(57)【要約】    【課題】  電源系を介して伝達されるコモンモード・ノイズによる干渉を抑制したプリント回路基板の設計に使用することができるプリント回路基板解析装置、プリント回路基板解析方法、プリント回路基板解析プログラム及び記録媒体を提供する。    【解決手段】  基板情報入力部２に、プリント回路基板の構造データ及び物性データを入力し、周波数指定部３に解析を行う周波数を入力し、減衰量指定部４にコモンモード・ノイズを減衰させたい量を入力する。そして、解析部５により、基板情報入力部２に入力されたプリント回路基板の構造データ及び物性データに基づき、周波数指定部３に入力された周波数のコモンモード・ノイズが、プリント回路基板内において減衰量指定部４に入力された量まで減衰する伝播距離を算出する。その後、解析部５で算出された伝播距離に基づき電源端子の間隔を決定し、表示部６において最適な電源端子配置を表示する。【選択図】    図１
2006318416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析装置において、前記プリント回路基板の構造及び物性に基づき、特定周波数のコモンモード・ノイズが前記プリント回路基板内において所定量まで減衰するために必要な伝播距離を算出して前記電源端子の間隔を決めることを特徴とするプリント回路基板解析装置。
【請求項２】
複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析装置において、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データが入力される入力部と、解析を行う周波数が入力される周波数指定部と、コモンモード・ノイズを減衰させたい量が入力される減衰量指定部と、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データに基づき、前記周波数指定部に入力された周波数のコモンモード・ノイズが前記プリント回路基板内において前記減衰量指定部に入力された量まで減衰するために必要な伝播距離を算出する解析部と、を有し、前記伝播距離に基づき前記電源端子の間隔を決めることを特徴とするプリント回路基板解析装置。
【請求項３】
複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析装置において、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データが入力される入力部と、前記プリント回路基板に搭載されるＬＳＩの電源系の時間波形データが入力される時間波形入力部と、前記時間波形データを周波数波形データに変換する変換部と、前記変換部で変換された周波数波形データに基づき解析を行う周波数を選択する周波数選択部と、コモンモード・ノイズを減衰させたい量が入力される減衰量指定部と、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データに基づき、前記周波数選択部で選択された周波数のコモンモード・ノイズが前記プリント回路基板内において前記減衰量指定部に入力された量まで減衰するために必要な伝播距離を算出する解析部と、を有し、前記伝播距離に基づき前記電源端子の間隔を決めることを特徴とするプリント回路基板解析装置。
【請求項４】
前記周波数選択部は、前記周波数波形データから電圧値が最大となる周波数を選択することを特徴とする請求項３に記載のプリント回路基板解析装置。
【請求項５】
更に、前記伝播距離を前記電源端子の間隔として出力する出力部を有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のプリント回路基板解析装置。
【請求項６】
複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析方法において、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データに基づき、特定周波数のコモンモード・ノイズが前記プリント回路基板内において所定量まで減衰するために必要な伝播距離を算出して前記電源端子の間隔を決める工程を有することを特徴とするプリント回路基板解析方法。
【請求項７】
複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析方法において、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データを入力する工程と、解析を行う周波数を指定する周波数指定工程と、コモンモード・ノイズを減衰させたい量を指定する減衰量指定工程と、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データに基づき、前記周波数指定工程で指定された周波数のコモンモード・ノイズが前記プリント回路基板内において前記減衰量指定工程で指定された量まで減衰するために必要な伝播距離を算出する工程と、前記伝搬距離に基づき前記電源端子の間隔を決める工程と、を有することを特徴とするプリント回路基板解析方法。
【請求項８】
複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析方法において、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データを入力する工程と、前記プリント回路基板に搭載されるＬＳＩの電源系の時間波形データを周波数波形データに変換し、この周波数波形データに基づき解析を行う周波数を選択する周波数選択工程と、コモンモード・ノイズを減衰させたい量を指定する減衰量指定工程と、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データに基づき、前記周波数選択工程で選択された周波数のコモンモード・ノイズが前記プリント回路基板内において前記減衰量指定工程で指定された量まで減衰するために必要な伝播距離を算出する工程と、前記伝搬距離に基づき前記電源端子の間隔を決める工程と、を有することを特徴とするプリント回路基板解析方法。
【請求項９】
前記周波数選択工程において、前記周波数波形データから電圧値が最大となる周波数を選択することを特徴とする請求項８に記載のプリント回路基板解析方法。
【請求項１０】
更に、前記算出工程において算出された伝播距離を、前記電源端子の間隔として出力する工程を有することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のプリント回路基板解析方法。
【請求項１１】
複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析プログラムにおいて、前記プリント回路基板の構造及び物性に基づき、特定周波数のコモンモード・ノイズが前記プリント回路基板内において所定量まで減衰するために必要な伝播距離を算出し、この伝播距離を前記電源端子の間隔として出力する処理を実行させることを特徴とするプリント回路基板解析プログラム。
【請求項１２】
複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析プログラムにおいて、複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析プログラムにおいて、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データを入力する処理と、解析を行う周波数を指定する周波数指定処理と、コモンモード・ノイズを減衰させたい量を指定する減衰量指定処理と、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データに基づき、前記周波数指定処理で指定された周波数のコモンモード・ノイズが前記プリント回路基板内において前記減衰量指定処理で指定された量まで減衰するために必要な伝播距離を算出する処理と、前記伝播距離を前記電源端子の間隔として出力する処理と、を実行させることを特徴とするプリント回路基板解析プログラム。
【請求項１３】
複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析プログラムにおいて、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データを入力する処理と、前記プリント回路基板に搭載されるＬＳＩの電源系の時間波形データを周波数波形データに変換し、この周波数波形データから解析を行う周波数を選択する周波数選択処理と、コモンモード・ノイズを減衰させたい量を指定する減衰量指定処理と、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データに基づき、前記周波数選択処理で選択された周波数のコモンモード・ノイズが前記プリント回路基板内において前記減衰量指定処理で指定された量まで減衰するために必要な伝播距離を算出する処理と、前記伝播距離を前記電源端子の間隔として出力する処理と、を実行させることを特徴とするプリント回路基板解析プログラム。
【請求項１４】
前記周波数選択処理において、前記周波数波形データから電圧値が最大となる周波数を選択することを特徴とする請求項１３に記載のプリント回路基板解析プログラム。
【請求項１５】
請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載のプリント回路基板解析プログラムが格納されていることを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互に異なるＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）に接続される複数の電源端子が設けられたプリント回路基板を設計する際に使用されるプリント回路基板解析装置、プリント回路基板解析方法、プリント回路基板解析プログラム及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、プリント回路基板実装が高集積化しており、これに伴い電源系のスイッチングノイズによる干渉が顕著になっている。スイッチングノイズはＩＣの動作に起因するノイズであり、パッケージに設けられた電源系端子からプリント回路の電源系を介して他のＩＣに伝達される可能性があるため、プリント回路基板の設計時にその影響をできるかぎり抑制することが望ましい。
【０００３】
図１３はスイッチングノイズの伝播過程を模式的に示す断面図である。図１３に示すように、電源プレーン１０２とグランドプレーン１０３とが絶縁層１０４を介して積層されたプリント回路基板１０１上に、複数のＩＣが搭載されたパッケージ１０９が実装されており、このパッケージ１０９の一のＩＣ及び他のＩＣが夫々ヴィア１０５及び１０６を介して電源プレーン１０２と接続されると共にヴィア１０７及び１０８を介してグランドプレーン１０３と接続されている場合、一のＩＣで発生したスイッチングノイズ１１０は、一のＩＣの電源端子に接続されたヴィア１０５及び他のＩＣの電源端子に接続されたヴィア１０６を介して、他のＩＣに伝達される。
【０００４】
また、ＩＣのスイッチングノイズとして発生し、プリント回路基板の電源系を伝播するノイズは、電源プレーン及びグランドプレーンに相互に逆位相の電流が流れるノーマルモード・ノイズと、これらに同位相の電流が流れるコモンモード・ノイズとがある。図１４は図１３に示すノイズがノーマルモード・ノイズである場合の伝播過程を模式的に示す断面図であり、図１５はコモンモード・ノイズである場合の伝播過程を模式的に示す断面図である。図１４に示すノーマルモード・ノイズ１１１は、帰路の存在する通常の意味での回路電流であるため、ＩＣのノイズ源としてのモデル化が容易であり、誤動作のメカニズムも推定しやすい。
【０００５】
一方、図１５に示すコモンモード・ノイズ１１２は、モデル化が困難であると共に、他のＩＣにコモンモード・ノイズが伝達されたときの誤動作のメカニズムも明らかになっていない。このため、予め、コモンモード・ノイズが他のＩＣに伝達されないような回路基板設計を行うことが重要である。なお、従来、プリント回路基板のグランドプレーン及びケーブル等を流れるコモンモード電流を抑制するためのプリント回路基板の設計支援方法については提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。
【特許文献１】特開２００１−３１８９６１号公報
【特許文献２】特開２００２−２４３１２号公報
【特許文献３】特開２００３−７６７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。前述の特許文献１乃至３に記載のプリント回路基板の設計支援方法は、電子機器から放射される不要な電磁波を低減するため、グランドプレーン等に流れるコモンモード電流を抑制したプリント回路基板を設計するための方法であり、この方法では、プリント回路基板に実装されたＩＣで発生したコモンモード・ノイズが、同一基板上に搭載された他のＩＣに伝達されないプリント回路基板を設計することはできない。即ち、現状では、コモンモード・ノイズによる干渉を抑制できるプリント回路基板の電源系レイアウトを設計する方法は開発されていない。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、電源系を介して伝達されるコモンモード・ノイズによる干渉を抑制したプリント回路基板の設計に使用することができるプリント回路基板解析装置、プリント回路基板解析方法、プリント回路基板解析プログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願第１発明に係るプリント回路基板解析装置は、複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析装置において、前記プリント回路基板の構造及び物性に基づき、特定周波数のコモンモード・ノイズが前記プリント回路基板内において所定量まで減衰するために必要な伝播距離を算出して前記電源端子の間隔を決めることを特徴とする。
【０００９】
本願第２発明に係るプリント回路基板解析装置は、複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析装置において、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データが入力される入力部と、解析を行う周波数が入力される周波数指定部と、コモンモード・ノイズを減衰させたい量が入力される減衰量指定部と、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データに基づき、前記周波数指定部に入力された周波数のコモンモード・ノイズが、前記プリント回路基板内において前記減衰量指定部に入力された量まで減衰するために必要な伝播距離を算出する解析部と、を有し、前記伝播距離に基づき前記電源端子の間隔を決めることを特徴とする。
【００１０】
本願第３発明に係るプリント回路基板解析装置は、複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析装置において、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データが入力される入力部と、前記プリント回路基板に搭載されるＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit：大規模集積回路）の電源系の時間波形データが入力される時間波形入力部と、前記時間波形データを周波数波形データに変換する変換部と、前記変換部で変換された周波数波形データに基づき解析を行う周波数を選択する周波数選択部と、コモンモード・ノイズを減衰させたい量が入力される減衰量指定部と、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データに基づき、前記周波数選択部で選択された周波数のコモンモード・ノイズが、前記プリント回路基板内において前記減衰量指定部に入力された量まで減衰するために必要な伝播距離を算出する解析部と、を有し、前記伝播距離に基づき前記電源端子の間隔を決めることを特徴とする。
【００１１】
本願第１乃至第３発明においては、プリント回路基板の構造及び物性に基づき、特定の周波数のコモンモード・ノイズが、プリント回路基板内で所定量まで減衰するために必要な伝播距離を算出して電源端子の間隔を決めているため、プリント回路基板におけるコモンモード・ノイズによる電源端子間の干渉を未然に防ぐことができる。更に、本願第３発明においては、プリント回路基板に搭載されるＬＳＩの特性も考慮して電源端子の間隔を決めているため、コモンモード・ノイズによる干渉を防止する効果が向上し、搭載されたＬＳＩにおける誤動作の発生をより低減することができる。
【００１２】
また、前記周波数選択部は、前記周波数波形データから電圧値が最大となる周波数を選択することができる。更に、前記伝播距離を前記電源端子の間隔として出力する出力部を有していてもよい。
【００１３】
本願第４発明に係るプリント回路基板解析方法は、複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析方法において、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データに基づき、特定周波数のコモンモード・ノイズが前記プリント回路基板内において所定量まで減衰するために必要な伝播距離を算出して前記電源端子の間隔を決める工程を有することを特徴とする。
【００１４】
本願第５発明に係るプリント回路基板解析方法は、複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析方法において、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データを入力する工程と、解析を行う周波数を指定する周波数指定工程と、コモンモード・ノイズを減衰させたい量を指定する減衰量指定工程と、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データに基づき、前記周波数指定工程で指定された周波数のコモンモード・ノイズが前記プリント回路基板内において前記減衰量指定工程で指定された量まで減衰するために必要な伝播距離を算出する工程と、前記伝搬距離に基づき前記電源端子の間隔を決める工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本願第６発明に係るプリント回路基板解析方法は、複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析方法において、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データを入力する工程と、前記プリント回路基板に搭載されるＬＳＩの電源系の時間波形データを周波数波形データに変換し、この周波数波形データに基づき解析を行う周波数を選択する周波数選択工程と、コモンモード・ノイズを減衰させたい量を指定する減衰量指定工程と、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データに基づき、前記周波数選択工程で選択された周波数のコモンモード・ノイズが前記プリント回路基板内において前記減衰量指定工程で指定された量まで減衰するために必要な伝播距離を算出する工程と、前記伝搬距離に基づき前記電源端子の間隔を決める工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
本願第４乃至第６発明においては、プリント回路基板の構造及び物性に基づき、特定周波数のコモンモード・ノイズが、プリント回路基板内で所定量まで減衰するために必要な伝播距離を算出し、この伝搬距離に基づき電源端子の間隔を決定しているため、コモンモード・ノイズによる電源端子間の干渉を抑制したプリント回路基板を設計することができる。
【００１７】
また、前記周波数選択工程において、前記周波数波形データから電圧値が最大となる周波数を選択してもよい。更に、前記算出工程において算出された伝播距離を、前記電源端子の間隔として出力することもできる。
【００１８】
本願第７発明に係るプリント回路基板解析プログラムは、複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析プログラムにおいて、前記プリント回路基板の構造及び物性に基づき、特定周波数のコモンモード・ノイズが前記プリント回路基板内において所定量まで減衰するために必要な伝播距離を算出し、この伝播距離を前記電源端子の間隔として出力する処理を実行させることを特徴とする。
【００１９】
本願第８発明に係るプリント回路基板解析プログラムは、複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析プログラムにおいて、複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析プログラムにおいて、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データを入力する処理と、解析を行う周波数を指定する周波数指定処理と、コモンモード・ノイズを減衰させたい量を指定する減衰量指定処理と、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データに基づき、前記周波数指定処理で指定された周波数のコモンモード・ノイズが前記プリント回路基板内において前記減衰量指定処理で指定された量まで減衰するために必要な伝播距離を算出する処理と、前記伝播距離を前記電源端子の間隔として出力する処理と、を実行させることを特徴とする。
【００２０】
本願第９発明に係るプリント基板解析プログラムは、複数の電源端子が設けられたプリント回路基板の解析プログラムにおいて、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データを入力する処理と、前記プリント回路基板に搭載されるＬＳＩの電源系の時間波形データを周波数波形データに変換し、この周波数波形データから解析を行う周波数を選択する周波数選択処理と、コモンモード・ノイズを減衰させたい量を指定する減衰量指定処理と、前記プリント回路基板の構造データ及び物性データに基づき、前記周波数選択処理で選択された周波数のコモンモード・ノイズが前記プリント回路基板内において前記減衰量指定処理で指定された量まで減衰するために必要な伝播距離を算出する処理と、前記伝播距離を前記電源端子の間隔として出力する処理と、を実行させることを特徴とする。
【００２１】
本願第７乃至第９発明においては、複数の電源端子を有するプリント回路基板を解析するための解析装置に設けられたコンピュータ等に、プリント回路基板の構造及び物性に基づき、特定周波数のコモンモード・ノイズがプリント回路基板内で所定量まで減衰するために必要な伝播距離を算出し、この伝播距離を電源端子の間隔として出力する処理を実行させているため、この処理結果に基づいてプリント回路基板の電源系を設計することにより、コモンモード・ノイズによる電源端子間の干渉を未然に防ぐことができる。
【００２２】
また、前記周波数選択処理において、前記周波数波形データから電圧値が最大となる周波数を選択してもよい。
【００２３】
本願第１０発明に係る記録媒体は、前述のプリント基板解析プログラムが格納されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、プリント回路基板の構造及び物性に基づき、特定周波数のコモンモード・ノイズが、プリント回路基板内において所定量まで減衰するために必要な伝播距離を算出し、この伝播距離に基づき電源端子の間隔を決めているため、電源系を介して伝達されるコモンモード・ノイズによる干渉を抑制したプリント回路基板を設計することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係るプリント回路基板解析方法について説明する。図１は本実施形態のプリント回路基板解析方法で使用する解析装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態のプリント回路基板解析方法で使用される解析装置１は、プリント回路基板の構造データ及び物性データが入力される基板情報入力部２、解析する周波数が入力される周波数指定部３、及び特定の電源端子から発生したコモンモード・ノイズを隣接する電源端子に到達するまでに減衰させたい量が入力される減衰量指定部４が設けられている。
【００２６】
また、これら基板情報入力部２、周波数指定部３及び減衰量指定部４は、周波数指定部３に入力された周波数のコモンモード・ノイズが、プリント回路基板内において減衰量指定部４に入力された量まで減衰するために必要な伝播距離を算出する解析部５に接続されている。更に、解析部５には、出力部として、算出された伝搬距離を最適電源端子間距離として表示する表示部６が接続されている。
【００２７】
次に、上述の如く構成されたプリント回路基板解析解析装置１の動作について説明する。この解析装置１においては、解析されるプリント回路基板の構造及び物性に関するデータが基板情報入力部２から解析部５に出力され、解析する周波数を指定するデータが周波数指定部３から解析部５に出力され、コモンモード・ノイズ減衰量を指定するデータが減衰量指定部４から解析部５に出力される。そして、解析部５において、基板情報入力部２から出力されたプリント回路基板の構造データ及び物性データに基づき、後述するプリント回路基板解析プログラムに従い、周波数指定部３により指定された周波数のコモンモード・ノイズが、プリント回路基板内において、減衰量指定部４に指定された量まで減衰するために必要な伝播距離が算出され、その結果が最適電源端子間距離として表示部６に表示される。
【００２８】
次に、本実施形態のプリント回路基板解析方法、即ち、プリント回路基板解析装置１を使用したプリント回路基板の解析方法について説明する。図２は本実施形態のプリント回路基板解析方法を示すフローチャート図である。図２に示すように、本実施形態のプリント回路基板解析方法においては、先ず、基板情報入力部２に、電源プレーンとグランドプレーンとの間隔、並びに電源用ヴィアの内径及び外径等のプリント回路基板の構造に関するデータ、電源プレーンとグランドプレーンとの間に設けられた絶縁層等からなる媒質の比誘電率等のプリント回路基板の物性に関するデータを入力し（ステップＳ１１）、周波数指定部３に解析を行う周波数を入力し（ステップＳ１２）、減衰量指定部４にコモンモード・ノイズ減衰量を入力する（ステップＳ１３）。
【００２９】
次に、解析部５により、ステップＳ１２で入力された周波数のコモンモード・ノイズが、ステップＳ１３で指定された減衰量になるまでの伝播距離を算出する（ステップＳ１４）。このとき、基板情報入力部２から解析されるプリント回路基板の構造及び物性に関するデータが、周波数指定部３から解析を行う周波数を指定するデータが、減衰量指定部４からコモンモード・ノイズ減衰量を指定するデータが、夫々解析部５に出力される。その後、解析部５で算出された結果を表示部６に出力し、その結果に基づき、表示部６に最適な電源端子配置を表示する（ステップＳ１５）。
【００３０】
本実施形態のプリント回路基板解析方法は、予め用意されたプログラムをパーソナルコンピュータ又はワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現される。このプログラムは、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory：コンパクトディスク読出し専用記憶装置）、ＭＯ（Magneto-Optical disk：光磁気ディスク）及びＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。
【００３１】
次に、本実施形態のプリント回路基板解析方法で実行される解析プログラムの原理について説明する。図３は本実施形態のプリント回路基板解析方法で実施される解析プログラムで使用した解析用モデルを示す図である。なお、図３において、Ｏはｚ軸方向における原点である。本実施形態のプリント回路基板解析方法においては、理論電磁気学に基づいて導出された数式を使用して、プリント回路基板に設けられた複数の電源端子接続用ヴィアの間隔を決定する。具体的には、図３に示す完全導体とみなせる導電率の極めて高い導体からなる２枚の平板１２ａ及び１２ｂが、距離ｈをあけて相互に平行に配置され、その間に比誘電率がεｒである媒質１３で満たされている無限平行平板１２に、中心導体１１ａの半径がａｍｍ、外部導体１１ｂの内半径がｂｍｍである同軸線路１１が接合されている場合、この同軸線路１１に、周波数がｆＨｚで、１Ｖの電圧を均一に印加したときの無限平行平板１２の電界Ｅ及び磁界Ｈは、夫々、円柱座標系（γ，θ）を使用し、下記数式１乃至６により表される（A. G. Williamson，「Radial-line / coaxial-line junctions: analysis and equivalent circuits」，INT. J. ELECTRONICS，１９８５年，第５８巻，第１号，ｐ９４参照）。
【００３２】
【数１】
2006318416.tif 000003
【００３３】
【数２】
2006318416.tif 000004
【００３４】
【数３】
2006318416.tif 000005
【００３５】
【数４】
2006318416.tif 000006
【００３６】
【数５】
2006318416.tif 000007
【００３７】
【数６】
2006318416.tif 000008
【００３８】
なお、上記数式１乃至６において、Ｊ０は第１種ベッセル関数、Ｙ０は第２種ベッセル関数、Ｋ０及びＫ１は変形ベッセル関数、Ｈ０（２）及びＨ１（２）はハンケル関数、ε０は真空の誘電率、μ０は真空の透磁率、ｍは整数である。
【００３９】
また、２枚の平板１２ａ及び１２ｂを流れる導体電流Ｊは、無限平行平板１２に接する磁界Ｈと、無限平行平板１２に対する法線ベクトルｎとの外積として、下記数式７ので表すことができる（Ramo著，「Fields and Waves in Communication Electronics Second Edition」，１９９４年，ｐ．１４８−１４９参照）。
【００４０】
【数７】
2006318416.tif 000009
【００４１】
そして、上記数式１乃至７から、上記数式１及数式２の右辺の第１項に相当する電界及び表面電流の分布を図示することができる。図４はその電界及び表面電流の分布を示す図である。上記数式１及数式２の右辺の第１項に相当する表面電流１４及び電界１５は、図４に示すようになり、平板１２ａ及び１２ｂに流れる表面電流１４は、相互に逆の方向に流れる。従って、平板１２ａを電源プレーン、平板１２ｂをグランドプレーンとみなした場合、上記数式１及び数式２の右辺の第１項は、ノーマルモード・ノイズを表していることがわかる。
【００４２】
また、上記数式１及び数式２の右辺の第２項の無限級数和のうち、ｍ＝１の項に相当する電界及び表面電流の分布を図示することができる。図５はその電界及び表面電流の分布を示す図である。上記数式１及び数式２の右辺の第２項の無限級数和のうち、ｍ＝１の項に相当する表面電流１４及び電界１５は、図５に示すようになり、平板１２ａ及び１２ｂに流れる表面電流１４は、相互に同じ方向に流れる。従って、平板１２ａを電源プレーン、平板１２ｂをグランドプレーンとみなした場合、上記数式１及び数式２の右辺の第２項は、コモンモード・ノイズを表す。同様に、上記数式１及び数式２の右辺の第２項の無限級数和のうち、ｍ≧２である成分についても、ｍが偶数の場合はノーマルモード・ノイズを表し、奇数の場合はコモンモード・ノイズを表すことを簡単に示すことができる。
【００４３】
図６は横軸に横軸に原点Ｏからの距離ｒをとり、縦軸に電界強度をとって、上記数式１の右辺の第１項及び第２項（ｍ＝１、ｍ＝２、ｍ＝３のとき）におけるｚ＝ｈである場合の電界成分を示すグラフ図であり、図７は横軸に原点Ｏからの距離ｒをとり、縦軸に電界強度をとって、上記数式２の右辺の第１項及び第２項（ｍ＝１、ｍ＝２、ｍ＝３のとき）におけるｚ＝ｈである場合の電界成分を示すグラフ図である。なお、図６及び図７に示す電界強度及び磁界強度は、ａ＝１ｍｍ、ｂ＝１ｍｍ、ｈ＝５ｍｍ、εｒ＝４．５、ｒ＞ｂとしたときの値である。図７に示すように、磁界強度に関しては、上記数式２の右辺の第２項のｍ＝１、ｍ＝２及びｍ＝３の成分は、右辺の第１項に比べて極めて小さい。一方、図６に示すように、電界強度に関しては、上記数式１の右辺の第２項のｍ＝２及びｍ＝３の成分は、右辺の第１項に比べて極めて小さいが、ｍ＝１の成分は無視できる程小さいわけではない。よって、上記数式１及び数式２を近似的に表すと、夫々、下記数式８及び数式９となる。
【００４４】
【数８】
2006318416.tif 000010
【００４５】
【数９】
2006318416.tif 000011
【００４６】
従って、上記数式８及び数式９の右辺の第１項はノーマルモード・ノイズ、右辺の第２項はコモンモード・ノイズと定義することができる。また、図６及び図７に示すように、コモンモード・ノイズ（右辺の第２項）は、ノーマルモード・ノイズ（右辺の第１項）よりも原点Ｏからの距離ｒに対する依存性が大きく、原点Ｏ、即ち、ノイズ発生源のＩＣに接続されたヴィアからの距離が長くなるに従い急激に減衰する。よって、本実施形態のプリント回路基板解析方法においては、コモンモード・ノイズによる電源端子間の干渉を防ぐため、図３に示す電源ヴィアモデルを使用し、図６及び図７を参考にして、同軸線路１１と無限平行平板１２との結合部から発生したコモンモード・ノイズが十分に減衰する距離を求め、その値を隣接する電源端子用ヴィア間の距離、即ち、最適電源端子間距離とする。
【００４７】
本実施形態のプリント回路基板解析方法においては、プリント回路基板を設計する際に、理論電磁気学に基づいて算出された上記数式８及び数式９を使用して、プリント回路基板内においてコモンモード・ノイズが十分に減衰するために必要な距離、即ち、最適電源端子間距離を求め、その結果に基づいて電源端子用ヴィアの配置を決定しているため、コモンモード・ノイズによる電源端子間の干渉を防止することができる。これにより、コモンモード・ノイズに起因するＩＣの誤動作を防止することができる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施形態に係るプリント回路基板解析方法について説明する。図８は本実施形態のプリント回路基板解析方法で使用する解析装置の構成を示すブロック図である。なお、図８においては、図１に示す解析装置１の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図８に示すように、本実施形態のプリント回路基板解析方法で使用される解析装置２１には、周波数指定部３の代わりに、プリント回路基板に実装されるＬＳＩの電源系の時間波形データが入力される時間波形入力部２２と、この時間波形入力部２２に入力された時間波形データを周波数波形データに変換する時間軸−周波数軸変換部２３と、時間軸−周波数軸変換部２３で変換された周波数波形データに基づき、解析する周波数を選択する周波数選択部２４が設けられている。
【００４９】
次に、上述の如く構成されたプリント回路基板解析解析装置２１の動作について説明する。この解析装置２１においては、時間波形入力部２２から時間軸−周波数軸変換部２３に、プリント回路基板に実装するＬＳＩのスイッチング動作時における電源系の電圧時間波形のデータが出力される。このＬＳＩの電源系電圧時間波形は、時間軸−周波数軸変換部２３においてフーリエ変換され、その結果得られた周波数軸上の特性が周波数選択部２４に出力される。そして、周波数指定部２４において、時間軸−周波数軸変換部２３から入力された周波数特性に基づき、特に強い電圧成分をもつ周波数が指定周波数として選択され、そのデータが解析部５に出力される。また、入力データに基づき、基板情報入力部２からプリント回路基板の構造及び物性に関するデータが解析部５に出力されると共に、減衰量指定部４からコモンモード・ノイズの減衰量を指定するデータが解析部５に出力される。
【００５０】
次に、本実施形態のプリント回路基板解析方法、即ち、プリント回路基板解析装置２１を使用したプリント回路基板の解析方法について説明する。図９は本実施形態のプリント回路基板解析方法を示すフローチャート図である。図９に示すように、本実施形態のプリント回路基板解析方法においては、解析周波数を指定するため、先ず、時間波形入力部２２に、プリント回路基板に実装されるＬＳＩの内部電源系の時間波形データを入力する（ステップＳ２１）。次に、時間軸−周波数軸変換部２３において、時間波形データの時間軸を周波数軸に変換する（ステップＳ２２）。そして、周波数選択部２４において、解析する周波数を選択する（ステップＳ２３）。
【００５１】
また、基板情報入力部２に、電源プレーンとグランドプレーンとの間隔、並びに電源用ヴィアの内径及び外径等のプリント回路基板の構造に関するデータ、電源プレーンとグランドプレーンとの間に設けられた絶縁層等からなる媒質の比誘電率等のプリント回路基板の物性に関するデータを入力し（ステップＳ２４）、減衰量指定部４にコモンモード・ノイズを減衰させたい量を入力する（ステップＳ２５）。
【００５２】
次に、解析部５によりステップＳ２３で選択された周波数のコモンモード・ノイズが、ステップＳ２５で入力された量になるまでの伝播距離を算出する（ステップＳ２６）。このとき、基板情報入力部２から解析されるプリント回路基板の構造及び物性に関するデータが、周波数選択部２４から解析を行う周波数を指定するデータが、減衰量指定部４からコモンモード・ノイズ減衰量を指定するデータが、夫々解析部５に出力される。その後、解析部５で算出された結果を表示部６に出力し、その結果に基づき、表示部６に最適な電源端子配置を表示する（ステップＳ２７）。
【００５３】
本実施形態のプリント回路基板解析方法においては、周波数指定部３の代わりに、時間波形入力部２２、時間軸−周波数軸変換部２３及び周波数選択部２４を設け、ＬＳＩの回路データも含めて最適電源端子間距離を算出しているため、コモンモード・ノイズによる干渉を防止する効果を向上させることができる。この解析方法は、ＬＳＩの電気特性及びプリント回路基板設計の両方を考慮する必要があるレイアウト設計の分野及びＥＭＣの分野において、極めて有効である。なお、本実施形態のプリント回路基板解析方法における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態のプリント回路基板解析方法と同様である。
【実施例】
【００５４】
次に、本発明の実施例について説明する。図１０は本実施例の解析対象のプリント回路基板を模式的に示す断面図である。本実施例においては、前述の第１の実施形態のプリント回路基板解析方法によって、図１０に示すような複数の電源接続用ヴィア４２を備えるプリント回路基板４１について、１ＧＨｚにおいてコモンモード・ノイズによる干渉が発生しない電源端子間距離を決定した。
【００５５】
図１１は本実施例で使用したプリント回路基板解析装置の構成を示す図である。図１１に示す解析装置３１は、プリント回路基板解析プログラム又は解析に必要な各種データが記録された記録媒体３２と、解析装置本体３３とにより構成されている。この記録媒体３２には、上記数式８及び数式９を使用して、ノイズ発生源、即ち、ヴィアの中心部からの距離に対するノーマルモード・ノイズ及びコモンモード・ノイズに相当する電界分布を算出し、コモンモード・ノイズ減衰量に相当する距離を求めるためのプログラムが記憶されている。また、解析装置本体３３には、データの入出力を行う入出力装置３４、記録媒体３２から読み込まれたプログラム又はデータを記憶するメモリ３５、全体の制御及び計算を行う演算装置３６、及び計算結果を表示する表示装置３７が設けられており、これらは、バス３８により相互に接続されている。そして、図１に示す基板情報入力部２、周波数指定部３及び減衰量指定部４は、入出力装置３４に設けられ、解析部５は演算装置３６に設けられており、表示装置３７が表示部６である。
【００５６】
先ず、入出力装置３４に、ヴィア４２の内半径ａ＝１ｍｍ、ヴィア４２の外半径ｂ＝２ｍｍ、電源プレーン４３とグランドプレーン４４との距離ｈ＝５ｍｍ、電源プレーン４３とグランドプレーン４４との間の媒質である絶縁層４５の比誘電率εｒ＝４．５入力し、解析周波数を１ＧＨｚ、コモンモード・ノイズ減衰量を１／１０に設定した。そして、メモリ３５により、入出力装置３４からバス３８を介して入力データ及び記録媒体３２から読み出したプログラムを読み込み、演算装置３６により、メモリ３５内のデータを使用して、コモンモード・ノイズの電界強度がヴィア４２の外周部（中心部からの距離ｒ＝２ｍｍ）における電界強度の１／１０となる距離Ｒｏｐｔを計算した。そして、その結果を表示装置３７に表示した。
【００５７】
図１２は横軸に横軸にヴィア中心部からの距離ｒをとり、縦軸に電界強度をとって、ノーマルモード・ノイズ及びコモンモード・ノイズに対応する電界分布を示すグラフ図である。図１２に示すように、演算装置３６における計算の結果、コモンモード・ノイズが１／１０となる距離Ｒｏｐｔは５ｍｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施形態のプリント回路基板解析装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のプリント回路基板解析装置を使用したプリント回路基板解析方法を示すフローチャート図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のプリント回路基板解析装置の解析部５で実施されるプリント回路基板解析プログラムで使用した解析用モデルを示す図である。
【図４】数式１及数式２の右辺の第１項に相当する電界及び表面電流の分布を示す図である。
【図５】数式１及数式２の右辺の第２項の無限級数和のうちｍ＝１の項に相当するに相当する電界及び表面電流の分布を示す図である。
【図６】横軸に原点Ｏからの距離ｒをとり、縦軸に電界強度をとって、上記数式１の右辺の第１項及び第２項（ｍ＝１、ｍ＝２、ｍ＝３のとき）におけるｚ＝ｈである場合の電界成分を示すグラフ図である。
【図７】横軸に原点Ｏからの距離をとり、縦軸に磁界強度をとって、上記数式２の右辺の第１項及び第２項（ｍ＝１、ｍ＝２、ｍ＝３のとき）におけるｚ＝ｈである場合の電界成分を示すグラフ図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のプリント回路基板解析装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第２の実施形態のプリント回路基板解析装置を使用したプリント回路基板解析方法を示すフローチャート図である。
【図１０】本発明の実施例の解析対象のプリント回路基板を模式的に示す断面図である。
【図１１】本発明の実施例で使用したプリント回路基板解析装置の構成を示す図である。
【図１２】横軸に横軸にヴィア中心部からの距離ｒをとり、縦軸に電界強度をとって、ノーマルモード・ノイズ及びコモンモード・ノイズに対応する電界分布を示すグラフ図である。
【図１３】スイッチングノイズの伝播過程を模式的に示す断面図である。
【図１４】ノーマルモード・ノイズの伝播過程を模式的に示す断面図である。
【図１５】コモンモード・ノイズの伝播過程を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１、２１、３１；プリント回路基板解析装置
２；基板情報入力部
３；周波数指定部
４；減衰量指定部
５；解析部
６；表示部
１１；同軸線路
１１ａ；中心導体
１１ｂ；外部導体
１２；無限平行平板
１２ａ、１２ｂ；平板
１３；媒質
１４；表面電流
１５；電界
２２；時間波形入力部
２３；時間軸−周波数軸変換部
２４；周波数選択部
３２；記録媒体
３３；解析装置本体
３４；入出力装置
３５；メモリ
３６；演算装置
３７；表示装置
４１、１０１；プリント回路基板
４２、１０５〜１０８；ヴィア
４３、１０２；電源プレート
４４、１０３；グランドプレート
４５、１０４；絶縁層
１０９；パッケージ
１１０；スイッチングノイズ
１１１ａ、１１１ｂ；ノーマルモード・ノイズ
１１２ａ、１１２ｂ；コモンモード・ノイズ
【図１】
2006318416.tif 000012
【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】
2006318416.tif 000018
【図８】
2006318416.tif 000019
【図９】
2006318416.tif 000020
【図１０】
2006318416.tif 000021
【図１１】
2006318416.tif 000022
【図１２】
2006318416.tif 000023
【図１３】
2006318416.tif 000024
【図１４】
2006318416.tif 000025
【図１５】
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