このPCBレイアウトに過度に配置しましたか？

私は最初のPCBレイアウト（Altiumを使用）を行っており、ついに自動ルーター段階を過ぎました。結果は混乱であり、いくつかの欠落したネットとデザインルール違反があります。このボードに詰め込みすぎましたか、それともコンポーネントの配置を再考する必要がありますか？

ボードは2層です。

私は非常に特殊なエンクロージャーで立ち往生しており、xy軸でボードを大きくすることができません。

これは趣味用のボードですが、自宅には完全なSMDはんだ付けセットアップがあります（素敵なスコープとすべて）。コネクタの配置は、エンクロージャーの一部です（そうでなければ、最初に移動することになります）。これは、古いエンジン監視システムのドロップイン代替品です。主に熱電対とサーミスタから測定を行います。中央の大きなチップは、16 MHzで動作するATmega2560です。

更新：

すべての入力をありがとう。ボードを再配置し、4層に移動しました。その後、すべてを手作業でルーティングしました。今ではずっと良く見えます！

時間を節約できると思うので、オートルーターを使用していると思います。しかし、悪い知らせがあります。PCBレイアウトは、コンポーネント配置が80％、ルーティングが20％と言われています。コンポーネントをただ平手打ちすることはできません。信号の接続方法を考える必要があります。コンポーネントを正しく配置すると、レイアウトはこの配置から「フロー」します。そのため、適切な配置ができていれば、すぐにルーティングを行うことができ、このレイアウトの実行中に自分で（または少なくともその大部分）ルーティングを行うこともできます。

オートルーターは苦痛です。特に、Altiumにあるような組み込みのツールを使用している人は、これまで使用したことがありません（最近、新しいツールを示していたので、それが役立つかもしれません）。さらに、コンポーネントの配置も重要です。

自動レイアウトまたは回路合成の問題の1つは、プログラムが指定したことだけを行うことです。すべてを指定しなければ、愚かなことをします。あなたのルールは完全である必要があります。制約を完全にする必要があります。あなたが持っているすべての要件は、ルールとディレクティブの形で記載する必要があります。暗黙のうちにどれだけ暗黙のうちに知っている/必要なのか気付かないことがあります-電源信号をボード全体にルーティングしないでください-デカップリングコンデンサとチップの電源ピンの間の接続はできるだけ短くし、行かないようにする必要がありますたくさんのアナログ回路をこっそり回ります-リストは続きます。

あなたの配置はずさんなようです-この例を見てください：

R17を反転させる場合、R17からR18に向かうトレースは、R17からD1に向かうトレースを横断する必要はありません。R19はC12と並行しているようです。これは、おそらく物理的に互いに平行に配置することで、レイアウトを簡素化するために使用できるものです。R19をC12の上または下に移動すると、C18をうまくルーティングするのも簡単になります。また、C17は、交差トレースを必要としないように180度反転できるように見えます。D1を時計回りに90度回転すると、そのトレースを「中心」ピンからR17に配線しやすくなる場合があります。そして、これらのコンポーネントの下に未使用のスペースがたくさんあるので、それを使用してアセンブリ全体を少し下に移動してみませんか？80％の配置、20％の実際の配線について言ったことを覚えていますか？

さらに、オートルーターはあきらめたようです。例：

これらのトレースを離れて移動するためのスペースがたくさんあります。これは問題ではないはずです。だれでも、左側のトレースをほんの少し左に移動するだけで、エラーが修正されることがわかるでしょう。

他の人が言ったこととは異なり、自動ルーターを使用することは問題ではありません。自動ルーターでデザイン全体を投げて、それがすべてを解決することを期待できないという点で、彼らは正しいです。ただし、適切に使用すると、自動ルーターは正当で時間を節約できるツールになります。オートルーターを使用しないように言っているニーダージャーカーに耳を傾けないでください。

あなたの問題は、2層のボードに詰め込みすぎたということです。2層に密集した多数のピンを配線することは非常に非現実的です。

もう1つの問題は、レイアウトを十分に慎重に検討しなかったことです。これはあなたの画像を見ることで評価するのは難しいですが、それはかなりありそうです。

ひとつには、高密度チップの周囲にスペースがほとんどないことです。多層構造であっても、そのチップの周囲には混雑があります。時々、トレースを高密度のチップから手作業でルーティングして少し拡張し、自動ルーターがそれをどのように処理できるかを確認します。

ただし、適切なルーティングの最初のルールは適切なレイアウトです。どこかで部品を掘り下げて、後でルーティングでそれらを接続することはできません。良いレイアウトは、あなたが学び、より多くのデザインをするにつれて直感を得るものです。最初のいくつかのデザインでは、十分なスペースを確保するのに役立ちます。あなたはしていません。

多くの場合、大きな部品はピン割り当てが柔軟です。これは通常、マイクロコントローラーとFPGAに当てはまります。場合によっては、実際に大きな部品のピン配置図を印刷しました。次に、ボード上で接続する必要があるものの大まかな配置に対応して、その周りにメモを作成しました。電源、グランド、MCLRなどのすべての固定ピンをオフにしました。次に、接続する必要があるものの近くに基づいて、ソフトピンを慎重に割り当てました。

これは反復プロセスになる場合があります。部品の途中で途中で取得して、一方向に1本のピンが短いことに気付く場合があります。そのためには、部品の反対側にピンを再割り当てして、物事をシフトする必要があります。

マイクロコントローラのような大きな部品の場合は、大きな空き領域に配置し、すぐに接続された部品のみをその周囲に配置します。これには、バイパスキャップと、キャップがある場合はそのキャップが含まれます。その後、そのグループ全体を1つのユニットとして方向付けて移動します。

いくつかの部品を大まかな位置にのみ配置してから、戻ってきて、より多くの部品が配置されるにつれてそれらをより効率的に梱包することは完全に正常です。繰り返しますが、全体のプロセスは反復的です。いくつかの経験と直観を得た後、これらのステップはより速くなります。最初のいくつかのデザイン、特に密集したデザインにはしばらく時間がかかると予想されます。

エアワイヤが場所を横断しない合理的なレイアウトができたら、重要な信号を少し手作業でルーティングします。私は通常、最初にすべてのバイパスキャップを最初に実行します。もちろん、バイパスキャップは既にバイパスしている電源ピンとグランドピンに近いはずです。グランドプレーンがある場合、次のステップは、ほとんどのグランドポイントをビアでグランドプレーンに接続することです。これにより、実際のルーティング可能なトレースになるエアワイヤのみが残ります。

この時点で、経験に応じて、問題となる可能性のあるものをいくつかルーティングするか、自動ルーターを飛行させます。

ただし、問題箇所を示すためだけに、最終ルートを作成するためにまだ自動ルーターを使用していません。優れた自動ルーティングも反復プロセスです。自動ルーターを実行し、問題が発生する場所を確認し、手動ルーティングを実行し、結果として配置を変更したり、自動ルーターを再実行したりします。最終的に、完成したルートに収束します。自動ルーターは、多くの面倒な作業を行うことで、かなりの時間を節約できます。

十分に満足できるソリューションが得られたら、すべてを注意深く見て、明らかなものを手動でクリーンアップします。たとえば、グラウンドプレーンがある場合、ビアをクランプしないようにします。たくさんの小さな島は、地面にあるいくつかの大きな島よりも優れています。

繰り返しになりますが、すべての宗教的なひざまづき人に耳を傾けないでください。先に進んで自動ルーターを使用しますが、慎重に責任を持って行ってください。私は電気工学を専門的に行っており、私が設計したすべてのボードのおそらく95％以上でオートルーターを何らかの方法で使用しています。ボードが複雑になればなるほど、自動ルーターはあなたのためにうんざりする仕事をするのに役立つツールになります。それがすべての仕事をすることを期待しないでください。そして、あなたは良い配置から始めなければなりません。

自動ルーターは魔法ではありません。また、フルボードの実行には使用しないでください。最初に重要なビットを自分でルーティングする必要があります。パワー、高速、バイパスキャップのように。その後、自動ルーティングで退屈な作業を行うことができます。
自動ルーターが正常に機能するためには、設計ルールを完全に設定する必要があります。

これで、コンポーネントをランダムに配置したように見えます。コンポーネントをグループ化するか、少なくともグリッドに配置すると、より良い結果が得られます。例えば、

• 電圧レギュレーターである可能性が最も高いU3には、Cがいくつかあります。これらはあまり近くに見えません。
• U7およびU8にはバイパスキャップが設定されている可能性があります。それらはどこですか？
• 右側にRのコレクションがあります。これらが抵抗ネットワーク用である場合、正方形グリッドに配置してみませんか？間にスペースを空けておくと、手作業で細かく配線できます。
  例：
  

いくつかのプロ用ボード（テストギアの分解）、または高品質のオープンハードウェア、およびいくつかのPCBレイアウトビデオを見ることをお勧めします。たとえば、EEVblogから。

少なくとも、マウント付きの定義済みのボードサイズで作業しています。これは、サイズの制約なしにボードを配線し、ボードがすでに作成されているときにエンクロージャーを考える古典的な初心者の間違いです。

あなたは初心者が犯す最大の間違いの1つを犯しました。それはオートルーターがあなたのためにあなたの仕事をすることを信頼しているということです。これは愛好家の間で大きな誤解であり、それは自動ルーターが初心者向けであるということです。実際にはそれは正反対です。Altium（および他のパッケージ）のエキスパートユーザーのみが適切に使用できます。エキスパートになるまでは、とにかく手作業でルーティングする方が簡単です。初心者は常に手作業で開始する必要があります。AUTOROUTERを使用しないでください。

ボードの配線を支援するために、重要な位置にある部品（主にコネクタ）を配置することから始めることをお勧めします。必要なものはすべて正確な場所に配置する必要があり、数ミリ移動することもできません。次に、残りのコンポーネントを小さなセクションにグループ化し始めます。たとえば、U1 ICに直接接続または関連するすべてのコンポーネントをグループ化（ボード外）し、エアワイヤが短く真っ直ぐになるように配置し（クロスしない）、それらを一緒に配線します（ボード外） ）。さまざまなモジュールすべてに対して（または少なくとも一度に）これを実行してから、モジュールをコンポーネントのグループとしてボード上で意味のある場所に移動します。配線済みのモジュールをボードに移動すると、それらの間のエアワイヤが短くまっすぐになるようにグループを再配置できます。そして、各モジュール内のコンポーネントと同じように、プロセスを繰り返して「モジュール」を一緒にルーティングします。これを維持すると、最終的に、最小限のビアと論理信号フローを備えた、よく考えられたクリーンなデザインになります。

そして、あなたの実際の質問に答えるために、いいえ-そのボードにはあまりありません。実際、それは私が取り組んできたもののいくつかに比べてかなりまばらです。必要なビアの数とループするトラックの数を最小限に抑えるために、コンポーネントの配置について賢くする必要があります。他の人が述べたように、ビアを縮小します。ほとんどのビアには0.2mmのドリルで十分です。

経済的観点：

だから、これは趣味のプロジェクトです。

この場合、レイアウトに費やす時間と、わずかに大きいボードのコストを考慮してください。一部のメーカー（pcbwayなど）は、80x100mmまたは100x100mmのボードでも同じ料金を請求することがあるため、サイズの増加は無料です。

PCBのコストを2ドル節約するために、より小さなボードに取り付けようとして1日の努力を費やした場合、リラックスしてください！ボードを大きくします。未使用のスペースがあるかどうかは関係ありません。きちんとand屈に見える必要はありません...

...あなたはエンクロージャとコネクタの配置が修正されたと言ったので、上記は現在廃止されています：

これが私の趣味のプロジェクトであった場合、健全な地表を維持するために4層（50ドル、それだけの価値、時間対お金）に行き、EMIについて考えることにあまり時間を費やす必要はありません。少し馬鹿げているように聞こえますが、最近では4層が非常に安価であるため、頭痛やEMIの問題もなく、あまり時間を費やすことなく初めて動作させたいときに、趣味の文脈で本当に理にかなっています。また、微妙な方法でも役立ちます。ノイズ/ EMIで大きな間違いを犯す可能性ははるかに低くなります。

自動車環境にある場合は、多くのノイズ（スパークプラグなど）が必要なので、完全なグランドプレーンが必要です。特に、ADCの読み取りで低ノイズを取得する場合。GNDを思い出してください。0Vが基準であるため、細いグラウンドトレースはGNDの高インピーダンスをほぼ保証します。したがって、流れる電流に応じてどこでもGNDが異なる電圧になるため、非常にノイズの多いADC読み取り値（動作する場合でも）です。

コンポーネント配置の質問に関して。コンポーネントの配置（他の人も言っているように）はルーティングの80％です。事前に考え抜かれた適切な部品配置と、その他すべてが適切に配置されます。

コンポーネントが戦略的に配置されると、ここで2つの結果が得られます。1）Altium auto-routerの教育には、手作業によるルーティングよりもはるかに時間がかかります。2）配線は、ビア数を減らして、Cuとの景色のよいトリップ（X、Y、Z）なしで、所定の場所に配置されます。トレース/導体。

自動ルーターがうまくいった後のクリーンアップは言うまでもありません。私はオートルーターがする多くの奇妙なことを見てきましたが、それは本当に怖いです。はい、ARを（タイムピンチで）使用しましたが、シングルエンドのその他のものなどでのみ使用しました。

私見、アルティウムのオートルーターを北極点まで持って行き、氷の穴を切り刻んで投げ入れます。