複数ネットのバスおよびシグナルハーネスへの束ね方

概略

この記事では、関連する接続をバスやシグナルハーネスにまとめることで、大規模なAltium Designerの回路図を作成しやすく、読みやすくする方法を解説します。特に、複数のシートにまたがる設計や、ピン数の多い部品を扱う場合に役立ちます。バスの使用が適切な場面、有効なバスの条件、関連するネットと関連しないネットをまとめる際のバスとシグナルハーネスの違いを明らかにします。また、回路図エディターでバスを配置、編集、管理する具体的な方法も紹介し、実際の設計に適用する前に、ルールと作業の流れの両方を理解できるようにします。複雑な接続をすっきりと整理して管理したい方に役立つガイドです。

- ネットの命名方法やグループ化の仕方に応じて、バスとシグナルハーネスをどのように使い分けるかを学べます。
- ラベルや、シート外へ接続する際のポートなど、Altium Designerで有効なバスを作成するために必要な要素を確認できます。
- 回路図エディターでバスを配置、編集、管理する方法の概要を把握できます。
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大規模な設計でよくある課題は、接続を作成する設計者にとっても、回路図を読み解いて理解する読み手にとっても、ネットを扱いやすく保つことです。特にシート間を接続する際は、設計者も読み手も混乱しやすいため、この点が重要になります。

ピン数の多いコンポーネントを含む設計では、すべての接続を個別のワイヤーで作成するのは現実的ではありません。Data0、Data1など、番号が順に増える一連のネットは、バスにまとめることができます。また、ネットとバスを任意に組み合わせてシグナルハーネスにまとめることもできます。これにより、設計全体で複数のネットを視覚的にも論理的にもすっきりと接続できます。

バスの操作

バスは、アドレスバスやデータバスなど、一連の連番ネットをまとめるために使用します。基本的な要件は、下図に示すように、バス内の各ネットの名前が共通のベース名とその後に続く数値識別子で構成されていることです。たとえば、ネットControl1、Control2、Control3は、バスControl[1..3]にまとめることができます。ネットEnable、Read、Statusのように、互いに関連のないネットをバスにまとめることはできません。この場合は、後述するシグナルハーネスを使用します。

有効なバスを作成するには、下図に示す次のすべての要素を含める必要があります。

  • 個々のネットに付けるネットラベル

  • バスラインに付けるネットラベル

  • シート外へ接続する場合は、バスと同じ名前のポート

有効なバスを作成するには、上図に示すすべての要素を含める必要があります。バスエントリが必要になるのは、バスの両側から異なるバス要素を引き出す場合のみです。 
有効なバスを作成するには、上図に示すすべての要素を含める必要があります。バスエントリが必要になるのは、バスの両側から異なるバス要素を引き出す場合のみです。

バス自体はPCBに転送されませんが、回路図の各バスに対して、または必要に応じて各バスセクションに対して、ネットクラスを作成できます。バスセクションは、たとえばバスD[15..0]の一部を指定するなど、より大きなバスの一部分をバスとして指定することで作成します。このオプションを有効にすると、PCBにはバス全体のネットクラスに加え、定義した各セクションのネットクラスも含まれます。Project OptionsダイアログのClass Generationタブで、必要なオプションを有効にしてください。

シグナルハーネスの操作

シグナルハーネスは、任意の数のネット、バス、下位レベルのハーネスを束ねることができるため、非常に柔軟です。その名のとおり、さまざまな構成のワイヤを束ねて電子製品や電気製品の内部に配線するワイヤハーネスに相当します。作成や管理は複雑になりますが、回路図の表示を大幅に簡素化し、読みやすさを向上できるという利点があります。

シグナルハーネスは、ネット、バス、下位レベルのシグナルハーネスを任意に組み合わせて束ねるために使用します。
シグナルハーネスは、ネット、バス、下位レベルのシグナルハーネスを任意に組み合わせて束ねるために使用します。

完全なシグナルハーネスを構成する要素は次のとおりです。

  • Harness Connector - ハーネスコネクタは、じょうごのようなものと考えてください。内部のハーネスエントリを通じて、このハーネスに接続するすべての信号を集約します。ハーネスコネクタの重要なプロパティの 1 つが Harness Type です。これはハーネスを識別し、接続されたポートやシートエントリを含め、シグナルハーネスを構成するさまざまな要素を結び付けるために使用されます。

  • Harness Entries - このシグナルハーネスに含める各信号(ネット、バス、またはシグナルハーネス)は、ハーネスエントリを介してハーネスコネクタに接続されます。 ハーネスエントリには、Harness Typeプロパティがあります。このプロパティはシグナルハーネスを入れ子にする場合にのみ使用され、このハーネスエントリに下位階層のシグナルハーネスが接続されていることを示します。

  • Signal Harness line - シート上でシグナルハーネスを配線するために配置する、バス状の線です。

  • Harness Type - ハーネスタイプは、ハーネスエントリの集合です。検出された各ハーネスタイプは、以下で説明するハーネス定義ファイルに定義されます。ハーネスタイプと、それに関連付けられたハーネスエントリは、基本的にネットを格納するコンテナーの名前であり、ネット自体の名前ではありません。ハーネスタイプの値を確認するには、ポート、シートエントリ、ハーネスコネクタなどのオブジェクトにカーソルを合わせます。

  • Harness Definition File - ソフトウェアは、各信号ハーネス(ハーネスタイプ)に含まれるハーネスエントリをASCII形式のハーネス定義ファイルに記録して、信号ハーネスを管理します。下の画像はハーネス定義ファイルの構文を示しています。ファイルにはHarness Typeごとに1行があり、そのハーネス内のハーネスエントリの詳細が記述されています。ハーネスコネクタが配置されている回路図シートごとに、ハーネス定義ファイルが自動的に作成され、管理されます。下の画像に示すように、これらのファイルはプロジェクトツリーの\Settingsフォルダにあります。信号ハーネスに影響する変更が設計に加えられた場合、ハーネス定義ファイルは自動的に更新されます。プロジェクトフォルダにハーネス定義ファイルが存在しない場合は、回路図シートを開いたときに自動的に再作成されます(削除しても、必要に応じて自動的に再作成されます)。
  • Port + Sheet Entry - ネットやバスと同様に、信号ハーネスはポートを介してシートの外へ引き出し、対応するシートエントリを介して上位階層のシートに接続できます。PreferencesダイアログのSchematic - Graphical EditingページでSheet Entries and Ports use Harness Colorオプションが有効になっている場合、信号ハーネスを接続していることを示すために、ポートとシートエントリの色がソフトウェアによって自動的に変更されます。また、ポートおよびシートエントリのオブジェクトにはハーネスタイププロパティがあり、ポートを配置するときに信号ハーネスのラインに接触させると、この値が自動的に設定されます。ハーネスが定義されている(ハーネスコネクタが存在する)回路図シート上のポートでは、ハーネスタイプは自動的に定義され、編集できません。上位階層の回路図シートに配置されたポートまたはシートエントリでは、この値は空欄で編集可能ですが、通常は手動で設定する必要はありません。ポート/シートエントリにカーソルを合わせると、割り当てられたハーネスタイプをいつでも確認できます。

ハーネスの定義はハーネス定義ファイルに保存されます。上の画像では、1WB_Write_ReadとJTAGの2つの信号ハーネスが定義されています。
ハーネスの定義はハーネス定義ファイルに保存されます。上の画像では、1WB_Write_ReadとJTAGの2つの信号ハーネスが定義されています。

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