配線長チューニング

高速設計の配線における主な課題は、配線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の2つです。

• インピーダンス制御配線 は、出力ピンから送出された信号が良好な状態で到達し、接続先の入力ピンで正しく受信されるようにするのに役立ちます。詳しくは、インピーダンス制御配線をご覧ください。

• 配線長が一致するように調整することで、タイミングが重要な信号を接続先のピンに同時に到達させることができます。配線長の調整と整合は、差動ペア配線、特にペア内の配線でも不可欠です。

差動ペアの配線長を一致させるために、配線にアコーディオンパターンが追加されています。

Interactive Length TuningコマンドとInteractive Diff Pair Length Tuningコマンドは、使用可能なスペース、設計制約、設計内の障害物に応じて振幅を変えられるチューニングパターンを挿入することで、ネットや差動ペアの長さを動的に最適化し、制御する手段を提供します。 配線長チューニングのプロパティは、事前に設定された設計制約、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。 

チューニングパターンには、アコーディオン、トロンボーン、のこぎり波の3種類があります。 

チューニングパターンには3種類あります。Interactive Length Tuningコマンドを起動した後、Tabを押してパターンを選択します。

設計制約の設定

重要な配線の長さを確実に一致させる最善の方法は、設計制約を定義することです。 配線長チューニング時には、Matched Lengths制約とLength制約の2つの設計制約が適用されます。Constraint ManagerとPCB Rules and Constraint Editorではこれらの制約の設定方法が異なりますが、基となる制約は同じです。このページでは、 PCB Rules and Constraint Editorを使用した手順を説明し、Constraint Managerを使用する場合の手順を補足します。

PCBルールと制約エディターでは、Matched Lengths制約とLength制約の両方に、 High Speedカテゴリからアクセスできます。設計で重要となるのは、これらの制約のいずれか一方、または両方です。想定される問題がスキューに関するものか（Matched Lengths制約を使用）、信号全体の遅延に関するものか（Length制約を使用）によって異なります。

Properties パネルには、チューニング対象のネットに適用されるすべての設計制約が表示され、適用可能な制約のうち優先順位が最も高いものが選択され、ハイライト表示されます。

Matched Lengths設計制約

配線長整合の設計制約では、対象のすべてのネットを、対象グループ内で最も長いネットの長さに合わせて配線するよう指定します。または、制約内で Source target オプションが使用可能で選択されている場合は、それに合わせます。インタラクティブな配線長整合を実行すると、ネットの長さは指定された許容差（）の範囲内に収まるように調整されます。制約の対象となるネットのグループは、constraint scopeまたはクエリで定義します。

配線長チューニングツールは、選択されたSource targetを使用するか、対象ネットのグループ内で最も長いネットを見つけ、有効範囲とTarget長を次のように設定します。

• TargetLength = Longest routed net in set

• MinLimit = LongestNet - MatchedLength Constraint Tolerance

• MaxLimit = TargetLength

詳しくは、Matched Lengths制約をご覧ください。

Length設計制約

Matched Net Lengths制約を補完する配線長の設計制約は、ネットまたはネットのグループに対して、許容される配線長の最小値と最大値を指定します。対象ネットの長さは、指定されたMinimum長とMaximum長の範囲内でなければなりません（）。

配線長チューニングツールは、対象ネットのグループ内で最も長いネットを見つけ、有効範囲とTarget長を次のように設定します。

• TargetLength = Longest routed net in set

• MinLimit = Constraint Minimum

• MaxLimit = Constraint Maximum

詳しくは、Length制約をご覧ください。

調整パターンの選択

調整パターンは、コマンドを起動してから配線長調整を開始するまでの間に選択する必要があります。

調整パターンを選択するには：

1. Route » Interactive Length Tuningコマンドを起動します。

2. Tabを押して調整を一時停止し、Propertiesパネルを表示します。 

3. 必要なパターンを選択します（必要に応じてパターン設定を編集します）。

4. 一時停止ボタン を押してLength Tuningコマンドに戻ります（またはEscキーを押します）。これで、ネットをクリックして配線長を調整できます。

ネットの配線長のチューニング

配線長チューニング機能の優れた点は、高度なソフトウェアアルゴリズムと直感的なユーザー操作を巧みに組み合わせていることです。配線経路に沿ってカーソルをなぞるだけでチューニングセグメントが追加され、それらを構成する各トラックや円弧の寸法と位置は、配線長チューニング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を使用すると、チューニングセグメントを追加しながら、そのスタイルやプロパティを制御できます。

配置中にショートカットキーを使用して、チューニングパターンの形状と振幅を制御できます。

ネットの配線長をチューニングするには：

1. 制約に基づいて配線長をチューニングするには、Matched Lengthsおよび／または Lengthの設計制約を設定します。

2. RouteメニューからInteractive Length Tuningコマンドを実行します（またはActive Barの ボタンを使用します）。

3. Tabを押してPropertiesパネルを開き、 配線長チューニングパターンを選択してから、デザインスペースの一時停止ボタン（）をクリックして配置を再開します。

4. デザインスペース内の配線をクリックして、配線長のチューニングを開始します。アコーディオンパターンを追加する方向に、配線に沿ってカーソルを移動すると、 チューニングパターンが表示され、 カーソルの移動に合わせて伸びていきます。以下のアニメーションは、アコーディオンチューニングパターンの配置例を示しています。

5. 配線長のチューニング中にパターンのプロパティを変更するには、Tabを押してPropertiesパネルを開くか、以下に示すショートカットキーを使用します。

チューニング中にパターンのプロパティを制御するショートカット

Tab	Propertiesパネルを開く（すべてのパターン）
Spacebar	チューニングのコーナースタイルを3種類の間で切り替える（アコーディオンおよびトロンボーンパターン）
（カンマ）	Max Amplitude（アコーディオンパターン）またはActual Height（のこぎり歯パターン）を、対応する Step フィールドで指定した量だけ減らす
（ピリオド）	Max Amplitude（アコーディオンパターン）またはActual Height（のこぎり歯パターン）を、対応する Step フィールドで指定した量だけ増やす
3	Space を、対応する Step フィールドで指定した量だけ減らす（アコーディオンおよびトロンボーンパターン）
4	Space を、対応する Step フィールドで指定した量だけ増やす（アコーディオンおよびトロンボーンパターン）
1	コーナーのMiterを、対応する Step フィールドで指定した割合（%）だけ減らす（アコーディオンおよびトロンボーンパターン）
2	コーナーのMiterを、対応する Step フィールドで指定した割合（%）だけ増やす（アコーディオンおよびトロンボーンパターン）
S	Single Sideオプションのオン／オフを切り替える（のこぎり歯およびトロンボーンパターン）
Shift	Shiftを押し続けると、パターンの配置からスライドに切り替わります。キーを放すと、パターンの配置を続行できます（のこぎり歯およびトロンボーンパターン）
Shift+G	配線長チューニングゲージの表示／非表示を切り替える
Shift+F1	このインタラクティブコマンドで使用できるショートカットの一覧を表示します（）。

チューニングパターンの目標長は何によって決まるのか？

インタラクティブ配線長チューニング中は、PropertiesパネルのTarget セクションに、必要なTarget Lengthモードを選択するオプションがあります（）。使用できるモードは、手動（ユーザー定義の長さ）、ネット／ペアから（既存のネット／ペアの長さに基づく）、ルールから（設計制約）の3つです。

Manual	Manualボタンをクリックし、Target フィールドに長さを入力します（）。再び使用できるように、Recently Used Lengthsは保持されます。
From Net / From Diff Pairs	クリックすると、 配線済みのネット／差動ペアの一覧が表示されます。 ネット／差動ペアを選択して、長さTargetを設定します（）。
From Rules	クリックすると、適用可能なLengthおよび／またはMatched Lengths設計制約の一覧が表示されます（）。ソフトウェアは、これらの制約の最も厳しい組み合わせに従います。パネルの一覧で制約をダブルクリックすると、そのプロパティの詳細を確認できます。ネットのチューニング時にLengthおよびMatched Lengths設計制約がどのように適用されるかについては、設計制約の設定セクションを参照してください。 適用されている制約は青色でハイライト表示されます。 チューニング中に別の制約の項目をクリックすると、適用する制約を変更できます。その制約が青色でハイライト表示され、目標長（および説明文）もそれに応じて変わります。
Target	チューニングセグメントを追加することで、チューニングアルゴリズムが達成しようとする長さです。 チューニングアルゴリズムがチューニングセグメントを追加できない理由はいくつかあります。詳細については、チューニングパターンがときどき消えるのはなぜか？セクションを参照してください。
Clip to Target	有効にすると、長さが TargetのTolerance以内になった時点で、チューニングアルゴリズムはチューニング形状の追加を停止します。

信号長の監視

PCBパネルをNetsモードに設定すると、配線済み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、Name、Node Count、Routed length,、Unrouted (Manhattan)の長さが表示されます。パネルの列見出し領域を右クリックするとメニューが表示され、列の追加や既存の列の非表示を選択できます。なお、 Routed Lengthは、配線を構成する配置済みトラックおよび円弧セグメントの長さの合計に、ビアを通過する垂直方向の距離を加えて計算されます。この配線長の計算では、重なったトラックセグメントやパッド内の蛇行配線は考慮されません。

ノード間の総距離を正確に計算するには、Signal Length 列を有効にしてください。信号長の計算では、配線経路上に配置されたすべてのオブジェクトが解析され、積み重なったオブジェクトや重なったオブジェクト、パッド内の蛇行経路が考慮されます。また、ビアの長さも含まれます。ネットの配線が完了していない場合は、接続線のマンハッタン長（X + Y）も含まれます。等長配線を行う場合は、必ずSignal Length 列を有効にしてください。

Matched LengthsまたはLengthの設計制約が設定されている場合、制約の対象となる各ネットのSignal Lengthセルも色分けされます。route length < constraint minimumの場合は黄色で強調表示され、net passes the constraintの場合は色なし、route length > constraint maximumの場合は赤色になります。

詳細については、PCBパネルのNetsセクションを参照してください。

Net Length Gaugeの使用

Length制約、または Matched Lengths制約、あるいはその両方が定義されている場合、Length Tuning Gaugeを表示することで、インタラクティブ等長配線中に調整中の長さを確認できます。Shift+Gショートカットを使用して、ゲージの表示と非表示を切り替えます。

ゲージには現在のRouted Lengthが数値で表示され、赤色と緑色のスライダーにはEstimated Lengthが表示されます。既存の配線に対して等長配線を行っている場合、Estimated Lengthは配置済みのすべてのトラックと円弧の長さの合計（実際の物理的な長さ）です。

ゲージの設定値は、適用される制約で定義された条件に基づいて計算されます。

配置済みチューニングパターンの変更

配置済みのチューニングパターンを変更するには、1回クリックして選択し、編集ハンドルを表示します。

アコーディオンの境界ボックスのサイズを変更して振幅や長さを変更し、クリックしたままドラッグして移動し、Propertiesパネルでスタイルを編集します。

配置済みチューニングパターンの変更
Change the style	クリックしてパターン（複数可）を選択し、Propertiesパネルでスタイルやその他の設定を変更します。 ショートカットも使用できます。選択したチューニングパターンをクリックしたままにすると使用できます。
Move a pattern	パターンを移動するには、クリックしてドラッグします。アコーディオンパターンはスリーブの概念をサポートしていないため、コーナーをまたぐ配置やスライドはできませんが、トロンボーンパターンとノコギリ波パターンでは可能です。トロンボーンパターンとノコギリ波パターンの操作について詳しくはこちらをご覧ください。
Resize the pattern	エッジまたは頂点をクリックしてドラッグすると、パターンの境界領域のサイズを変更できます。パターンの各セクションは、変更後の境界領域の形状に合わせて自動的にサイズ調整されます。
Rotate an accordion	アコーディオンを選択し、CTRL,を押しながら、次の操作を行います（ ）。 アコーディオンの選択ボックスのいずれかの端をクリックしてドラッグすると、反対側の端を中心に回転します。 アコーディオンの選択ボックスのいずれかの側面をクリックしてドラッグすると、アコーディオンの中心を軸に回転します。 回転中にRキーを押すと、45度刻みのスナップ回転のオン／オフが切り替わります。
Change the layer	デザインスペースで配置済みのチューニングパターンを選択すると、PropertiesパネルのProperties領域にLayerドロップダウンが表示されます。このドロップダウンを使用すると、チューニングパターンが配置されている信号層をすばやく変更できます（）。 複数の配線オブジェクト（チューニングパターン、トラック、アーク）を選択し、1回の操作で信号層を変更することもできます。

差動ペアの長さチューニング

差動ペアの長さチューニングには2つの側面があります。1つは、セット内の各ペアの長さを調整して、すべてのペアを同じ長さにすることです。もう1つは、各ペア内の短い方のネットの長さを調整することで、この処理をphase matchingと呼びます。 

差動ペアの長さをチューニングするには、対象となる差動ペアのセットに対して、次の制約を作成します。

• between pairsの長さマッチング要件を定義するmatched lengths constraint。あるペアの長さを別のペアの長さと比較するには、上記のMatched Lengths設計制約セクションで説明したように、Group Matched Lengthsオプションを有効にします。

• within-pairの長さマッチング要件を定義する、2つ目のmatched lengths constraint。ペアの一方のメンバーの長さを他方のメンバーの長さと比較するには、以下で説明するように、Within Differential Pair Lengthオプションを有効にします。

差動ペア間の長さチューニング

差動ペアの配線が完了したら、ペア間の長さの違いを調整して一致させることができます。

ペア間の長さをチューニングしてから、各ペア内の長さをチューニングするデモンストレーション。

ペア間の長さチューニング
Targeting the pairs	通常、Matched Lengths設計制約では、差動ペアのクエリキーワード（InAnyDifferentialPair、InDifferentialPair、InDifferentialPairClass、IsDifferentialPair）のいずれかを使用して、対象のペアを指定します。ペア間の長さを一致させるには、Matched Lengths設計制約でGroup Matched Lengthsオプションを有効にします（ ）。  xSignalsを定義している場合は、それを使用して長さチューニングの設計制約の適用範囲を指定でき、制約内でSource Targetオプションが使用可能になります。詳細については、xSignalsを使用した高速信号経路の定義ページをご覧ください。
What is the target length?	Matched Lengths設計ルールは、ルールの適用範囲内で最も長いペアを検出し、そのペアのLongest Signal Length値を他の対象ペアのMax Limitとして使用して、Min LimitをMax Limit - Toleranceに設定します。この処理は動的に行われるため、ペアのチューニング中に、新たにチューニングしたペアが最長となり、そのペア内の長い方のネットが新しいLongest Signal Length値になる場合があります。
Tune the length of a pair	ペアの長さをチューニングするには、Route » Interactive Differential Pair Length Tuningコマンドを実行します。差動ペア配線と同様に、このコマンドはペア内の2つのネットに対して同時に動作します。ネットの長さのチューニングについて詳しくはこちらをご覧ください。
Controlling the shape during tuning	単一ネットの長さチューニングと同様に、長さチューニングコマンドを起動した後、配線をクリックする前にチューニングスタイルを選択する必要があります。長さチューニング中は、ショートカットを使用するか、Tabを押してPropertiesパネルを開くことで、そのスタイルのプロパティを変更できます。
Monitoring the progress	長さチューニング中は、Shift+Gショートカットを使用して、ネット長ゲージの表示／非表示を切り替えます。 PCBパネルのNetsモードまたはxSignalsモードでも、進行状況を確認できます（）。黄色のハイライトは制約のMin Limitを下回る値を示し、赤色のハイライトはMax Limitを上回る値を示します。
Adjusting the finished tuning shape	チューニング形状はオブジェクトであり、選択、ドラッグ、サイズ変更、削除が可能です。配置済みのチューニングパターンの変更について詳しくはこちらをご覧ください。
Checking the results	PCB Rules and Violationsパネルを使用して、between-pairのMatched Net Length制約を確認します（）。必要に応じて、チューニング用のアコーディオンを調整してください。

差動ペアの静的位相マッチング

プリント基板上の配線として信号ペアを実装する場合、得られる差動結合は本質的に弱いため、ペアを構成する2つのネットの長さを揃えることが、差動ペア配線全体の有効性において重要な役割を果たします。

等長化により、ペアの正側と負側の信号が同時に到着するようになります。この手法はphase matchingと呼ばれます。 位相を一致させる最も簡単な方法は、ペア内の短い方のネットの途中に長さ調整形状を追加することです。この種の長さ調整はstatic phase matchingと呼ばれ、全体の長さは一致していても、差動配線の経路に沿って生じる長さの不一致は解消されていないことを意味します。

各ペア内の長さ調整のデモンストレーション。

ペア内の静的な長さ調整
Targeting the pairs	通常、Matched Lengths設計制約では、差動ペアのクエリキーワード（InAnyDifferentialPair、InDifferentialPair、InDifferentialPairClass、IsDifferentialPair）のいずれかを使用して対象のペアを指定します。各ペア内の長さを揃えるには、Matched Lengths設計制約のWithin Differential Pair Lengthオプションを有効にします（ ）。必要に応じて許容差を設定します。
Tune the length of the shorter net in the pair	ペア内の短い方のネットの長さを調整するには、Route » Interactive Length Tuningコマンドを実行します。詳細については、ネットの長さの調整を参照してください。
Controlling the shape during tuning	長さ調整コマンドを起動したら、配線をクリックする前に調整スタイルを選択する必要があります。長さの調整中は、ショートカットを使用するか、Tabを押してPropertiesパネルにアクセスすることで、そのスタイルのプロパティを変更できます。
Monitoring the progress	長さの調整中は、Shift+Gショートカットを使用してネット長ゲージの表示と非表示を切り替えます。 PCBパネルのNetsモードまたはxSignalsモードでも進行状況を確認できます（）。黄色のハイライトは制約のMin Limitを下回る値を、赤色のハイライトはMax Limitを上回る値を示します。
Checking the results	PCB Rules and Violationsパネルを使用して、within-pairのMatched Net Length制約を確認します（）。必要に応じて、長さ調整用のアコーディオン形状を調整します。

自動長さチューニング

PCBエディターは、単一ネットと差動ペアの両方に対して、長さ／遅延の自動チューニング（マルチチューニングとも呼ばれます）をサポートしています。 通常のトレースや任意角度の配線もサポートされます（任意角度で配線された差動ペアを除く）。

自動チューニング処理は、適用されるMatched Lengths／Length設計制約に従って、現在選択されているネットの長さの調整を試みます。詳細については、設計制約の設定セクションを参照してください。

ネット間やペア間だけでなく、各ペア内でも長さを自動調整できます。

この機能は、次のように使用します。

 

 

 

 

 

差動ペアの自動位相整合（）
Configure how lengths are matched	必要に応じて、ネット／差動ペア／xSignalsのLength／Matched Lengths設計制約を設定します（Within Differential Pair Lengthオプションを有効にします）。
Select nets to be matched	長さを調整するネットを選択します。
Static phase matching	Matched Lengths制約でDynamic Phase Matching（）／Dynamic Phase Tolerance（）オプションがdisabledの場合、静的整合が適用されます。チューニングパターンは、ペア内の短い方のネットに沿った任意の位置に追加されます。
Dynamic phase matching	Matched Lengths制約でDynamic Phase Matching（）／Dynamic Phase Tolerance（）オプションがenabledの場合、動的整合が適用されます。チューニングパターンは通常、ペア内の短い方のネットに沿って複数の位置に追加されます。
Configure the within pair Sawtooth tuning properties	メインメニューからRoute » Automatic Length Tuningコマンド（ショートカット：Ctrl+Alt+T）を選択して、Auto Tuning Processダイアログを開きます（）。ダイアログでWithin Pair Matchingモードを選択し、ペア内の長さを調整します。 必要に応じて、のこぎり歯型パターンスタイルの属性を設定します。詳細については、のこぎり歯型チューニングパターンセクションを参照してください。
Auto tune the lengths	Auto Tuning ProcessダイアログでOKをクリックすると、ソフトウェアが位相チューニングパターンの作成を試みます。

位相チューニングはオープンベータ版であり、Advanced SettingsダイアログでPCB.TraceTuning.PhaseTuningオプションを有効にすると使用できます。

その他のチューニングツール

参考資料

• シグナルインテグリティの講師であり業界の専門家でもあるEric Bogatinのウェブサイト http://www.bethesignal.com/

• 高速設計の講師であり業界の専門家でもあるHoward Johnson博士のウェブサイト http://www.signalintegrity.com/

• 講師であり高速PCB設計の専門家でもあるLee Ritcheyのウェブサイト http://www.speedingedge.com/