(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装ＣＡＤによってレイアウトする基板配線の設計方法であって、
設計回路データベースから入力する設計回路において、ノイズの加害側配線と被害側配線からなる所定の配線ペアについて、前記加害側配線の発生ノイズレベルと前記被害側配線の許容ノイズレベルから、クロストークを防止するための指標として、セベリティを計算する第１のステップと、
前記計算されたセベリティに基づいて、セベリティの値範囲で予め分類定義されたセベリティクラス（ＳＣ）を前記配線ペアに付与する第２のステップと、
ＳＣ別設計許容値データベースから入力する予め設定されたＳＣ別設計許容値リストに基づいて、前記配線ペアの設計要素に対して該配線ペアに付与されたＳＣに属する一または複数の設計許容値を指定し、指定許容値リストを作成して指定許容値データベースへ記録する第３のステップと、
前記設計許容値に基づいて、前記配線ペアを基板にレイアウトする第４のステップとを有してなることを特徴とする基板配線の設計方法。
【請求項２】
前記発生ノイズレベルおよび許容ノイズレベルの少なくとも一方が周波数依存する場合において、
前記第１のステップが、
前記加害側配線の発生ノイズ周波数スペクトラムと前記被害側配線の許容ノイズ周波数スペクトラムから、セベリティ周波数スペクトラムを計算する第１１のステップと、
前記セベリティ周波数スペクトラムを、電磁結合による並走配線間のカップリング係数の周波数依存性を考慮した特定の規格化周波数での値に規格化して、実効セベリティ周波数スペクトラムに変換する第１２のステップと、
前記セベリティとして、前記実効セベリティ周波数スペクトラムにおける最大値の最大実効セベリティを抽出する第１３のステップとからなることを特徴とする請求項１に記載の基板配線の設計方法。
【請求項３】
前記設計回路において、前記配線ペアが複数組有り、
前記第４のステップにおいて、前記セベリティが高い順に、前記複数組の配線ペアを基板にレイアウトすることを特徴とする請求項１または２に記載の基板配線の設計方法。
【請求項４】
前記配線ペアの設計要素が、並走する配線部についての配線間ギャップと並走距離であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板配線の設計方法。
【請求項５】
前記ＳＣ別設計許容値リストが、前記基板の誘電率別に複数設定されてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板配線の設計方法。
【請求項６】
前記配線ペアの少なくとも一つが、加害側ＩＣ端子に接続する配線と、被害側コネクタ端子に接続する配線とからなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板配線の設計方法。
【請求項７】
前記加害側ＩＣ端子が、クロック信号の出力端子であることを特徴とする請求項６に記載の基板配線の設計方法。
【請求項８】
前記被害側コネクタ端子が、センサ信号の入力端子であることを特徴とする請求項６または７に記載の基板配線の設計方法。
【請求項９】
前記基板配線の設計方法が、車載用の電子制御装置に用いられる基板の配線設計に適用されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の基板配線の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路基板を設計・製造するにあたって、設計された電子回路の配線を基板にレイアウト設計する、基板配線の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路基板を設計する場合、電磁誘導現象による配線間のクロストークという問題に注意が必要である。
特に、車両に搭載されるエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）においては、デジタル系信号等が伝送されるノイジーな配線と各種センサからの微弱信号等が伝送されるセンシティブな配線とが一枚の配線基板に混在しており、クロストークが発生し易い条件下にある。エンジンＥＣＵは、狭い車両スペースに設置する必要があるため小型化が進んでおり、電子部品を搭載する配線基板は、高密度実装基板となってきている。また、エンジンＥＣＵの高機能化に伴ってマイコンの高速化が進められ、マイコンのクロック周波数も上昇しているため、クロストークに対してますます悪条件となってきている。
【０００３】
これまでの電子回路基板の製造においては、試作品でクロストーク問題が判明すると、配線のレイアウト設計をやり直し、新たな配線基板でクロストークを評価する試行錯誤が繰り返されてきた。しかしながら、この方法では、エンジンＥＣＵのようなクロストークが起き易い電子回路基板の設計・製造において、クロストーク対策のための開発期間の長期化や工数増大が起きてしまう。このため、エンジンＥＣＵの配線基板にも適用可能な基板配線の設計方法として、設計された電子回路の配線を最初に基板にレイアウト設計する段階からクロストークの防止を考慮した、新たな基板配線の設計方法が必要とされてきている。
【０００４】
電子部品を搭載する配線基板の設計方法ではないが、ＬＳＩのレイアウト設計におけるクロストークを考慮した配線方法が、特開２００６−１５５１２０号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００５】
図１３は、特許文献１に開示された配線方法の原理を説明する図で、図１３（ａ）は、配線装置３０が行う各処理のフロー図であり、図１３（ｂ）は、２種類の隣接スペーシング条件を示す図である。
【０００６】
図１３（ａ）に示す配線装置３０において、配線処理部３６は、半導体回路のネットリストに基づいて、図１３（ｂ）に示す第１隣接スペーシング条件を最小隣接スペーシング条件として最初に与えて、配線処理を実行する。次に、ノイズ解析部４０は、配線処理部３６で作成された配線のノイズ解析により、ノイズエラーを起しているエラーネットを抽出する。配線条件変更部４２は、ノイズ解析ステップで抽出されたエラーネットに対して、より広い第２隣接スペーシング条件を与えると共に、エラーネット以外のネットに第１隣接スペーシング条件を与え、再度配線処理を実行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１５５１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１３に示した配線装置３０による配線方法は、最初に最小隣接スペーシング条件として第１隣接スペーシング条件を全てのネットに与えて配線処理を行った後、ノイズ解析を行ってクロストーク等のノイズエラーを起しているエラーネットを抽出する。そして、抽出されたエラーネットに絞って、配線間隔を広げる新たな隣接スペーシング条件で再度配線処理を実行し、ノイズエラーを解消させる方法である。
【０００９】
上記配線方法は、配線後にノイズ解析することを前提条件としている。また、上記配線方法は、言ってみれば、従来試作品で行っていた試行錯誤によるクロストーク等のノイズエラー対策を、配線のレイアウト設計とシミュレーションによるノイズ解析の試行錯誤による繰り返しに置き換えるものである。従って、上記配線方法では、第１隣接スペーシング条件で配線を行いノイズ解析でエラーネットが抽出されると、再度配線をやり直す必要がある。また、エンジンＥＣＵの配線基板の場合には、回路ネットを構成する配線ペアが膨大な数になる。このため、上記配線方法をエンジンＥＣＵに適用する場合、例えば抽出されたエラーネットの配線ペアを修正する際に他の配線箇所を変更しなくてはならず、結果として元々問題のなかった配線箇所でノイズ問題が新たに発生してしまい、いわゆる“モグラ叩き”のように検証と配線を繰り返すことで工数が増大する懸念がある。
【００１０】
また前述したように、上記配線方法は、最初の配線については一つの第１隣接スペーシング条件を全てのネットに与えて配線処理を行い、ノイズ解析を実施してクロストーク等の問題があった箇所だけ隣接スペーシング条件を変更する。このため、デジタル系信号等が伝送されるノイジーな配線や各種センサからの微弱信号等が伝送されるノイズにセンシティブな配線とは無関係で、本来もっと近づけて良い配線ペアであっても、第１隣接スペーシング条件より近づける処置はなされない。その結果、配線基板のサイズが大きくなったり、配線層の層数が多くなったりしてしまう懸念がある。
【００１１】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、従来の試行錯誤に代わる新規な基板配線の設計方法であって、レイアウト設計した配線基板のノイズ解析を必要とせずに、クロストークの起きない配線基板を効率的に設計可能な基板配線の設計方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の基板配線の設計方法は、実装ＣＡＤによってレイアウトする基板配線の設計方法であって、設計回路データベースから入力する設計回路において、ノイズの加害側配線と被害側配線からなる所定の配線ペアについて、加害側配線の発生ノイズレベルと被害側配線の許容ノイズレベルから、クロストークを防止するための指標として、セベリティを計算する第１のステップと、計算されたセベリティに基づいて、セベリティの値範囲で予め分類定義されたセベリティクラス（ＳＣ）を前記配線ペアに付与する第２のステップと、ＳＣ別設計許容値データベースから入力する予め設定されたＳＣ別設計許容値リストに基づいて、前記配線ペアの設計要素に対して該配線ペアに付与されたＳＣに属する一または複数の設計許容値を指定し、指定許容値リストを作成して指定許容値データベースへ記録する第３のステップと、前記設計許容値に基づいて、前記配線ペアを基板にレイアウトする第４のステップとを有している。
【００１３】
上記設計方法は、配線のレイアウト設計とノイズ解析を繰り返す従来の試行錯誤に代わる、新規な実装ＣＡＤによってレイアウトする基板配線の設計方法である。上記設計方法によれば、レイアウト設計した配線基板のノイズ解析を必要とせずに、クロストークの起きない配線基板を効率的に設計することができる。上記設計方法において、第１のステップ〜第４のステップで行う各処理を、以下詳細に説明する。
【００１４】
上記設計方法における第１のステップでは、設計回路データベースから入力する設計回路において、ノイズの加害側配線と被害側配線からなる所定の配線ペアについて、加害側配線の発生ノイズレベルと被害側配線の許容ノイズレベルから、クロストークを防止するための指標として、セベリティを計算する。
【００１５】
上記第１のステップにおける加害側配線は、例えばノイズ源がＩＣ（Integrated Circuit）で、クロック信号がノイズとなる場合、該ＩＣのクロック信号端子に接続する配線である。この場合、発生ノイズレベル［ｄＢμＶ］は、クロック信号端子おいて測定されるクロック信号レベルである。また、被害側配線は、例えばコネクタ端子に微弱なセンサ信号が入力される場合、該コネクタ端子に接続する配線である。この場合、許容ノイズレベル［ｄＢμＶ］は、該コネクタ端子において許容されるノイズレベルである。
【００１６】
加害側配線の発生ノイズレベルと被害側配線の許容ノイズレベルがわかると、次の数式１から、限界カップリング係数［ｄＢ］を計算することができる。
【００１７】
（数式１）  限界カップリング係数［ｄＢ］＝許容ノイズレベル［ｄＢμＶ］−発生ノイズレベル［ｄＢμＶ］
限界カップリング係数は、例えば加害側ＩＣ端子に接続する配線と被害側コネクタ端子に接続する配線のカップリング係数で、これ以上大きくなるとクロストークによる不具合が発生してしまうカップリング係数の限界値である。
【００１８】
ここで、クロストークを防止する配線設計に際して、直感的に理解し易いよう、「セベリティ（厳しさ指数）［ｄＢ］」という指標を、以下の数式２で定義する。
【００１９】
（数式２）  セベリティ［ｄＢ］＝発生ノイズレベル［ｄＢμＶ］−許容ノイズレベル［ｄＢμＶ］
上記第１のステップで行うセベリティの計算は、数式２を用いて行う計算である。また、セベリティは、上記基板配線の設計方法において、クロストークを防止するための配線設計の指標とするものである。数式２からわかるように、セベリティは、限界カップリング係数と逆数の関係になり、発生ノイズレベルが大きいほど、また許容ノイズレベルが小さいほどセベリティが大きくなり（限界カップリング係数が小さくなり）、少しのカップリングも許されなくなる。
【００２０】
尚、セベリティを計算する上記所定の配線ペアは、一組であっても複数組であってもよい。従って、設計された回路の全ての配線ペアについてセベリティを計算してもよいし、クロストークが起き易いと考えられる配線ペアだけを選択して、それらのセベリティだけ計算するようにしてもよい。
【００２１】
本発明に係る基板配線の設計方法を記述するため、以下においては、主として上記「セベリティ」が用いられている。しかしながら、本発明に係る基板配線の設計方法は、数式１，２の関係式で変換して、「限界カップリング係数」を用いて記述することも可能であり、どちらの記述も等価である。
【００２２】
次に、上記設計方法における第２のステップでは、第１のステップで計算されたセベリティに基づいて、セベリティの値範囲で予め分類定義されたセベリティクラス（ＳＣ）を、計算された該セベリティの配線ペアに付与する。
【００２３】
ＳＣは、上記のように、加害側と被害側の配線ペアについてのセベリティの値範囲による分類である。
【００２４】
クロストークを防止するための指標であるセベリティは、その値範囲でＳＣを定義し、クロストークに対する厳しさを大きく分類することができる。各配線ペアのセベリティは、先の数式２によって計算することができ、各配線ペアには、そのセベリティの値によって、ＳＣを付与することができる。すなわち、各配線ペアは、ＳＣが付与されることで、クロストークに対する厳しさ別に大きく分類される。
【００２５】
次に、上記設計方法における第３のステップでは、ＳＣ別設計許容値データベースから入力する予め設定されたＳＣ別設計許容値リストに基づいて、前記配線ペアの設計要素に対して該配線ペアに付与されたＳＣに属する一または複数の設計許容値を指定し、指定許容値リストを作成して指定許容値データベースへ記録する。
【００２６】
配線間のクロストークは、主として配線間のカップリング係数に依存しており、配線間のカップリング係数に大きく影響する主な設計要素として、並走する配線部についての配線間ギャップと並走距離がある。その他、配線長、配線幅、配線層、層間厚さ、基板の誘電率、銅箔厚さ、およびグランドパターンからの距離等も、配線間のクロストークに影響がある。以下においては、クロストークに関する主な設計要素の配線間ギャップと並走距離を例にして、本発明に係る基板配線の設計方法を説明する。
【００２７】
上記したように、クロストークに関する重要な設計パラメータは、配線間のカップリング係数であり、クロストークに関する主な設計要素は、配線間ギャップと並走距離である。また、クロストークを防止するための指標として、前述したセベリティ（または限界カップリング係数）があり、該指標は、例えばエンジンＥＣＵの製品仕様より数式２（または数式１）で計算することができる。
【００２８】
一方、基板配線の設計手順としては、配線間のクロストークに大きく影響する主な設計要素について、基準となる幾つかの設計許容値（許容される限界値）を予めリストアップしておくことが、クロストークを防止した配線設計を標準化する上で好ましい。そして、実際の配線設計に際して、その設計許容値リストに基づいて配線をレイアウトすれば、設計時間も短縮することができる。
【００２９】
本発明に係る基板配線の設計方法は、上記した設計許容値リストとしてＳＣ（セベリティクラス）別設計許容値リストを予め設定しておき、それを用いて配線設計を行う。
【００３０】
上記第３のステップにおけるＳＣ別設計許容値リストは、クロストークに対する厳しさ別に大きく分類されたＳＣに対して、主な設計要素について基準となる幾つかの設計許容値を列挙し、リストアップしたものである。このＳＣ別設計許容値リストを用いることによって、各配線ペアは、主な設計要素について、付与されたＳＣに適する設計許容値が指定される。従って、これによれば、基本的にクロストークのない配線設計が可能となる。
【００３１】
尚、設計許容値は、各ＳＣに一つずつリストアップされていてもよいが、クロストークの無い基板配線を確実に得るためには、各ＳＣに複数の設計許容値をリストアップしておくことが好ましい。また、配線間のクロストークに影響がある主な設計要素として、前述したように、並走する配線部についての配線間ギャップと並走距離がある。しかしながら、基板の種類が変わる場合には、基板の誘電率についても、配線間のクロストークに影響がある主な設計要素となる。従って、上記ＳＣ別設計許容値リストは、基板の誘電率別に、幾つか設定しておくことが好ましい。
【００３２】
上記第３のステップでは、ＳＣ別設計許容値リストに基づいて、各配線ペアについて該配線ペアに付与されたＳＣに属する設計許容値を幾つか指定し、各配線ペア別に指定された設計許容値で構成される指定許容値リストを作成して指定許容値データベースへ記録する。
【００３３】
最後に、上記設計方法における第４のステップでは、各配線ペアについて、それぞれ指定された設計許容値に基づいて、該配線ペアを基板にレイアウトする。
【００３４】
以上のように、上記した本発明に係る基板配線の設計方法は、クロストークを防止するための指標として配線ペアに「セベリティ」を導入し、クロストークに大きく影響する配線ペアの主な設計要素について「ＳＣ別設計許容値リスト」を予め設定しておき、それを用いて配線ペアのレイアウト設計を行う。
【００３５】
従来の基板配線の設計方法においては、配線ペアの主な設計要素について経験に基づいた設計基準値を適用し、配線のレイアウトが行われてきた。しかしながら、従来の設計方法において用いられている設計基準値は、本発明の設計方法におけるＳＣ別設計許容値リストのようにＳＣによって分類されたものではない。また、従来の設計方法における設計基準値の配線のレイアウトに対する用い方は、先に最も厳しい隣接スペーシング条件の設計基準値で回路の全ての配線をレイアウトし、試作品やシミュレーションでノイズ解析を行った後、不良箇所があれば次の設計基準値に変更して試行錯誤を繰り返すものである。
【００３６】
これに対して、本発明に係る基板配線の設計方法は、設計された回路においてノイズの加害側配線と被害側配線になる配線ペアのセベリティを先に評価しておき、予め準備されたＳＣ別設計許容値リストを用いて、該配線ペアのセベリティに適した設計許容値でレイアウトを行うものである。これにより、本発明の設計方法においては、基本的に一回でレイアウト設計が完了し、従来の設計方法のようにレイアウト設計とノイズ解析の試行錯誤を繰り返す必要がなく、効率的なレイアウト設計を行うことができる。
【００３７】
尚、エンジンＥＣＵの配線基板の場合、配線ペアの組数も非常に多くなる。上記設計方法の手順によって、例えばエンジンＥＣＵの配線基板において問題となりそうな加害側配線と被害側配線の複数の配線ペアが予め特定できる場合には、セベリティを考慮したレイアウトを該複数の配線ペアに限定し、該配線ペアを自動または手動でレイアウトすることができる。また、エンジンＥＣＵの配線基板における全ての配線ペアについて、上記設計方法の手順によるセベリティを考慮した全ての配線ペアのレイアウトを、自動または手動で行うことも可能である。
【００３８】
以上のようにして、上記した本発明に係る基板配線の設計方法は、従来の試行錯誤に代わる新規な基板配線の設計方法であって、レイアウト設計した配線基板のノイズ解析を必要とせずに、クロストークの起きない配線基板を効率的に設計可能な基板配線の設計方法となっている。
【００３９】
上記基板配線の設計方法においては、請求項２に記載のように、発生ノイズレベルおよび許容ノイズレベルの少なくとも一方が周波数依存する場合、前記第１のステップが、加害側配線の発生ノイズ周波数スペクトラムと被害側配線の許容ノイズ周波数スペクトラムから、セベリティ周波数スペクトラムを計算する第１１のステップと、前記セベリティ周波数スペクトラムを、電磁結合による並走配線間のカップリング係数の周波数依存性を考慮した特定の規格化周波数での値に規格化して、実効セベリティ周波数スペクトラムに変換する第１２のステップと、前記セベリティとして、前記実効セベリティ周波数スペクトラムにおける最大値の最大実効セベリティを抽出する第１３のステップとからなる構成とすることが好ましい。
【００４０】
ＩＣから出力されるクロック信号のようなノイズ源については、ノイズ周波数（クロック周波数および高調波の周波数）が判明しており、単一の周波数でパルス状の高い発生ノイズレベルとなる。しかしながら、一般的には、加害側の発生ノイズレベルおよび被害側の許容ノイズレベルは周波数に依存した連続する値であり、発生ノイズ周波数スペクトラムおよび許容ノイズ周波数スペクトラムとして表される。従って、発生ノイズレベルおよび許容ノイズレベルが周波数に依存する場合、前述した数式２で計算される前記第１のステップにおけるセベリティも、上記第１１のステップのように、セベリティ周波数スペクトラムとして計算される。
【００４１】
一方、ノイズ周波数毎に配線ペアの設計要素の設計許容値を変えてクロストークを防止することは、物理的に不可能である。従って、全ての周波数範囲においてクロストークを防止する適当な設計要素の設計許容値を指定するためには、セベリティ周波数スペクトラムから、クロストークを防止するための指標として一つの適切なセベリティの値を抽出する必要がある。
【００４２】
クロストークの結合（カップリング）の仕方には、近接導体間に電位差があるときに導体間の静電容量を介して電界が結合する静電結合と、ループ電流から生じた変化する磁界が近接する回路と鎖交するときに該回路に電流を誘導する誘導結合とがある。実際の結合においては両方の結合が同時に存在するが、いずれが支配的になるかは、回路の負荷インピーダンスから予想可能である。
【００４３】
以下においては、静電結合が支配的な場合のセベリティ周波数スペクトラムからの前述したクロストークを防止するための指標の算出方法を説明するが、誘導結合が支配的な場合も、同様の関係式が成り立つ。このため、以下に示す本発明の基板配線の設計方法は、静電結合と誘導結合を合わせた、一般的な電磁結合について成り立つ。
【００４４】
電磁理論によれば、静電結合による並走配線間のカップリング係数は、共振現象が起きるまでの低い周波数範囲においては、周波数が高くなるに従ってα＝２０ｄＢ／ｄｅｃの傾きで大きくなり、周波数が高くなるほど配線間のクロストークが起き易くなる。
【００４５】
そこで、上記第１２のステップにおいて、セベリティ周波数スペクトラムを、上記αを考慮した特定の規格化周波数（例えば８０ＭＨｚ）での値に規格化して、実効セベリティ周波数スペクトラムに変換する。すなわち、規格化前の周波数ｆ［ＭＨｚ］におけるセベリティをＶ（ｆ）、８０ＭＨｚ（規格化周波数）での値に規格化後の実効セベリティをＶ８０（ｆ）とすれば、換算式は以下の数式３のようになる。
【００４６】
（数式３）  Ｖ８０（ｆ）＝Ｖ（ｆ）＋２０・ｌｏｇ（ｆ／８０）
そして、上記第１３のステップにおいて、発生ノイズレベルおよび許容ノイズレベルが周波数に依存する場合の前述したクロストークを防止するための指標として、上記実効セベリティ周波数スペクトラムにおける最大値を採用し、最大実効セベリティとする。
【００４７】
尚、上記αと数式３が成り立つのは並走配線間のカップリング係数に共振現象が起きるまでの低い周波数範囲であるが、より高い周波数範囲においても成り立つとした場合、上記最大実効セベリティは、クロストークを防止するための指標として、精度は低下するが、”厳しめ”の値となって安全サイドに働く。従って、上記最大実効セベリティは、全ての周波数範囲において、クロストークがワーストである条件の指標に相当している。
【００４８】
また、上記したαと数式３で各周波数でのセベリティを特定の規格化周波数での値に規格化し、最大実効セベリティを抽出してクロストークを防止するための指標とする方法は、加害側の発生ノイズレベルや被害側の許容ノイズレベルが周波数に依存した連続する値となる場合に限らず、ＩＣから出力されるクロック信号のようなノイズ周波数が判明しており、単一の周波数でパルス状の高い発生ノイズレベルとなる場合に対しても適用可能である。
【００４９】
前述したＳＣ別設計許容値リストは、加害側の発生ノイズレベルおよび被害側の許容ノイズレベルの少なくとも一方が周波数に依存し、クロストークを防止するための指標として上記最大実効セベリティを用いる場合にも、そのまま適用可能である。また、最大実効セベリティを算出するための規格化周波数は、予め特定の周波数に設定しておけばよい。このため、ＳＣ別設計許容値リストのデータベースを、該規格化周波数での配線設計に合わせて、配線設計の前に予め構築しておくことができる。
【００５０】
上記基板配線の設計方法においては、請求項３に記載のように、設計回路において、前記配線ペアが複数組有る場合、前記第４のステップにおいて、セベリティが高い順に、前記複数組の配線ペアを基板にレイアウトすることが好ましい。
【００５１】
セベリティが高い配線ペアは、クロストークが起き易い配線ペアであり、該配線ペアの設計要素に対する設計許容値も、クロストークに対して厳しい条件となっている。上記のように、複数組有る配線ペアをセベリティが高い順に基板にレイアウトすることで、クロストークを確実に防止した上で、複数組有る配線ペアをできるだけ密な状態でレイアウトすることによって、レイアウト設計された配線基板の小型化を図ることができる。
【００５２】
上記基板配線の設計方法における前記配線ペアの設計要素は、請求項４に記載のように、前述した配線間のカップリング係数に大きく影響する、並走する配線部についての配線間ギャップと並走距離であることが好ましい。
【００５３】
各種基板に上記基板配線の設計方法を適用する場合、請求項５に記載のように、ＳＣ別設計許容値リストが、基板の誘電率別に複数設定されてなることが好ましい。さらに、層構成別や層間厚さ別にも複数設定されてなることが、より好ましい。
【００５４】
上記基板配線の設計方法においては、例えば請求項６に記載のように、前記配線ペアの少なくとも一つが、加害側ＩＣ端子に接続する配線と、被害側コネクタ端子に接続する配線とからなる構成であってよい。
【００５５】
この場合には、例えば請求項７に記載のように、加害側ＩＣ端子が、クロック信号の出力端子であってよい。また、例えば請求項８に記載のように、被害側コネクタ端子が、センサ信号の入力端子であってよい。
【００５６】
以上のようにして、上記した本発明に係る基板配線の設計方法は、いずれも従来の試行錯誤に代わる新規な基板配線の設計方法であって、レイアウト設計した配線基板のノイズ解析を必要とせずに、クロストークの起きない配線基板を効率的に設計可能な基板配線の設計方法となっている。
【００５７】
従って、上記した基板配線の設計方法は、請求項９に記載のように、ノイジーな配線とノイズにセンシティブな配線とが一枚の高密度実装基板に混在してクロストークに対して悪条件となってきている、車載用の電子制御装置に用いられる基板の配線設計に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】電子回路基板の設計・製造プロセスの概略図で、本発明に係る基板配線の設計方法の位置づけを、一点鎖線で囲って示した図である。
【図２】本発明に係る基板配線の設計方法を説明する図で、一点鎖線で囲った基板配線の設計方法１０の構成とフローを示した図である。
【図３】車両に搭載されるエンジンＥＣＵの電子回路基板において、ノイズの加害側配線と被害側配線からなる配線ペアを例示した図である。
【図４】図２の設計方法１０における第１のステップＳ１で行う処理の一例で、処理内容をより詳しく示した図である。
【図５】ＳＣ別設計許容値リストの一例で、各ＳＣに設計許容値が一つずつ設定された最も簡単なＳＣ別設計許容値リストの例である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、図５のＳＣ別設計許容値リストに例示したＳＣ３とＳＣ４の設計許容値による配線ペアを例示した図である。
【図７】図２の設計方法１０において第３のステップＳ３で参照する、ＳＣ別設計許容値リストの別の例である。
【図８】図７のＳＣ別設計許容値リストに基づいて、各配線ペアの設計要素に対して複数の設計許容値を指定した、指定許容値リストの例である。
【図９】発生ノイズレベルおよび／または許容ノイズレベルが周波数依存する場合において、図２の基板配線の設計方法１０における第１のステップＳ１として、図４の処理構成に替えて行うより好ましい処理構成を示した図である。
【図１０】ＦＲ４基板上に１００ｍｍの並走配線を形成し、クロストークを示すＳ２１パラメータを測定して、カップリング係数の周波数特性を実測した結果である。
【図１１】図９に示した各処理を具体例で説明する図で、（ａ），（ｂ）は、それぞれ、発生ノイズ周波数スペクトラムと許容ノイズ周波数スペクトラムの例を示す図である。
【図１２】（ａ）は、図１１に示した加害側配線Ａ〜Ｃと被害側配線の各組み合わせに対して、数式２によって計算される各配線ペアＡ〜Ｃのセベリティ周波数スペクトラムを示した図である。また、（ｂ）は、（ａ）のセベリティ周波数スペクトラムから数式３で変換される配線ペアＡ〜Ｃの各実効セベリティ周波数スペクトラムと、それから抽出される最大実効セベリティを示した図である。
【図１３】特許文献１に開示された配線方法の原理を説明する図で、（ａ）は、配線装置３０が行う各処理のフロー図であり、（ｂ）は、２種類の隣接スペーシング条件を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下、本発明を実施するための形態を、図に基づいて説明する。
【００６０】
図１は、電子回路基板の設計・製造プロセスの概略図で、本発明に係る基板配線の設計方法の位置づけを、一点鎖線で囲って示した図である。
【００６１】
図１の概略図に示すように、電子回路基板の設計・製造プロセスでは、最初にステップＳ０１の仕様設計を行い、電子回路基板の回路仕様や目標性能を決める。
【００６２】
次に、回路ＣＡＤを用いて、ステップＳ０２の回路設計を行う。ステップＳ０２の回路設計においては、構成電子部品を決めると共に、回路ネットリストを作成する。尚、これら設計回路のデータは、設計回路データベース（ＤＢ）に保存される。
【００６３】
次に、ステップＳ０３において、電子部品と配線の基板へのレイアウト設計を行う。ステップＳ０３のレイアウト設計は、実装ＣＡＤを用いて、ステップＳ０２で得られた設計回路を物理的形状と寸法を持つ電子部品の配置と配線に変換して基板へレイアウトする処理である。尚、ステップＳ０３のレイアウト設計が終了して得られる電子部品配置と配線レイアウトのデータは、配線基板データベース（ＤＢ）に保存される。
【００６４】
次に、配線基板ＤＢにある配線レイアウトのデータを基にして、配線パターンを形成するためのマスクを作り、ステップＳ０４において、配線基板を製造する。
【００６５】
最後に、ステップＳ０５において、電子部品をステップＳ０４で製造された配線基板に搭載する。
【００６６】
本発明に係る基板配線の設計方法は、図１に示した電子回路基板の設計・製造プロセスにおいて、一点鎖線で囲った部分に適用する。すなわち、ステップＳ０２の回路設計が終了して構成電子部品が決められ、回路ネットリストが作成された後、ステップＳ０３の基板へのレイアウト設計が終了するまでの部分である。
【００６７】
図２は、本発明に係る基板配線の設計方法を説明する図で、一点鎖線で囲った基板配線の設計方法１０の構成とフローを示した図である。
【００６８】
図２に示す基板配線の設計方法１０においては、図１に示した電子回路基板の設計・製造プロセスの概略図と比較して、ステップＳ０２の回路設計が終了した後に、発生ノイズレベルと許容ノイズレベルから、配線ペアのセベリティを計算する第１のステップＳ１、配線ペアにセベリティクラス（ＳＣ）を付与する第２のステップＳ２、および配線ペアの設計要素に対して、設計許容値を指定する第３のステップＳ３が追加されている。また、図２の設計方法１０におけるステップＳ０３の基板へのレイアウト設計では、第４のステップＳ４にあるように、指定された設計許容値に基づいて、配線ペアを基板にレイアウトする。
【００６９】
図２に示す基板配線の設計方法１０において、第１のステップＳ１は、ステップＳ０２の回路設計によって得られた設計回路において、ノイズの加害側配線と被害側配線からなる所定の配線ペアについて、加害側配線の発生ノイズレベルと被害側配線の許容ノイズレベルから、クロストークを防止するための指標として、セベリティを計算するステップである。第２のステップＳ２は、第１のステップＳ１において計算されたセベリティに基づいて、セベリティの値範囲で予め分類定義されたセベリティクラス（ＳＣ）を前記配線ペアに付与するステップである。第３のステップＳ３は、予め設定されたＳＣ別設計許容値リストに基づいて、前記配線ペアの設計要素に対して該配線ペアに付与されたＳＣに属する一または複数の設計許容値を指定し、指定許容値リストを作成するステップである。また、第４のステップＳ４は、前記配線ペアについて、第３のステップＳ３で指定された設計許容値に基づいて、配線ペアを基板にレイアウトするステップである。
【００７０】
図２に示す基板配線の設計方法１０は、図１３に示したような配線のレイアウト設計とノイズ解析を繰り返す従来の試行錯誤に代わる、新規な基板配線の設計方法である。図２の設計方法１０によれば、レイアウト設計した配線基板のノイズ解析を必要とせずに、クロストークの起きない配線基板を効率的に設計することができる。上記設計方法１０において、第１のステップＳ１〜第４のステップＳ４で行う各処理を、図を参照しながら、以下詳細に説明する。
【００７１】
図２の基板配線の設計方法１０における第１のステップＳ１では、設計回路において、ノイズの加害側配線と被害側配線からなる所定の配線ペアについて、加害側配線の発生ノイズレベルと被害側配線の許容ノイズレベルから、クロストークを防止するための指標として、セベリティを計算する。
【００７２】
図３は、車両に搭載されるエンジンＥＣＵの電子回路基板において、上記ノイズの加害側配線と被害側配線からなる配線ペアを例示した図である。
【００７３】
また、図４は、図２の設計方法１０における第１のステップＳ１で行う処理の一例で、処理内容をより詳しく示した図である。
【００７４】
車両に搭載されるエンジンＥＣＵにおいては、デジタル系信号等が伝送されるノイジーな配線と各種センサからの微弱信号等が伝送されるセンシティブな配線とが一枚の配線基板に混在しており、電磁誘導現象による配線間のクロストークが発生し易い条件下にある。エンジンＥＣＵは、狭い車両スペースに設置する必要があるため、小型化が進んでおり、電子部品を搭載する配線基板は、高密度実装基板となってきている。また、エンジンＥＣＵの高機能化に伴ってマイコンの高速化が進められ、マイコンのクロック周波数も上昇しているため、クロストークに対してますます悪条件となってきている。このため、エンジンＥＣＵの電子回路基板を設計する場合、配線間のクロストークという問題に特に注意が必要である。
【００７５】
図３に示すように、図２に示した設計方法１０の第１のステップＳ１における加害側配線は、例えばノイズ源がＩＣ（Integrated Circuit）で、クロック信号がノイズとなる場合、該ＩＣのクロック信号端子に接続する配線である。この場合、発生ノイズレベル［ｄＢμＶ］は、クロック信号端子おいて測定されるクロック信号レベルである。また、被害側配線は、例えばコネクタ端子に微弱なセンサ信号が入力する場合、該コネクタ端子に接続する配線である。この場合、許容ノイズレベル［ｄＢμＶ］は、該コネクタ端子において許容されるノイズレベルである。
【００７６】
加害側配線の発生ノイズレベルと被害側配線の許容ノイズレベルがわかると、次の数式１から、限界カップリング係数［ｄＢ］を計算することができる。
【００７７】
（数式１）  限界カップリング係数［ｄＢ］＝許容ノイズレベル［ｄＢμＶ］−発生ノイズレベル［ｄＢμＶ］
限界カップリング係数は、例えば図３に示す加害側ＩＣ端子に接続する配線と被害側コネクタ端子に接続する配線のカップリング係数で、これ以上大きくなるとクロストークによる不具合が発生してしまうカップリング係数の限界値である。
【００７８】
ここで、クロストークを防止する配線設計に際して、直感的に理解し易いよう、「セベリティ（厳しさ指数）［ｄＢ］」という指標を、以下の数式２で定義する。
【００７９】
（数式２）  セベリティ［ｄＢ］＝発生ノイズレベル［ｄＢμＶ］−許容ノイズレベル［ｄＢμＶ］
図２の設計方法１０における第１のステップＳ１で行うセベリティの計算は、上記の数式２を用いて行う計算である。また、以下で詳しく説明するが、図４に明示したように、セベリティは、図２に示した基板配線の設計方法１０において、クロストークを防止するための配線設計の指標とするものである。数式２からわかるように、セベリティは、限界カップリング係数と逆数の関係になり、発生ノイズレベルが大きいほど、また許容ノイズレベルが小さいほどセベリティが大きくなり（限界カップリング係数が小さくなる）、少しのカップリングも許されなくなる。
【００８０】
尚、セベリティを計算する上記所定の配線ペアは、一組であっても複数組であってもよい。従って、設計された回路の全ての配線ペアについてセベリティを計算してもよいし、クロストークが起き易いと考えられる配線ペアだけを選択して、それらのセベリティだけ計算するようにしてもよい。
【００８１】
本発明に係る基板配線の設計方法を記述するため、以下においては、主として上記「セベリティ」が用いられている。しかしながら、本発明に係る基板配線の設計方法は、数式１，２の関係式で変換して、「限界カップリング係数」を用いて記述することも可能であり、どちらの記述も等価である。
【００８２】
次に、図２の基板配線の設計方法１０における第２のステップＳ２では、第１のステップＳ１で計算されたセベリティに基づいて、セベリティの値範囲で予め分類定義されたセベリティクラス（ＳＣ）を、計算された該セベリティの配線ペアに付与する。
【００８３】
ＳＣは、上記のように、加害側と被害側の配線ペアについてのセベリティの値範囲による分類である。
【００８４】
クロストークを防止するための指標であるセベリティは、その値範囲でＳＣを定義し、クロストークに対する厳しさを大きく分類することができる。各配線ペアのセベリティは、先の数式２によって計算することができ、各配線ペアには、そのセベリティの値によって、ＳＣを付与することができる。すなわち、各配線ペアは、ＳＣが付与されることで、クロストークに対する厳しさ別に大きく分類される。
【００８５】
次に、図２の基板配線の設計方法１０における第３のステップＳ３では、予め設定されたＳＣ別設計許容値リストに基づいて、前記配線ペアの設計要素に対して該配線ペアに付与されたＳＣに属する一または複数の設計許容値を指定し、指定許容値リストを作成する。
【００８６】
配線間のクロストークは、主として配線間のカップリング係数に依存しており、配線間のカップリング係数に大きく影響する主な設計要素として、並走する配線部についての配線間ギャップと並走距離がある。その他、配線長さ、配線幅、配線層、層間厚さ、基板の誘電率、配線（銅箔）厚さ、およびグランドパターンからの距離等も、配線間のクロストークに影響がある。以下においては、クロストークに関する主な設計要素の配線間ギャップと並走距離を例にして、本発明に係る基板配線の設計方法を説明する。
【００８７】
上記したように、クロストークに関する重要な設計パラメータは、配線間のカップリング係数であり、クロストークに関する主な設計要素は、配線間ギャップと並走距離である。また、クロストークを防止するための指標として、前述したセベリティ（または限界カップリング係数）があり、該指標は、例えばエンジンＥＣＵの製品仕様より数式２（または数式１）で計算することができる。
【００８８】
一方、基板配線の設計手順としては、配線間のクロストークに大きく影響する主な設計要素について、基準となる幾つかの設計許容値（許容される限界値）を予めリストアップしておくことが、クロストークを防止した配線設計を標準化する上で好ましい。そして、実際の配線設計に際して、その設計許容値リストに基づいて配線をレイアウトすれば、設計時間も短縮することができる。
【００８９】
本発明に係る基板配線の設計方法は、上記した設計許容値リストとしてＳＣ（セベリティクラス）別設計許容値リストを予め設定しておき、それを用いて配線設計を行う。
【００９０】
図２の第３のステップＳ３で用いるＳＣ別設計許容値リストは、クロストークに対する厳しさ別に大きく分類されたＳＣに対して、主な設計要素について基準となる幾つかの設計許容値を列挙し、リストアップしたものである。このＳＣ別設計許容値リストを用いることによって、各配線ペアは、主な設計要素について、付与されたＳＣに適する設計許容値が指定される。従って、これによれば、基本的にクロストークのない配線設計が可能となる。
【００９１】
図５は、上記したＳＣ別設計許容値リストの一例で、各ＳＣに設計許容値が一つずつ設定された最も簡単なＳＣ別設計許容値リストの例である。また、図６（ａ），（ｂ）は、それぞれ、図５のＳＣ別設計許容値リストに例示したＳＣ３とＳＣ４の設計許容値による配線ペアを例示した図である。
【００９２】
尚、設計許容値は、図５のＳＣ別設計許容値リストのように各ＳＣに一つずつリストアップされていてもよいが、クロストークの無い基板配線を確実に得るためには、各ＳＣに複数の設計許容値をリストアップしておくことが好ましい。また、配線間のクロストークに影響がある主な設計要素として、前述したように、並走する配線部についての配線間ギャップと並走距離がある。しかしながら、基板の種類が変わる場合には、基板の誘電率についても、配線間のクロストークに影響がある主な設計要素となる。従って、上記ＳＣ別設計許容値リストは、基板の誘電率別に、幾つか設定しておくことが好ましい。
【００９３】
図２の第３のステップＳ３では、ＳＣ別設計許容値リストに基づいて、各配線ペアについて該配線ペアに付与されたＳＣに属する設計許容値を幾つか指定し、各配線ペア別に指定された設計許容値で構成される指定許容値リストを作成する。
【００９４】
図７と図８は、複数の設計許容値の指定を説明する図で、図７は、図２の設計方法１０において、第３のステップＳ３で参照するＳＣ別設計許容値リストの別の例を示した図であり、図８は、図７のＳＣ別設計許容値リストに基づいて、各配線ペアの設計要素に対して複数の設計許容値を指定した、指定許容値リストの例である。
【００９５】
図７のＳＣ別設計許容値リストでは、ＳＣ３とＳＣ４に対して、配線ペアの層構成（同層並走、隣接層並走）別に、それぞれ、２つの設計許容値がリストアップされている。そして、図８では、セベリティが５８ｄＢ（ＳＣ３）で隣接層並走の配線ペアＣとセベリティが５３ｄＢ（ＳＣ４）で同層並走の配線ペアＢに対して、２つの設計許容値が指定されている。
【００９６】
最後に、図２の基板配線の設計方法１０における第４のステップＳ４では、各配線ペアについて、それぞれ指定された設計許容値に基づいて、該配線ペアを基板にレイアウトする。
【００９７】
以上のように、上記した本発明に係る基板配線の設計方法は、クロストークを防止するための指標として配線ペアに「セベリティ」を導入し、クロストークに大きく影響する配線ペアの主な設計要素について「ＳＣ別設計許容値リスト」を予め設定しておき、それを用いて配線ペアのレイアウト設計を行う。
【００９８】
図１３に示した特許文献１の配線方法のように、従来の基板配線の設計方法においては、配線ペアの主な設計要素について経験に基づいた設計基準値を適用し、配線のレイアウトが行われてきた。しかしながら、従来の設計方法において用いられている設計基準値は、本発明の設計方法におけるＳＣ別設計許容値リストのようにＳＣによって分類されたものではない。また、従来の設計方法における設計基準値の配線のレイアウトに対する用い方は、先に最も厳しい隣接スペーシング条件の設計基準値で回路の全ての配線をレイアウトし、試作品やシミュレーションでノイズ解析を行った後、不良箇所があれば次の設計基準値に変更して試行錯誤を繰り返すものである。
【００９９】
これに対して、本発明に係る基板配線の設計方法は、設計された回路においてノイズの加害側配線と被害側配線になる配線ペアのセベリティを先に評価しておき、予め準備されたＳＣ別設計許容値リストを用いて、該配線ペアのセベリティに適した設計許容値でレイアウトを行うものである。これにより、本発明の設計方法においては、基本的に一回でレイアウト設計が完了し、従来の設計方法のようにレイアウト設計とノイズ解析の試行錯誤を繰り返す必要がなく、効率的なレイアウト設計を行うことができる。
【０１００】
尚、エンジンＥＣＵの配線基板の場合、配線ペアの組数も非常に多くなる。上記設計方法の手順によって、例えばエンジンＥＣＵの配線基板において問題となりそうな加害側配線と被害側配線の複数の配線ペアが予め特定できる場合には、セベリティを考慮したレイアウトを該複数の配線ペアに限定し、該配線ペアを自動または手動でレイアウトすることができる。また、エンジンＥＣＵの配線基板における全ての配線ペアについて、上記設計方法の手順によるセベリティを考慮した全ての配線ペアのレイアウトを、自動または手動で行うことも可能である。
【０１０１】
以上のようにして、上記した本発明に係る基板配線の設計方法は、従来の試行錯誤に代わる新規な基板配線の設計方法であって、レイアウト設計した配線基板のノイズ解析を必要とせずに、クロストークの起きない配線基板を効率的に設計可能な基板配線の設計方法となっている。
【０１０２】
次に、図２の基板配線の設計方法１０における第１のステップＳ１について、発生ノイズレベルおよび許容ノイズレベルの少なくとも一方が周波数依存する場合の好ましい処理の構成例について説明する。
【０１０３】
図９は、上記発生ノイズレベルおよび／または許容ノイズレベルが周波数依存する場合において、図２の基板配線の設計方法１０における第１のステップＳ１として、図４の処理構成に替えて行うより好ましい処理構成を示した図である。
【０１０４】
図１０は、ＦＲ４基板上に１００ｍｍの並走配線を形成し、クロストークを示すＳ２１パラメータを測定して、カップリング係数の周波数特性を実測した結果である。図１０に示された電磁結合による並走配線間のカップリング係数の周波数依存性は、図９の第１２のステップＳ１２においてセベリティ周波数スペクトラムを実効セベリティ周波数スペクトラムに変換する際に利用される。
【０１０５】
また、図１１（ａ），（ｂ）と図１２（ａ），（ｂ）は、図９に示した各処理を具体例で説明する図である。
【０１０６】
図２の基板配線の設計方法１０における第１のステップＳ１は、加害側の発生ノイズレベルおよび被害側の許容ノイズレベルの少なくとも一方が周波数依存する場合、図４の処理構成に替えて、図９の処理構成とすることが好ましい。すなわち、配線ペアのセベリティ周波数スペクトラムを計算する第１１のステップＳ１１、セベリティ周波数スペクトラムを規格化周波数での値に規格化し、実効セベリティ周波数スペクトラムに変換する第１２のステップＳ１２、および配線設計の指標として、配線ペアの最大実効セベリティを抽出する第１３のステップＳ１３からなる構成である。
【０１０７】
図９に示す第１１のステップＳ１１では、加害側配線の発生ノイズ周波数スペクトラムと被害側配線の許容ノイズ周波数スペクトラムから、数式２によって、セベリティ周波数スペクトラムを計算する。第１２のステップＳ１２では、第１１のステップＳ１１で得られたセベリティ周波数スペクトラムを、電磁結合による並走配線間のカップリング係数の周波数依存性を考慮した特定の規格化周波数での値に規格化して、実効セベリティ周波数スペクトラムに変換する。また、第１３のステップＳ１３では、クロストークを防止するための指標として、先に説明した図４のセベリティに代えて、第１２のステップＳ１２で得られた実効セベリティ周波数スペクトラムにおける最大値の最大実効セベリティを抽出する。
【０１０８】
ＩＣから出力されるクロック信号のようなノイズ源については、ノイズ周波数（クロック周波数および高調波の周波数）が判明しており、単一の周波数でパルス状の高い発生ノイズレベルとなる。しかしながら、一般的には、加害側の発生ノイズレベルおよび被害側の許容ノイズレベルは周波数に依存した連続する値であり、発生ノイズ周波数スペクトラムおよび許容ノイズ周波数スペクトラムとして表される。従って、発生ノイズレベルおよび許容ノイズレベルが周波数に依存する場合、前述した数式２で計算される図２の第１のステップＳ１におけるセベリティも、図９の処理構成における第１１のステップＳ１１のように、セベリティ周波数スペクトラムとして計算される。
【０１０９】
図１１（ａ），（ｂ）は、それぞれ、発生ノイズ周波数スペクトラムと許容ノイズ周波数スペクトラムの例を示す図である。
【０１１０】
図１１（ａ）に示す発生ノイズ周波数スペクトラムは、加害側の発生ノイズレベルが周波数依存する場合の例である。図１１（ａ）に示す加害側配線Ａ〜Ｃの各発生ノイズ周波数スペクトラムは、それぞれ、共通する周波数依存しないホワイトノイズのベースレベルに対して、３通りのパルス状ノイズパターンが重畳された例を示している。一方、図１１（ｂ）に示す許容ノイズ周波数スペクトラムは、被害側配線の許容ノイズレベルが周波数依存しない場合の例で、全ての周波数に対して一定の許容ノイズレベルが規定された例を示している。
【０１１１】
図１２（ａ）は、図１１の加害側配線Ａ〜Ｃと被害側配線の各組み合わせに対して、数式２によって計算される各配線ペアＡ〜Ｃのセベリティ周波数スペクトラムを示した図である。
【０１１２】
発生ノイズレベルおよび許容ノイズレベルの少なくとも一方が周波数依存する場合、図１２（ａ）に示すように、数式２で計算されるセベリティも周波数依存し、セベリティ周波数スペクトラムとなる。
【０１１３】
一方、ノイズ周波数毎に配線ペアの設計要素の設計許容値を変えてクロストークを防止することは、物理的に不可能である。従って、全ての周波数範囲においてクロストークを防止する適当な設計要素の設計許容値を指定するためには、図１２（ａ）に示すセベリティ周波数スペクトラムから、クロストークを防止するための指標として一つの適切なセベリティの値を抽出する必要がある。
【０１１４】
ここで、クロストークの結合（カップリング）の仕方には、近接導体間に電位差があるときに導体間の静電容量を介して電界が結合する静電結合と、ループ電流から生じた変化する磁界が近接する回路と鎖交するときに該回路に電流を誘導する誘導結合とがある。実際の結合においては両方の結合が同時に存在するが、いずれが支配的になるかは、回路の負荷インピーダンスから予想可能である。
【０１１５】
以下においては、静電結合が支配的な場合のセベリティ周波数スペクトラムからの前述したクロストークを防止するための指標の算出方法を説明するが、誘導結合が支配的な場合も、同様の関係式が成り立つ。このため、以下に示す本発明の基板配線の設計方法は、静電結合と誘導結合を合わせた、一般的な電磁結合について成り立つ。
【０１１６】
電磁理論によれば、静電結合による並走配線間のカップリング係数は、共振現象が起きるまでの低い周波数範囲においては、周波数が高くなるに従ってα＝２０ｄＢ／ｄｅｃの傾きで大きくなり、周波数が高くなるほど配線間のクロストークが起き易くなる。
【０１１７】
前述したように、図１０は、ＦＲ４基板上に１００ｍｍの並走配線を形成し、クロストークを示すＳ２１パラメータを測定して、カップリング係数の周波数特性を実測した結果である。測定に供したＦＲ４基板上の並走配線では、約３００ＭＨｚで共振現象が起きているが、３００ＭＨｚより低い周波数範囲においては、Ｓ２１パラメータが、上記したように周波数が高くなるに従ってα＝２０ｄＢ／ｄｅｃの傾きで大きくなっている。
【０１１８】
そこで、図９に示す第１２のステップＳ１２において、セベリティ周波数スペクトラムを、上記αを考慮した特定の規格化周波数（例えば８０ＭＨｚ）での値に規格化して、実効セベリティ周波数スペクトラムに変換する。すなわち、規格化前の周波数ｆ［ＭＨｚ］におけるセベリティをＶ（ｆ）、８０ＭＨｚ（規格化周波数）での値に規格化後の実効セベリティをＶ８０（ｆ）とすれば、換算式は以下の数式３のようになる。
【０１１９】
（数式３）  Ｖ８０（ｆ）＝Ｖ（ｆ）＋２０・ｌｏｇ（ｆ／８０）
そして、図９に示す第１３のステップＳ１３において、発生ノイズレベルおよび許容ノイズレベルが周波数に依存する場合の前述したクロストークを防止するための指標として、上記実効セベリティ周波数スペクトラムにおける最大値を採用し、最大実効セベリティとする。
【０１２０】
尚、図２に示した第２のステップＳ２においては、図９の第１３のステップＳ１３において抽出された最大実効セベリティの値に基づいて、前述したセベリティクラス（ＳＣ）が、配線ペアに付与される。
【０１２１】
図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のセベリティ周波数スペクトラムから数式３で変換される配線ペアＡ〜Ｃの各実効セベリティ周波数スペクトラムと、クロストークを防止するための指標として、該セベリティ周波数スペクトラムから抽出される各配線ペアＡ〜Ｃの最大実効セベリティを示した図である。また、抽出された最大実効セベリティの各値から、図１２（ｂ）で例示されているように、配線ペアＡにはＳＣ２が付与され、配線ペアＢにはＳＣ４が付与され、配線ペアＣにはＳＣ３が付与されている。
【０１２２】
尚、図１０に示したＦＲ４基板上の並走配線による測定結果において、Ｓ２１パラメータが２０ｄＢ／ｄｅｃの傾きとなるのは、３００ＭＨｚより低い周波数範囲である。このように、上記αと数式３が成り立つのは並走配線間のカップリング係数に共振現象が起きるまでの低い周波数範囲である。しかしながら、上記αと数式３がより高い周波数範囲においても成り立つとした場合、上記最大実効セベリティは、クロストークを防止するための指標として、精度は低下するが、”厳しめ”の値となって安全サイドに働く。従って、上記最大実効セベリティは、全ての周波数範囲において、クロストークがワーストである条件の指標に相当している。
【０１２３】
前述したＳＣ別設計許容値リストは、加害側の発生ノイズレベルおよび被害側の許容ノイズレベルの少なくとも一方が周波数に依存し、クロストークを防止するための指標として上記最大実効セベリティを用いる場合にも、そのまま適用可能である。また、最大実効セベリティを算出するための規格化周波数は、予め特定の周波数に設定しておけばよい。このため、ＳＣ別設計許容値リストのデータベースを、該規格化周波数での配線設計に合わせて、配線設計の前に予め構築しておくことができる。
【０１２４】
次に、図２に示した基板配線の設計方法１０においては、設計回路において、クロストークに対して配慮すべき配線ペアが複数組有り、該複数組の配線ペアについてセベリティを計算する場合、第４のステップＳ４において、セベリティが高い順に、該複数組の配線ペアを基板にレイアウトすることが好ましい。
【０１２５】
セベリティが高い配線ペアは、クロストークが起き易い配線ペアであり、該配線ペアの設計要素に対する設計許容値も、クロストークに対して厳しい条件となっている。上記のように、複数組有る配線ペアをセベリティが高い順に基板にレイアウトすることで、クロストークを確実に防止した上で、複数組有る配線ペアをできるだけ密な状態でレイアウトすることによって、レイアウト設計された配線基板の小型化を図ることができる。
【０１２６】
上記基板配線の設計方法における前記配線ペアの設計要素は、前述したように、配線間のカップリング係数に大きく影響する、並走する配線部についての配線間ギャップと並走距離であることが好ましい。
【０１２７】
また、各種基板に上記基板配線の設計方法を適用する場合、前記ＳＣ別設計許容値リストが、前記基板の誘電率別に複数設定されてなることが好ましい。さらに、層構成別や層間厚さ別にも複数設定されてなることが、より好ましい。
【０１２８】
上記基板配線の設計方法においては、例えば、前述したように前記配線ペアの少なくとも一つが、加害側ＩＣ端子に接続する配線と被害側コネクタ端子に接続する配線とからなる構成であってよい。またこの場合には、例えば、前述したように前記加害側ＩＣ端子がクロック信号の出力端子であってよいし、前記被害側コネクタ端子がセンサ信号の入力端子であってよい。
【０１２９】
以上のようにして、上記した本発明に係る基板配線の設計方法は、いずれも従来の試行錯誤に代わる新規な基板配線の設計方法であって、レイアウト設計した配線基板のノイズ解析を必要とせずに、クロストークの起きない配線基板を効率的に設計可能な基板配線の設計方法となっている。
【０１３０】
従って、上記した基板配線の設計方法は、前述したように、ノイジーな配線とノイズにセンシティブな配線とが一枚の高密度実装基板に混在してクロストークに対して悪条件となってきている、車載用の電子制御装置に用いられる基板の配線設計に好適である。
【符号の説明】
【０１３１】
１０  基板配線の設計方法
Ｓ０１〜Ｓ０５，Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１１〜Ｓ１３  ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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