マルチボード設計

多くの製品は、複数の相互接続されたプリント基板(PCB)を含んでいます。これらの基板を筐体内で組み合わせ、正しく接続されていることを確認する工程は、製品開発プロセスの中でも特に難しい段階です。各コネクタのネットは正しく割り当てられていますか?コネクタの向きは正しいですか?プラグイン基板同士はきちんと組み合わさりますか?すべての接続された基板が筐体内に収まりますか?このような製品開発サイクルの後半でミスが発生すると、再設計のコストや市場投入の遅延など、大きな損失につながります。

これを管理するには、システムレベルの設計をサポートする設計環境が必要です。理想的には、機能的または論理的なシステムを定義できる設計空間と、さまざまな基板を組み合わせて論理的・物理的に正しく接続されているかを検証できる空間の両方が備わっていることが望ましいです。

Altium Designerは、マルチボード設計機能を提供することで、電子製品開発プロセスにシステムレベルの設計をもたらします。

マルチボードプロジェクトを閲覧専用モードで開いた場合、プロジェクトおよびそのドキュメントの更新は許可されません/アクセスできません。マルチボードプロジェクトまたはそのドキュメントが閲覧専用モードで開かれると、Projectsパネルまたはドキュメントのデザイン空間に、それぞれView Only ()が表示されます。閲覧専用モードでは何も変更できませんが、ソースドキュメントや関連するOutJobから定義された出力(PDFなど)を生成することは可能です。

マルチボードプロジェクトの閲覧専用モードは、System.ViewOnlyMode.SupportオプションがAdvanced Settingsダイアログで有効になっている場合に利用できます。

マルチボード設計プロジェクトの構成

高度な電子製品設計は、一般的に複数のPCB設計で構成されており、それらが相互接続されて完全な機能システムを形成します。メインボードとフロントパネルLCDモジュールを持つ設計から、プラグインカードを備えた複雑なアクティブバックプレーンシステムまで、すべてが複数の基板設計によるシステムとして実装されます。

これには、複数の「子」PCB設計を電気的かつ物理的に接続し、それぞれのピンおよびネットの接続性を維持できる高レベルの設計システムが必要です。Altium Designerは、論理(回路図)と物理(PCB)の両面からシステム設計を行える専用のMulti-board Design環境によって、統合されたシステムレベル設計をサポートします。

システムレベルのマルチボード設計は、Altium Designerの専用マルチボードプロジェクトタイプ(*.PrjMbd)と、その構成要素である回路図ベースの論理設計ドキュメント(*.MbsDoc)、物理PCBベースのドキュメント(*.MbaDoc)によって管理されます。これらのドキュメントタイプは、既存のPCBプロジェクト設計をマルチボード設計環境に取り込み、相互接続・編集・検証をシステム全体として行うことができます。

新しいマルチボード設計プロジェクトは、PCBやハーネス設計プロジェクトと同様の方法で作成できます。メインメニューからFile » New » Projectコマンドを選択し、Create Projectダイアログを開きます。<Empty>エントリまたはMultiboardリスト内の利用可能なプロジェクトテンプレートを選択してください。

マルチボード設計プロジェクトでは、以下のドキュメントがサポートされています:

  • マルチボード回路図*.MbsDoc)– 子PCBプロジェクトを表すグラフィカルブロック(モジュール)を配置し、相互に接続して論理システム設計を作成します。

  • マルチボードアセンブリ*.MbaDoc)– このドキュメントは、マルチボード回路図ドキュメントでの論理システム設計の物理的な対応物であり、マルチボードプロジェクトからインポートされたPCBデータで構成されます。マルチボード回路図のモジュールで参照されるPCBは、マルチボードアセンブリドキュメントに読み込まれ、各基板(必要に応じて筐体も含む)の配置が可能です。

  • ActiveBOM*.BomDoc)– 子PCBプロジェクトで使用される部品のBOMリストを含みます。

  • Draftsmanドキュメント (*.MbDwf)– マルチボードアセンブリのビューがインポートされ注釈が付けられ、設計の製造に必要な追加情報が追加されます。

  • Output Jobファイル*.OutJob)– マルチボード設計全体のシステムとして必要な一連の出力を、Output Jobファイルを使って事前に構成できます。各出力は個別の設定と出力形式(例:ファイル出力やプリンタ出力)で構成されます。同じOutput Jobファイルは、マルチボード設計プロジェクト間で再利用できるため、新しい設計ごとに出力を準備する手間と時間を節約できます。

    Output Jobファイルは出力の準備と生成を効率化しますが、マルチボード設計の出力はプロジェクトドキュメントから直接生成することも可能です(例:マルチボードアセンブリドキュメント用のFile » Exportコマンドや、ActiveBOMドキュメント用のReports » Bill of Materialsコマンドを使用)。

マルチボード設計プロジェクトには、マルチボード設計プロジェクト内のハーネス接続定義を表すハーネス設計プロジェクトを含めることもできます。マルチボードプロジェクトにハーネス設計プロジェクトを追加する方法については、ハーネス設計ページをご参照ください。動画で学びたい場合は、Altium Academyのハーネス設計ビデオプレイリストもご覧ください。

  • Altium Designerのサンプルプロジェクトには、サンプルのマルチボード設計プロジェクト(MiniPC.PrjMbd、デフォルトではC:\Users\Public\Documents\Altium\AD<version>\Examples\Mini PCフォルダー内)が含まれているため、すぐにマルチボード設計を試すことができます。また、Workspaceをご利用の場合、サンプルデータを有効化/インストール時に含めることを選択していれば、Workspaceに接続するとサンプルのマルチボードプロジェクト(Sample - Kame-1)も利用可能です。

  • マルチボードプロジェクトおよび関連するサブプロジェクトは、接続されたWorkspaceに保存でき、Altium 365 WorkspaceEnterprise Server Workspaceが提供するバージョン管理、共有、管理機能の恩恵を受けられます。Altium 365 Workspaceでのマルチボードプロジェクトの保存と共有については、マルチボードプロジェクトの共有をご覧ください。

論理システム設計のキャプチャ

マルチボード設計の回路図キャプチャを開始するには、マルチボードプロジェクトに新しいマルチボード回路図ドキュメントを追加します。これを行うには、Projectsパネルでプロジェクトのエントリを右クリックし、コンテキストメニューからAdd New to Project » Multi-board Schematicコマンドを選択します。デフォルトのマルチボード回路図ドキュメントがデザインスペースに表示されます。

新しく作成されたマルチボード回路図ドキュメントは、デザインスペースでアクティブなドキュメントとなります。
新しく作成されたマルチボード回路図ドキュメントは、デザインスペースでアクティブなドキュメントとなります。

マルチボード回路図ドキュメントのオプションは、デザインスペースでオブジェクトが選択されていないときにPropertiesパネルで設定します。主なオプションはパネルのGeneralタブで設定します:

  • 単位(General領域)– ドキュメントで使用する希望の計測単位(mmまたはmils)を選択します。
  • グリッドとスナップの設定(General領域)– ナビゲーションやオブジェクト配置を容易にするための値を設定します。
  • ページオプション(Page Options領域)– Formatting and Sizeや、ドキュメントのMargins and Zonesを設定します。利用可能なTemplateを選択したり、Standardシートサイズを選択したり、Customサイズを定義することができます。

マルチボード回路図ドキュメントのオプションはPropertiesパネルで設定します。
マルチボード回路図ドキュメントのオプションはPropertiesパネルで設定します。

マルチボード回路図ドキュメントのセットアップについて詳しくはこちらをご覧ください。

子PCBプロジェクト設計をマルチボード回路図上で表現するには、メインメニューのPlace » Moduleコマンドを使ってモジュールを配置します。選択したモジュールのPropertiesパネルで、そのDesignatorTitle、およびモジュールがリンクされるソースPCBプロジェクトを定義します。ボタンを使ってSourceフィールドにローカルまたはWorkspaceプロジェクトを指定し、Assembly/Boardドロップダウンでそのプロジェクト内の希望するPCBを選択します。

モジュールのソースやその他のプロパティはPropertiesパネルで設定します。
モジュールのソースやその他のプロパティはPropertiesパネルで設定します。

モジュールについて詳しくはこちらをご覧ください。

配置されたモジュールが参照するプロジェクトから設計データをインポートするには、メインメニューからDesign » Import From Child Projectsコマンドを使用します。Engineering Change Orderダイアログが開き、マルチボード回路図内の接続データを子プロジェクトと同期するために必要な変更(エンジニアリング・チェンジ・オーダー – ECO)の一覧が表示されます。

  • デフォルトでは、ECOを実行する際にすべての変更が含まれるよう有効になっています。必要に応じて、変更項目の有効/無効を切り替えることができます。

  • ECOに含めるために有効化された変更に対して検証チェックを実行するには、ボタンをクリックします。検証結果は、ダイアログのCheck列、Status領域に表示されます。

  • 実行する変更内容に納得したら、ボタンをクリックしてECOを実行し、有効な変更を反映させます。実行結果は、ダイアログのDone列、Status領域に表示されます。

ECOを実行すると、各コネクタごとにモジュールエントリが該当するモジュール内に作成されます。子PCBプロジェクト内のコンポーネントは、パラメータ名がSystemで、そのパラメータ値がConnectorの場合、マルチボード設計のコネクタと見なされます。

 
 
 
 
 

システム設計の更新について詳しくはこちら。

子プロジェクト間の接続を表現するために、それぞれのモジュールはマルチボード回路図上で異なる種類の接続で相互に接続されます。Direct ConnectionCable、またはHarnessコマンドをPlaceメインメニューから選択し、モジュールエントリのホットスポット間に接続線をドラッグします。

Placeメインメニューのコマンドを使って接続を配置します。
Placeメインメニューのコマンドを使って接続を配置します。

2つのモジュールは、それぞれのモジュールエントリ間に2本の直接接続を配置することで接続されています。
2つのモジュールは、それぞれのモジュールエントリ間に2本の直接接続を配置することで接続されています。

接続線を選択すると、Propertiesパネルで接続に関するオプションを表示・編集できます。

接続タイプについて詳しくはこちら。

マルチボード設計を検証するには、メインメニューからDesign » Run ERCコマンドを選択します。設計は、Error Reportingタブ(Project Optionsダイアログ、Projectsパネルでプロジェクトエントリを右クリックしProject Optionsを選択してアクセス)で設定された内容に基づきチェックされます。検出された違反はMessagesパネルに一覧表示されます。

Messagesパネルは、少なくとも1つのErrorまたはFatal Error違反がある場合のみ自動的に開きます。Warningを確認するには、パネルを手動で開いてください(デザインスペース右下のボタンをクリックし、Messagesを選択)。

  • マルチボード設計全体の接続性を調査し、検出された接続問題を解決するには、Connection Managerダイアログ(Design » Connection Manager)を使用します。

  • 子PCB設計で行った変更をマルチボード設計に反映させるには、メインメニューからDesign » Import From Child Projectsコマンドを使用します。

論理システム設計のキャプチャについて詳しくはこちら。

物理マルチボードアセンブリの作成

システムの論理構造がマルチボード回路図で定義されたら、次にマルチボードアセンブリ内で基板を配置して物理的なマルチボード設計を作成します。

マルチボード設計に新しいマルチボードアセンブリドキュメントを追加するには、Projectsパネルでプロジェクトエントリを右クリックし、コンテキストメニューからAdd New to Project » Multi-board Assemblyコマンドを選択します。デフォルトのマルチボードアセンブリドキュメントがデザインスペースに表示されます。

新しく作成されたマルチボードアセンブリドキュメントは、デザインスペースでアクティブなドキュメントとなります。
新しく作成されたマルチボードアセンブリドキュメントは、デザインスペースでアクティブなドキュメントとなります。

マルチボード回路図で各モジュールが参照するPCBをマルチボードアセンブリに読み込むには、マルチボード回路図エディタのメインメニューからDesign » Update Assembly - <MultiBoardAssemblyDocumentName>.MbaDocコマンド(またはマルチボードアセンブリエディタでDesign » Import Changes from <MultiBoardProjectName>.PrjMbdコマンド)を使用します。Engineering Change Orderダイアログが開き、アセンブリにPCBを追加するために必要な変更の一覧が表示されます。ECOに含めるために有効化された変更に対して検証チェックを実行するにはボタンをクリックし、その後ボタンをクリックしてECOを実行し、有効な変更を反映させます。

ボタンをクリックすると、PCBがマルチボードアセンブリエディタに読み込まれ、Engineering Change Orderダイアログを閉じることができます。

マルチボード回路図から更新後のマルチボードアセンブリ。
マルチボード回路図から更新後のマルチボードアセンブリ。

マルチボードアセンブリのナビゲーションには、以下のショートカットを使用できます:

  • Ctrl+Mouse Wheel– ズームイン・ズームアウト

  • Right-Click, Hold&Drag – パン

  • Shift + Right-Click, Hold&Drag – 回転

また、デザインスペース左下のギズモを使って、矢印や面をクリックすることで主要な軸に沿ってビューの向きを変更できます。

アセンブリ内でPCBの位置や向きを調整するには、PCBを選択し、表示されるオブジェクトギズモの矢印やアークを使って、対応する方向に移動・回転させます。

2つのPCBを1つのオブジェクトとして操作したい場合は、それぞれの表面上の選択した点でメイトを作成できます。2つのPCBをメイトするには:

  1. メインメニューからTools » Matingコマンドを選択します。
  2. 対象PCBの平面または円筒面上にカーソルを合わせ、メイトの第1ポイントを選択します。
  3. ソースPCBの平面または円筒面上にカーソルを合わせ、メイトの第2ポイントを選択します。ソースPCBは、ソースサイトとターゲットサイトがメイト(同位置)されるように移動し、それぞれの表面平面と垂直軸が整列します。
  4. Propertiesパネルまたはパネル内に記載されたショートカットを使って、メイト設定を調整します。

例えば、筐体やその他の機械部品でマルチボードアセンブリを完成させるために、STEPモデルを読み込むことができます。メインメニューからDesign » Insert STEP Partコマンドを使用してSTEPモデルを追加します。

Javascript ID: MBA_STEP

マルチボードアセンブリの干渉(2つのオブジェクトの表面が接触または交差している状況)をチェックするには、メインメニューからTools » Check Collisionsコマンドを選択します。干渉が検出された場合は、Messagesパネルで報告され、デザイン空間内でハイライト表示されます。なお、メイトされた表面は干渉とは見なされません。

Multiboard Assemblyパネルでは、アセンブリ構造のツリービューが表示され、アセンブリ内のすべてのPCB、作成されたメイト、追加されたSTEPモデルが含まれます。ツリーやエントリの右クリックメニューコマンドを使用して、マルチボードアセンブリのナビゲーションや管理が行えます。

物理マルチボードアセンブリの作成について詳しくはこちら。

製造用図面の作成

マルチボードアセンブリが完成したら、製造用図面を作成して注釈を追加できます。マルチボード設計の製造用図面は、Draftsmanエディタで作成されます。

マルチボード設計に新しいマルチボードアセンブリドキュメントを追加するには、Projectsパネルでプロジェクトのエントリを右クリックし、コンテキストメニューからAdd New to Project » Draftsman Documentコマンドを選択します。New Documentダイアログが開き、あらかじめ定義されたドキュメントテンプレート、または空白のA4ドキュメントを作成する[Default]オプションを選択できます。OKをクリックすると、新しいDraftsmanドキュメントがデザイン空間に表示されます。

新しく作成されたDraftsmanドキュメントは、デザイン空間でアクティブなドキュメントとなります。
新しく作成されたDraftsmanドキュメントは、デザイン空間でアクティブなドキュメントとなります。

  • Draftsmanドキュメントのオプション(Sheet Sizeなど)は、デザイン空間でオブジェクトが選択されていないときにPropertiesパネルで設定します。

  • Draftsmanは、マルチボードアセンブリドキュメントから設計データを直接抽出します。マルチボードアセンブリのデータが変更された場合、メインメニューからTools » Import Changes From <MultiBoardAssemblyDocumentName>.MbaDocコマンドを選択してDraftsman内のデータを更新できます。

マルチボード設計プロジェクトの製造用図面では、以下のビューが利用できます:

  • マルチボードビュー – マルチボードアセンブリを構成するPCBや3Dモデルの外形を自動で合成したグラフィック表示。

  • 断面ビュー – 配置されたマルチボードビューを指定した「カット」位置で切断した断面図。

  • ボード詳細ビュー – マルチボードビュー内の指定エリアを拡大表示するフローティングビュー。

  • ボードリアリスティックビュー – 現在のマルチボードアセンブリのスケーラブルな3Dレンダリング。

図面ビューを配置するには、DraftsmanエディタのPlaceメニューから必要なビュータイプのコマンド(Multiboard View)、またはAdditional Viewメニューのコマンドを選択します。

Placeメインメニューのコマンドを使って図面ビューを配置します。
Placeメインメニューのコマンドを使って図面ビューを配置します。

  • Multiboard ViewまたはBoard Realistic Viewコマンドを選択すると、クロスヘアとカーソル下のビューで配置モードに入ります。デザイン空間内でクリックしてビューを配置します。
  • Section ViewまたはBoard Detail Viewコマンドを選択した後、それぞれ配置済みのマルチボードビュー上でカットラインや詳細ビューエリアの位置を指定します。

図面ビューを配置した後は、デザイン空間でそのビューを選択するとPropertiesパネルでプロパティを設定できます。

Draftsmanドキュメントのシートに複数のビューを配置した例:2つのマルチボードビュー、断面ビュー、ボード詳細ビュー、ボードリアリスティックビュー。
Draftsmanドキュメントのシートに複数のビューを配置した例:2つのマルチボードビュー、断面ビュー、ボード詳細ビュー、ボードリアリスティックビュー。

図面に重要な情報を追加するため、Draftsmanには注釈、寸法、表ツールが用意されています:

  • オブジェクトの外形の長さ、サイズ、角度や、オブジェクト間の距離を示すには、ボードビュー上に寸法グラフィックを配置できます。Placeメインメニューの寸法配置コマンドグループから必要な寸法タイプを選択してください。

  • 図面に重要な情報を追加するため、コールアウト、表面仕上げ指示、ノートリスト自動生成などの追加注釈ツールも用意されています。メインメニューのPlace » Annotationメニューのコマンドから必要な注釈ツールを選択してください。

  • 製造用図面に部品表(BOM)データを追加するには、部品表テーブルを配置できます(Place » Bill Of Materials)。このテーブルは、マルチボード設計プロジェクトに追加されたActiveBOMドキュメントからデータを取得し、反映します。また、カスタムデータを入力できる汎用テーブルも利用可能です(Place » Table)。

  • 図面ドキュメントに基本的な自由形式の描画要素を配置するためのグラフィカル要素ツールも用意されています。Placeメインメニューのグラフィカルオブジェクト配置コマンドグループから必要なオブジェクトタイプを選択してください。

製造用図面の作成について詳しくはこちら。

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