xSignals での高速設計
概略
- 高速信号のタイミング要件やシグナルインテグリティ要件を、標準的なネットだけで管理することが難しい理由を理解します。
- xSignalsを使って部品や分岐を通る信号経路を定義し、実際の配線意図を設計ルールに反映する方法を学びます。
- ルール設定や信号経路の管理に役立つ、主要なxSignalクエリキーワードと関連用語を理解します。
課題
デバイスのスイッチング速度がますます高速化するにつれ、シグナルインテグリティを維持し、信号のタイミング要件を満たすことが課題となっています。シグナルインテグリティは、インピーダンス制御配線によって管理できます。これは、PCBスタックアップと各層で使用する配線幅を慎重に設計することで実現します。
タイミング要件は、信号経路の配線長を一致させることで満たします。出力ピンから単一の入力ピンへ接続する2ピンの信号経路群であれば、長さの計算と比較は簡単です。しかし、一般的な設計の多くでは、そう単純にはいきません。信号経路に直列終端部品が含まれていたり、信号に3つ以上のピンが含まれていたりする場合があり、その場合は、下図のようにバランスT型またはフライバイ配線トポロジーを使用して配線できます。
バランスT型トポロジーで配線された4個のDDR2 RAMチップ。##
解決策
設計者の仕事は、タイミングバジェットを満たすために許容される最大配線長などの設計要件を、一連の設計ルールに落とし込むことです。たとえば、タイミング要件を確実に満たすためのLengthルールや、潜在的なタイミング不一致を検出するためのMatched Lengthsルールなどがあります。
設計者は、信号をその機能に基づいて捉えます（たとえば、「このアドレス信号は、このコネクターから各メモリーデバイスに配線する必要がある。そのために、末端に終端抵抗を配置したフライバイトポロジーで配線しよう。信号源にも直列終端抵抗が必要かもしれない」と考えます）。アドレスA0が終端抵抗を通過しても、設計者にとって、その抵抗の反対側にある信号は依然としてA0です。
一方、PCBエディターは、各信号を単に接続されたピンの集合（一般にネットと呼ばれます）として認識します。つまり、ネットA0は、このコネクターのピンからこのメモリー部品のピンへ、さらに別のメモリー部品のピンへ、と続きます。直列終端抵抗を追加した時点で、そのアドレス線は2つの独立したネットになります。このため、設計者はLengthやMatched Lengthsなどの設計ルールで重要な設計要件を指定しにくくなります。
この問題は、xSignals （またはextended Signal）と呼ばれる機能で対処できます。この機能により、高速信号経路を、終端部品や分岐を経由して信号源から宛先へ信号が伝わる経路として、適切に扱うことができます。
xSignalのクエリキーワード
PCBエディターには、強力で高度なfiltering engineが搭載されています。このエンジンは、設計スペース内のオブジェクトの検索、インタラクティブおよび自動の設計作業中のルール適用、ルールへの準拠確認において、オブジェクトを識別するために使用されます。設計者は、フィルタリングエンジンが認識するクエリキーワードを使用してクエリを記述し、対象とするオブジェクトを指定します。
設計ルールと設計スペースのフィルターで使用できる、次のxSignal関連のクエリキーワードが追加されています。
所属確認用キーワード
-
InxSignal - オブジェクトが指定したxSignalに含まれているかどうか。例：
InxSignal('DRAM_A0_PP1') -
InxSignalClass - オブジェクトが指定したxSignalクラスに含まれているかどうか。例：
InxSignalClass('PCIE') -
IsxSignal - オブジェクトが指定した名前のxSignalであるかどうか。例：
IsxSignal('DRAM_A0_PP1')
属性確認用キーワード
InAnyxSignal - オブジェクトがいずれかのxSignalに含まれているかどうか。例：InAnyxSignal
ネット関連の用語
PCBエディターでは、次の用語を使用します。
- Net – 相互に接続された部品ピン（ノード）の集合。これらのノードの接続形態はトポロジーと呼ばれ、デフォルトのトポロジーは最短です。
- From-To – 概念的には、From-Toはネット内の2つのノード間を結びます。From-Toは、そのネットのトポロジー、つまりノードの配置に従って作成できます。たとえば、ネットのトポロジーがR1-1からU1-5、U3-2、R5-2へと続く場合、このネットには、R1-1からU1-5、U1-5からU3-2、U3-2からR5-2という3つのFrom-Toを設定できます。トポロジーを変更すると、作成可能なFrom-Toも変わります。From-Toは、PCBパネルのFrom-Toモードで作成します。Generateボタンをクリックしてトポロジーに基づいて作成するか、ネット内の2つのパッドを選択してからAdd From Toボタンをクリックします。
- xSignal – ユーザー定義のノード集合。通常は、ネットの一部（あるノードから別のノードまで）、または終端抵抗などの直列部品を含む2つのネットの組み合わせです。
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