Altium Designer に基づく回路図から PCB 設計までのガイドライン

PCB（プリント基板）は、電子プリント技術によって製造され、部品間の電気的接続を提供する役割を担っています。回路図はPCB設計が必ず従うべき唯一の原理であり、回路図の複雑さとPCBサイズに応じてPCBの層数を決定し、最終的に回路設計者によって設定された関連機能を実現します。層数の観点から、PCBはシングルレイヤー、ダブルレイヤー、4層、6層、およびその他の多層PCBに分類できます。電子技術の発展に伴い、PCBはあらゆる分野で広く利用されており、ほぼすべての電子機器に組み込まれています。

多くの種類のがありますPCB設計ソフトウェアそれぞれに長所と短所があり、本記事ではAltium Designer回路図設計からPCB設計ファイル生成までのプロセスに適用されます。

デザインプロセス

・スキーム設計

ある種の製品を設計する前に、まず方案設計を行い、回路の基本モジュールを計画し、回路図を作成する必要があり、これらはすべて手作業で完了させることができる。その後、PCB 設計プロセスを示すための例として、簡単な設計を適用する。

・回路回路図設計

すべてはアイデアから始まります。次に回路の回路図が作成され、最後にPCB設計が行われます。回路図設計はPCB設計の基礎であり、PCB設計の出来栄えと密接に関係しているため、もし回路図に問題があれば、PCBにも必ず誤りが生じてしまいます。したがって、回路図設計の正確性と精度を確保することが最優先となります。

・模式図の作成

1). Altium Designer を起動し、メインインターフェースに入ります。

優先順位に従って、File（ファイル）>> New（新規作成）>> Project（プロジェクト）>> PCB Project（PCB プロジェクト）をクリックし、このファイルを保存する前にエンジニアリングファイルを作成してください。エンジニアリングファイルを作成する利点の一つは、回路図シンボルファイル（.schlib）、PCB フットプリントファイル（.pcblib）、回路図ファイル（.SCH）、PCB ファイル（.PCB）など、エンジニアリングファイルに含まれるファイルを一括して管理しやすくなる点にあります。回路図の翻訳および編集が完了した後、ネットリストは PCB に読み込まれ、回路図と PCB は関連付けられ、両ファイル間でインタラクティブな操作を行うことができます。同一のエンジニアリングファイル内に配置されていない場合、PCB と回路図は互いに独立したものと見なされ、回路図のネットリストは PCB ファイルに自動的には読み込まれません。エンジニアリングファイルがない場合、PCB にネットリストを読み込む過程で、回路図へのパスを都度指定する必要があります。ある意味で、エンジニアリングファイルを作成しておく方がより便利です。

2). 回路図は回路記号同士が完全に接続されて構成されるため、まず回路図記号を作成しておく必要があります。

エンジニアリングファイルで、File>>New>>Libraries>>Schematic Libraries をクリックして保存します。回路図ファイル上では、必要な回路図シンボルを順番に作成します。本稿の回路では、スイッチ、LED、ソケットがすべて回路に含まれており、これら部品のシンボルは Altium Designer にすでに用意されています。しかし、自分の要件に完全に合致した設計を行いたい場合は、自前のライブラリを作成するのが最善です。実際のところ、ビルトインライブラリをそのまま使うエンジニアはほとんどいません。ライブラリ作成の過程では、対応する部品の仕様書を調べる必要があり、それに基づいて設計することで、LED のアノード・カソードやトランジスタの 3 端子など、ピン名やマーキングの正しさを確保できるようになります。

3). PCB パッケージングの確立。

「File」>>「New」>>「Libraries」>>「PCB Libraries (.pcblib)」をクリックして保存します。PCBパッケージが適切に作成されているかどうかは、PCBの製造性を左右します。前述のアノードとカソードおよび回路図シンボルの対応に加えて、多くの細部にも注意を払う必要があります。例えば、QFPパッケージについては、仕様書が通常は背面図を示しているため、PCBパッケージ作成の過程でイメージ変換を行う必要があり、その点に十分注意しなければなりません。そうしないと、作成されたライブラリが反転してしまいます。部品用パッドおよびビアのサイズも一定の原則に従います。部品ビアのサイズは部品ピンの直径に依存し、パッドのサイズはビアのサイズに依存します。

LEDパッケージの例として、LEDの直径が3mm、ピン間隔が2.54mm、ピンの直径が0.6mmの場合を考えてみましょう。PCB Librariesのインターフェースでは：

a. パッドの配置
①. ビアパッド径 = 部品ピン径 + 0.3mm + 0.9mm;
②. パッドは円形に設計されています。その直径 = パッドビア径 0.9mm + 1.2mm = 2.1mm（一般的には片面基板の場合 +1.2mm、両面の場合 +1.0mm）。
③. SMT が適用される場合、パッドは通常トップ層に配置されます。
④. 配置座標：X（-1.27mm）、Y（0）
⑤. パッドは 1 ピンとして定義されます（デジグネータは 1 として定義されます）；
⑥. 2 つ目のパッドは、配置座標が X（1.27mm）、Y（0）であること、およびパッドがデザイン指定子 2 を持つ 2 ピンとして設計されていることを除き、同じ方法で配置されます。

製造を容易にするために、コンポーネントパッケージでは原点を部品の中心に設定しています。そのため、前述のパッドの座標がそれぞれ 1.27 と -1.27 になっています。

b. シルクスクリーンは、パッド配置の直後に作成されます。

c. ファイルを保存して名前を付けます。

4). コンポーネントの回路図記号とPCBパッケージが確立されたら、次に行うのは回路図記号とPCBパッケージ間の接続です。

PCBパッケージは、コンポーネント属性内で回路図シンボルと関連付ける必要があります。回路図シンボルライブラリとPCBパッケージライブラリを作成した後、それぞれのライブラリを編集および変換する必要があります。同時に、Altium Designerは各コンポーネントの情報をチェックし、エラーが発生した場合には自動的にヒントウィンドウがポップアップ表示されます。

5). 概略図。

回路図記号とPCBパッケージの作成が完了したら、回路図の作成を開始します。プロジェクトファイルで、File >> New >> Schematic をクリックします。

回路図のインターフェースでは、A4 図面が選択されています（実際には、プロジェクトに応じて適切な図面を選択できます）。次に、作成済みの回路図シンボルを見つけて、回路図インターフェース上に一つずつ配置します。最後に、ピン同士を電気的な接続線で接続する必要があります。

回路図の作成が完了すると、設計上のエラーを自動的にチェックできます。回路図上で、完成した図を右クリックし、ポップアップメニューから「compile document ***.Schdoc」を選択します。

・PCBフライの設立

プロジェクトファイルで、[ファイル] >> [新規作成] >> [PCB] >> [保存] をクリックします。

1). PCB の図面枠を作成し、そのサイズはシステム構成に応じて設定できます。Mechanical 1 では、PCB シートフレームが描かれています。本記事の例では、PCB のサイズは 62×55mm です。

2). リード部品を挿入する。回路図およびネットリスト内の部品情報は PCB に反映されます。 Design >>「Update PCB Document ***.pcbDOC」>>「Validate Changes」および「Execute Changes」をクリックします。

3). 設計ルールの設定。この部分では、線幅、線間距離、電源ラインおよびグランドラインの線幅を設定します。

4). レイアウト。良いレイアウトができれば、作業は半分終わったも同然です。レイアウトで守らなければならないルールには、次のものが含まれます。
a. 位置決め用の穴を固定する必要があります。
b. 固定された位置が必要なコンポーネントは、他のコンポーネントを移動する際に動かされないよう、最初に固定する必要があります。
c. レイアウトは、機能モジュールに基づき、大きいものから小さいものへ、難しいものから易しいものへと行うこと。

5). ルーティング。ルーティングとは、部品を接続するために、PCB 上に配線とビアを配置するプロセスです。
a. インタラクティブ配線：Place >> Interactive Routing をクリックすると、カーソルが配線用の十字形に変わります。
b. 自動配線：Auto Route>>All>>Route All をクリックします。すると自動配線が開始されます。

6). ティアドロップと銅コーティングの追加リードとパッド間、またはスルーホールビア間の機械的強度を高めるのに役立ちます。

一般的に、大面積の銅箔コーティングは、配線設計が完了した後にPCB上で実装されるべきです。通常、銅箔コーティングはグランドラインと接続してグランドラインの面積を増やすために適用され、これによりグランドラインのインピーダンスを低減し、電源および信号伝送を安定させるのに役立ちます。

7). コンゴ民主共和国（DRC）。

「Tools」>>「Design Rule Check」をクリックします。情報ボードを通じてエラーレポート一覧を確認し、それに基づいてPCB設計を修正します。その後、エラーがなくなるまでDRCを実行します。

PCBファイル出力

•ガーバーファイル：それはプリント基板メーカーに提供されます。
・組立図：このファイルは作業手順書として工場に提供されます。
・コンポーネント座標：機械への自動取り付けのために、ワークショップに提供されます。
・BOM：調達部門および製造部門に提供されます。
・必要に応じて、その他の形式のファイル。

設計完了

ここまでで、回路図からPCBファイルの出力まで、PCB設計全体を完了しました。この記事ではこのプロセスの概要を紹介しましたが、より詳しい内容は、あなたが実際に作業する中で発見していくことになるでしょう。

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