとサイズの制御

長さチューニングツールをマスターするための2つの重要な要素は、ショートカットを知ることと、ネット長ゲージの読み方を理解することです。

長さ調整中に利用可能なショートカットには以下のものがあります：

配置する際に、チューニングアコーディオンの形と振幅を制御するためにショートカットキーを使用します。

目標長さの制御

目標長さを指定する方法には、手動で定義する方法、既に配線されたネットに基づいて定義する方法、設計ルールによって定義する方法の3つがあります。

これらの方法の中からどれを使用するかを選択するには、長さ調整中にTabキーを押して、Interactive Length Tuningモードでプロパティパネルを開きます。パネルのTarget Lengthセクションには、必要なTarget Lengthモードを選択するためのオプションが含まれています。パネルの下部には、調整パターンの形状と寸法を定義するオプションが含まれており、上記のショートカットを使用してインタラクティブに制御することもできます。

• Manual - Target Lengthフィールドに長さを入力します。最近使用した長さは保持されており、再度使用したい場合に便利です。

• From Net - 設計内のネットリストからネットを選択します。このネットの長さが目標となりますが、より厳格な設計ルールが定義されている場合は上書きされます - ルールの適用方法については以下で説明します。

• From Rules - 適用可能な長さおよびマッチした長さの設計ルール。ソフトウェアはこれらのルールの中で最も厳格な組み合わせに従います。パネル内のリストでルールをダブルクリックすると、そのプロパティを詳細に調べることができます。

長さ調整中にTABキーを押すと、Interactive Length Tuningモードでパネルが開き、
目標の長さモードを選択し、アコーディオンのパラメータを調整できます。

なぜ調整アコーディオンが時々消えるのか？

チューニングエンジンは、現在のMax Amplitude、Space、Miter、およびStyleの設定に従ってアコーディオンを構築します。これらの設定の組み合わせと現在のトラック幅によって、チューニングエンジンがアコーディオン形状を作成できない場合があります。長さのチューニングを試みていてアコーディオンが表示されない場合は、次の手順を試してください：

1. 作業中はプロパティパネルを表示させて、さまざまな設定を確認できるようにしてください。インタラクティブな長さ調整を行う際には、自動的にInteractive Length Tuningモードが表示されます。

2. Spacebarを押してモードを切り替え、Mitered Linesモードになるまで続けます。

3. 1のショートカットを複数回押して、マイターをゼロに減らします。

4. ルートの長さを調整するために最初にクリックすると、選択矩形が表示されます。それが非常に大きい場合（隣接するルートを大きく超える距離まで広がっている場合）、 キーを複数回押して振幅を減らします。そのキーを押すたびに、現在のMax Amplitude Step設定によって振幅がステップダウンします。Step設定には、Max Amplitude設定の約1/10の値が適切です。ステップ設定が大きすぎる場合は、キーボードのTabを押して長さ調整を一時停止し、適切なStep値を入力して、 ボタンをクリックして長さ調整を再開します。

5. 調整を開始するときに白いアウトラインの矩形が小さすぎる場合は、 キーを押して振幅を増やします。

これらのステップに従えば、長さを調整する際に長方形のチューニングセグメントが見えるはずです。作業を進める際には、以下の追加ポイントも念頭に置いてください：

• チューニングエンジンが作成しやすいスタイルは、マイターラインのアコーディオンです。

• マイターアークススタイルを使用している場合、現在のマイター量は、振幅とスペースの設定とも連動して動作します。このスタイルを使用している場合は、適切な振幅とスペースの値を見つけるまで少量のマイターを使用し、その後必要なマイター量まで増やすと良いでしょう。

• 作成が最も難しい形状は、丸みを帯びたチューニングアコーディオンです。これは、チューニングエンジンが半円形の端を作成する能力が、現在の振幅とスペースの設定に密接に関連しているためです。通常、アコーディオンはAmplitude > Radius + Route Widthの場合に作成できます。

設計ルールの設定

長さ調整中に従う設計ルールには、マッチド長さルールと長さルールの2つがあり、どちらもPCB Rules and Constraints EditorのHigh Speedカテゴリにあります。これらのルールのいずれか、または両方が設計において重要かどうかは、潜在的な問題がスキュー（信号が異なる時間に到着する - マッチド長さルールを使用）に関連しているか、または全体的な信号遅延（長さルールを使用）に関連しているかによります。

マッチング長設計ルール

マッチング長設計ルールは、対象となるネット群がすべて、指定された許容誤差内で最長のネットの長さに合わせて配線される必要があることを指定します（ 画像を表示）。対象となるネット群は、ルールの範囲またはクエリによって定義されます。

長さ調整ツールは、対象ネット群の中で最長のネットを見つけ出し、有効な範囲と目標長さ（Value）を提供します：

• TargetLength = セット内の最長配線ネット（ゲージの縦の緑色のバー）

• MinLimit = LongestNet - MatchedLength Rule Tolerance（ゲージの左の黄色いバー）

• MaxLimit = TargetLength （ゲージの右の黄色いバー、上の画像では緑のバーに隠れている）

• Red/green slider = current total route length

長さ設計ルール

長さ設計ルールは、ネットまたは一連のネットの全体的な配線長を指定します。対象のネットは、指定されたMinimumおよびMaximum長さの範囲内でなければなりません ( 画像を表示)。

長さ調整ツールは、対象ネットのセットの中で最も長いネットを見つけ、有効な範囲と目標長さ（Value）を提供します：

• TargetLength = Longest routed net in set（ゲージの縦の緑色のバー）

• MinLimit = Rule Minimum（ゲージの左の黄色いバー）

• MaxLimit = Rule Maximum（ゲージの右の黄色いバー）

• Red/green slider = current total route length

重複するルールの適用方法

適用可能な長さのルールと一致する長さのルールがある場合、長さ調整ツールは両方のルールを考慮し、最も厳しい制約のセットを導き出します。

有効範囲と目標長（Value）は、以下のように決定されます：

• TargetLength = Longest routed net in set, or lowest MaxLimit from rules （ゲージの垂直緑色のバー、上の画像では右の黄色いバーに隠されている）

• MinLimit = (LongestNet - MatchedLength Rule Tolerance), or highest MinLimit from rules（ゲージの左黄色いバー）

• MaxLimit = TargetLength （ゲージの右黄色いバー）

• ValidRange = Highest MinLimit to Lowest MaxLimit（最も厳しい長さとマッチした長さのルールの組み合わせ）

• Red/green slider = current total route length

たとえば、Lengthルールで指定された最大長さが、Matched Lengthルールによって特定された最長の既存のルート長よりも短い場合、Lengthルールが優先され、その短い長さ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 LimitとMax Limitが表示されます。これらを使用して、目標の長さが期待通りであることを確認してください。 上に示された画像では、LengthルールとMatched Lengthルールが対象のネットに適用されています。最も厳格な値はMatched Net Lengthルールから来ています（tolerance 0.5mm）、Max Limit値は、対象のネットセット内の最長ネットの現在の長さが46.836mmであることを示しています（これはLengthルールによって許可される最大値よりも少ない）。この例では、長さの範囲内で許容される最も厳しい許容差はMatched Lengthルールで定義された許容差（0.5mm）ですので、それがValidRangeの計算に使用されます。目標の長さは常により厳格な最大長さです。

ネット長ゲージの使用

長さルールおよび/またはマッチング長ルールが定義されている場合、インタラクティブ配線およびインタラクティブ長さ調整の両方で、長さ調整ゲージを表示することにより、長さを監視できます。配線または調整中に、Shift+G ショートカットを使用してゲージのオン/オフを切り替えます。

ゲージは現在の配線済み長さを数字で表示し、赤/緑のスライダーは推定長さを示します。既存のルートの長さ調整を行っている場合、推定長さは配置された全てのトラックとアーク（実際の物理的長さ）の合計です。ネットをインタラクティブに配線している間に長さゲージを使用している場合、推定長さは配置された配線プラス目標パッドまでの残り距離（接続線の長さ）の合計になります。

インタラクティブ配線中に、配線済み長さがルールの最小値にさえ達していないのに、ゲージのスライダーがルールの最小値と最大値の間のどこかにあるように見えると、混乱するかもしれません。これは、インタラクティブ配線中にスライダーが推定長さを表しているためです。ここで：

Estimated Length = Routed Length + distance to target (length of connection line)

インタラクティブ配線中に長さの設計ルールが守られていることを示すゲージ - 現在のルーテッド長さを数字で表示し、スライダーは現在の推定長さを示します。

ゲージの機能は以下の通りです：

• ゲージのアウトラインを定義する長方形のボックス。

• 許容される最小長さと最大長さを示す2つの垂直な黄色いバー。最小および最大は、上述のように設計ルールによって定義された最も厳しい制約のセットから決定されます。

• 現在のルーテッド長さ（長さ調整中）または推定長さ（インタラクティブ配線中）を示す赤または緑のスライダー。現在の長さが許容範囲外から許容される最小および最大長さ内に移動すると、スライダーは赤から緑に変わります。

• 配置されたトラックとアークの長さである現在のルーテッド長さ（例の画像では62.781mm）が、ゲージスライダー上に数値で重ねて表示されます。

• ゲージの長方形のアウトラインは、可能な長さの全範囲を示し、その上限と下限の意味は、選択した目標長さモードに依存します。

  • モードがマニュアルまたはネットからで、適用可能な長さルールがない場合、スライダーボックスの下限は現在のネットの長さとなり、上限は指定された最大長さとなります。
  • モードがマニュアルまたはネットからで、適用可能な長さルールがある場合、スライダーボックスの下限はルールまたは現在のルート長さ（どちらか小さい方）から取られ、上限はユーザーによって定義されます。
  • モードがルールからで、適用可能な長さルール、適用可能なマッチド長さルール、またはその両方がある場合、スライダーボックスの下限はルールまたは現在のルート長さ（どちらか小さい方）から決定され、スライダーボックスの上限はルールのMaxLimitから決定されます。

   

長さゲージの例

ゲージの設定は、適用されるルールによって定義された制約から計算されます。

• ゲージの最小値（ゲージの左端）は45（最低MinLimit）です
• ゲージの最大値（ゲージの右端）は48（最高MaxLimit）です
• 左の黄色いバー（最高MinLimit）は46.58です
• 右の黄色いバー（最低MaxLimit）は47.58です（上の画像では緑のバーに隠れています）
• 緑のバー（TargetLength）は47.58です（セット内の最長ネットのルート長で、MaxLimitと等しい）
• 緑のスライダーとその上に重ねられた数値（現在のルート長）は47.197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は、「元に戻す」を使用するか、アコーディオンを一度クリックして選択し、削除を押してください。削除されたアコーディオンは単一のトラックセグメントに置き換えられますが、既存のセグメントの間に追加された場合、複数の共線トラックセグメントが発生する可能性があります。これらの共線セグメントを単一のセグメントに解決するには、セグメントのいずれかをクリックして1秒間保持します。これにより、そのネット上でネットアナライザが実行され、共線セグメントがネット上のどこかで単一のセグメントに解決されます。

PCBパネルの使用

PCBパネルをネットモードに設定すると、配線された信号の現在の長さが表示されます。パネルのデフォルトモードでは、名前、ノード数、配線された長さ、および配線されていない（マンハッタン）長さが表示されます。パネルの列見出し領域で右クリックすると、メニューが表示され、追加の列を選択したり、既存の列を非表示にしたりすることができます。

長さの設計ルールが設定されている場合、そのルールの対象となる各ネットの配線状態も色付けされ、route length < rule minimumの場合は黄色で強調表示され、net passes the ruleの場合はクリア、またはroute length > rule maximumの場合は赤色になります。

3つのネットが長さの設計ルールに違反しています。2つは短すぎ、1つは長すぎます。

差動ペアの長さ調整

差動ペアの長さは、 Interactive Differential Pair Length Tuningコマンド（Routeメニュー）を使用して、他の差動ペアの長さに対しても調整できます。差動ペアの配線と同様に、このコマンドはペア内の2つのネットに同時に作用します。

差動ペアの長さを調整する予定の場合、対象の差動ペアセットに対して以下のルールを作成します：

• ペア間の長さの一致要件を定義するマッチング長ルール。一方のペアの長さを別のペアの長さと比較するようにルールを設定するには、Group Matched Lengthsオプションを有効にします。

• ペア内の長さの一致要件を定義する、より高い優先度のマッチング長ルール。一方のペアメンバーの長さを他のペアメンバーと比較するようにルールを設定するには、Within Differential Pair Lengthオプションを有効にします。

差動ペアの長さを調整する良いアプローチは以下の通りです：

1. ペアを配線します。

2. ペア間で最初にInteractive Differential Pair Length Tuningコマンドを使用して長さ調整を行います。長さ調整では、最長ペアの中で最長の信号長を目標長として使用し、ペア内の最長ネットをこの長さに調整します。

3. 次に、各ペア内の短いネットをInteractive Length Tuningコマンドを使用して、ペア内の他のネットに対して長さ調整します。

4. これで、PCBルールと違反パネルを使用して、ペア内のマッチしたネット長ルールを確認できます。これを行うには、パネルのRule ClassesセクションでMatched Net Lengthsを選択し、必要なMatched Lengthルールを右クリックして、コンテキストメニューからRun DRC Rule <RuleName>コマンドを選択します。必要に応じて、シングルネットチューニングのアコーディオンを調整します。

5. 次に、PCBルールと違反パネルを使用して、先ほど説明したプロセスを使用して、ペア間のマッチしたネット長ルールを確認します。必要に応じて、差動ペアチューニングのアコーディオンを調整します。

既存のアコーディオンの形状変更

既存のアコーディオンを変更するには、一度クリックして選択し、編集ハンドルを表示させます。下のアニメーションに示されているように、端または頂点をクリックしてドラッグすることで、アコーディオンの境界領域のサイズを変更できます。境界領域の新しい形状に合わせて、アコーディオンのセクションも自動的にサイズ変更されます。

アコーディオンのバウンディングボックスのサイズを変更して振幅または長さを変更するには、クリックして保持して移動し、プロパティパネルでスタイルを編集します。

アコーディオンをプリミティブに変換する

長さ調整アコーディオンは、ユニオンであり、プリミティブなトラックやアークセグメントで構成されるグループオブジェクトです。コンポーネント、座標、寸法、ポリゴンなどの他のグループオブジェクトと同様に、長さ調整アコーディオンオブジェクトは展開することができます。つまり、それを構成する自由なプリミティブに変換し、それらを独立して変更することができます。Explode Length Tuningコマンドを使用してこれを行います。これは、メインのTools » Convertサブメニュー、または右クリックUnionsサブメニューから利用可能です。PCBエディターでオブジェクトを展開することは一方通行のプロセスであることに注意してください。一度オブジェクトが展開されると、そのオブジェクトの種類に戻すことはできません。

参照

• 配線
• インタラクティブ・配線
• 差動ペア・配線
• 制御インピーダンス・配線
• 配線の変更
• ハイスピード・デザイン
• エリック・ボガチン、信号整合性講師および業界専門家のウェブサイト http://www.bethesignal.com/
• ハワード・ジョンソン博士、ハイスピード・デザイン講師および業界専門家のウェブサイト http://www.signalintegrity.com/
• リー・リッチー、講師およびハイスピードPCBデザイン専門家のウェブサイト http://www.speedingedge.com/