(57)【要約】【課題】配線設計上の制約を小さくし、かつ、放射ノイズを増加させることのない差動配線検査方法を提供する【解決手段】本発明の差動配線検査方法は、プリント基板上に設けられた差動配線の正信号線と負信号線の配線長差を算出するステップと、前記算出された配線長差を、差動配線に伝送される信号の周波数に基づいて決定された許容配線長差と比較して配線の良否を判定するステップとを備える。【選択図】図２
2006010632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板上に設けられた差動配線の正信号線と負信号線の配線長差を算出するステップと、前記算出された配線長差を、差動配線に伝送される信号の周波数に基づいて決定された許容配線長差と比較して配線の良否を判定するステップとを備える差動配線検査方法。
【請求項２】
許容配線長差は、差動配線に伝送される信号の周波数と、差動配線中の信号伝播速度に基づいて決定される請求項１に記載の差動配線検査方法。
【請求項３】
許容配線長差は、下記数式により決定される請求項１に記載の差動配線検査方法。
許容配線長差＝ａ×ｖ／（ｆ×ｎ）；
（但し、ａは、差動配線の差動効果の度合いに応じて決定される正信号と負信号間で許容される位相差の係数、ｖは、差動配線中の信号伝播速度、ｆは、差動配線に伝送される信号の周波数、ｎは、考慮する高調波の次数）
【請求項４】
高調波の次数ｎは、１７であり、許容される位相差の係数ａは、１／６である請求項３に記載の記載の差動配線検査方法。
【請求項５】
プリント基板上に設けられた差動配線の正信号線と負信号線の配線長差を算出するステップと、前記算出された配線長差を、差動配線に伝送される信号の周波数に基づいて決定された許容配線長差と比較して配線の良否を判定するステップとをコンピュータに実行させる差動配線検査プログラム。
【請求項６】
許容配線長差は、差動配線に伝送される信号の周波数と、差動配線中の信号伝播速度に基づいて決定される請求項５に記載の差動配線検査プログラム。
【請求項７】
請求項５又は６のプログラムが記憶された記憶媒体。
【請求項８】
プリント基板上に設けられた差動配線の正信号線と負信号線の配線長差を算出する算出部と、前記算出された配線長差を、差動配線に伝送される信号の周波数に基づいて決定された許容配線長差と比較して配線の良否を判定する判定部とを備える差動配線検査装置。
【請求項９】
許容配線長差は、差動配線に伝送される信号の周波数と、差動配線中の信号伝播速度に基づいて決定される請求項８に記載の差動配線検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプリント基板の差動配線設計時に、差動配線の正信号線（＋信号線）と負信号線（−信号線）との配線長差を原因とするスキュー発生を防止するため、差動配線を検査する差動配線検査方法、差動配線検査プログラム、差動配線検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板において差動配線を設計する際には、差動配線の正信号線と負信号線を平行で等長に配線することが知られている。しかし、実際にプリント基板上で差動配線を設計する場合、隣接する他配線や差動配線中に実装するコネクタ形状などの要因により、正信号線と負信号線を全く等長に配線することは極めて困難である。この正信号線と負信号線における配線長差は、差動信号間のスキュー発生につながり、放射ノイズを増大させるといった重大な問題を引き起こすことが知られている。従って、実際の差動配線設計を考えた場合、現実的に許容される正信号線と負信号線の配線長差の決定が重要になってくる。
【０００３】
従来、正信号線と負信号線の配線長差又は位相差を検査する方法及び装置が存在するが（例えば特許文献１）、基準の１つとして許される配線長差は、周波数２５０ＭＨｚの差動信号において１０ｍｍ程度としか記述されておらず、事実上、一律の値が用いられていた。
【特許文献１】特開２０００−２０６１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような検査方法では、信号条件の緩やかな配線に対しても、同様に厳しい条件が課されるので、配線設計に必要以上の制約を与えることになり、その結果、プリント基板コストの増大につながる場合があった。
【０００５】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、配線設計上の制約を小さくし、かつ、放射ノイズを増加させることのない差動配線検査方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の差動配線検査方法は、プリント基板上に設けられた差動配線の正信号線と負信号線の配線長差を算出するステップと、前記算出された配線長差を、差動配線に伝送される信号の周波数に基づいて決定された許容配線長差と比較して配線の良否を判定するステップとを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、許容配線長差は、差動配線に伝送される信号の周波数に基づいて決定される。従って、例えば、周波数の低い信号が伝送される差動配線に対しては、許容配線長差を大きくし、周波数の高い信号が伝送される差動配線に対しては、許容配線長差を小さくすることができる。その結果、配線設計に必要以上の制約を与えることがなくなり、プリント基板コストを低減させることができる。
【０００８】
また、周波数が高く（波長が短いため、位相差が生じ易い）、放射ノイズを多量に放出する差動配線について非常に厳しい許容配線長差を適用し、かつ、周波数が低く（波長が長いため、位相差が生じにくい）、放射ノイズの低い差動配線については緩い許容配線長差を適用することができ、この場合、全体として放射ノイズが少ない基板を作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
１．差動配線検査方法
本発明の差動配線検査方法は、プリント基板上に設けられた差動配線の正信号線と負信号線の配線長差を算出するステップと、前記算出された配線長差を、差動配線に伝送される信号の周波数に基づいて決定された許容配線長差と比較して配線の良否を判定するステップとを備える。
【００１０】
１−１．プリント基板上に設けられた差動配線の正信号線と負信号線の配線長差を算出するステップ
このステップは、例えば、始点、終点、屈曲点の座標など配線経路情報を抽出するステップと、得られた配線経路情報から正信号配線と負信号配線の配線長をそれぞれ算出するステップと、得られた各配線長から、正信号配線と負信号配線の配線長差を算出するステップからなる。
【００１１】
１−２．前記算出された配線長差を、差動配線に伝送される信号の周波数に基づいて決定された許容配線長差と比較して配線の良否を判定するステップ
このステップでは、前記算出された配線長差と許容配線長差とを比較して配線の良否を判定する。従来は、許容配線長差は、伝送される信号の周波数に関わらず、一定（例えば１０ｍｍ）であったが、本発明では、許容配線長差は、差動配線に伝送される信号周波数に基づいて決定される。従って、本発明によれば、例えば、周波数の低い信号が伝送される差動配線に対しては、許容配線長差を大きくし、周波数の高い信号が伝送される差動配線に対しては、許容配線長差を小さくすることができる。その結果、配線設計に必要以上の制約を与えることがなくなり、プリント基板コストを低減させることができる。
【００１２】
また、許容配線長差は、好ましくは、差動配線に伝送される信号の周波数と、差動配線中の信号伝播速度に基づいて決定される。差動配線中の信号伝播速度を考慮して、許容配線長差を求めることにより、許容配線長差をさらに適切な値にすることができる。
【００１３】
また、許容配線長差は、さらに好ましくは、下記数式により決定される。
【００１４】
【数１】
2006010632.tif 000003
（但し、ａは、差動配線の差動効果の度合いに応じて決定される正信号と負信号間で許容される位相差の係数、ｖは、差動配線中の信号伝播速度、ｆは、差動配線に伝送される信号の周波数、ｎは、考慮する高調波の次数）
このように、正信号と負信号間で許容される位相差の係数ａ、及び考慮すべき高調波の次数ｎを考慮して、許容配線長差を求めることにより、許容配線長差をさらに適切な値にすることができる。
【００１５】
（１）位相差の係数ａ
正信号と負信号間で許容される位相差の係数は、差動配線の差動効果の度合いに応じて決定される。「差動効果」とは、差動配線の正信号と負信号が打ち消しあう効果のことである。例えば、２つの逆位相の正弦波の振幅の加算値などである。位相差が０の場合、加算値は０となる。
【００１６】
また、正信号と負信号間で許容される位相差の係数ａは、好ましくは、１／６である。その理由は、以下の通りである。２つの逆位相の正弦波のうち、一方の正弦波の位相をずらすと、加算の最大値は大きくなり、１／６周期ずらすと加算の最大値が振幅と同じ値になる。すなわち、位相が１／６周期以上ずれると正信号と負信号で打ち消しあう効果が少なくなり、どちらか一本のみの場合より悪くなる。従って、上記位相差の係数ａは、好ましくは、１／６となる。
【００１７】
（２）信号伝播速度ｖ
信号の伝播速度は、基板上の配線を伝送する信号の速度を表しており、差動配線の配線情報（配線幅、配線間隔）と差動配線が形成されている基板情報（配線幅、配線間隔）から算出する。
【００１８】
また、例えば、マイクロストリップ線路における、信号の伝播速度は、具体的には、以下の数式に基づいて求めることができる。
【００１９】
【数２】
2006010632.tif 000004
（但し、Cは、光の速度、εeffは、実効誘電率、εrは、絶縁層の比誘電率、ｈは、配線からグランドまでの距離、ｗは、配線幅）
【００２０】
（３）考慮する高調波の次数ｎ
考慮する高調波の次数ｎは、任意の値に設定することができる。考慮する高調波の次数ｎは、例えば、高調波成分の減衰率が−２０ｄＢから−４０ｄＢに変化する次数、又は高調波成分の係数が基本波成分の１／１００以下となる次数に設定することができる。また、高調波成分の係数などは、伝送される信号波形をフーリエ変換することにより求めることができる。なお、高調波成分の減衰率とは、周波数に対する、高調波の最大振幅値が減少する割合と定義される。
【００２１】
また、考慮する高調波の次数ｎは、伝送される信号波形をフーリエ変換する代わりに、伝送される信号の周期から決定してもよい。一般に、高調波成分の係数は、信号の立ち上がり及び立ち下がり時間によって決まり、信号の立ち上がり及び立ち下がり時間は、伝送される信号の周期の１／２０より長い。従って、信号の立ち上がり及び立ち下がり時間が伝送される信号の周期の１／２０であると仮定して、考慮する高調波の次数ｎを決定すると、十分に高い高調波までが考慮されることになる。ここで、立ち上がり時間及び立ち下がり時間が信号周期の１／２０の信号波形のフーリエ変換を行うと、１７次高調波成分は基本波成分の１／１００以下となる。従って、１７次を超える高調波成分はほとんど含まれていないため、考慮すべき高調波の次数を１７次とすることができる。
【００２２】
１−３．その他
配線長差が許容配線長差以上の場合に、警告表示を行うステップをさらに備えてもよい。警告表示の方法は、例えば、差動配線のハイライト表示、テキストによる表示などである。
【００２３】
２．差動配線検査プログラム
本発明の差動配線検査プログラムは、プリント基板上に設けられた差動配線の正信号線と負信号線の配線長差を算出するステップと、前記算出された配線長差を、差動配線に伝送される信号の周波数に基づいて決定された許容配線長差と比較して配線の良否を判定するステップとをコンピュータに実行させる。
【００２４】
上記差動配線検査方法で述べた内容は、その趣旨に反しない限り、差動配線検査プログラムについても当てはまる。また、許容配線長差は、上記差動配線検査方法で述べた方法で決定することができる。
【００２５】
このプログラムは、汎用のコンピュータなどに実行させることができる。
また、本発明は、上記プログラムが記憶された記憶媒体を提供するものである。
【００２６】
３．差動配線検査装置
本発明の差動配線検査装置は、プリント基板上に設けられた差動配線の正信号線と負信号線の配線長差を算出する算出部と、前記算出された配線長差を、差動配線に伝送される信号の周波数に基づいて決定された許容配線長差と比較して配線の良否を判定する判定部とを備える。
【００２７】
上記差動配線検査方法で述べた内容は、その趣旨に反しない限り、差動配線検査装置についても当てはまる。また、許容配線長差は、上記差動配線検査方法で述べた方法で決定することができる。
【００２８】
差動配線検査装置は、専用の装置、又は汎用のコンピュータなどに上記プログラムがインストールされたものなどが含まれる。
【実施例１】
【００２９】
以下、図１及び図２を用いて、本発明の実施例１に係る差動配線検査方法について説明する。なお、図１は、本実施例の差動配線検査方法の流れを示すフローチャートであり、図２は、許容配線長差算出方法の流れを示すフローチャートである。
【００３０】
１．差動配線検査方法の全体の流れ
差動配線の配線座標を抽出するステップ１では、差動配線の正信号配線と負信号配線の配線長を算出するために必要な配線経路情報（始点、終点、屈曲点の座標など）を抽出する。
【００３１】
配線長差を算出するステップ２では、ステップ１で抽出した配線経路情報の始点、終点、屈曲点の座標からその配線の配線長を算出し、正信号配線と負信号配線の配線長差を算出する。
【００３２】
許容配線長差を算出するステップ３では、図２に示すフローチャートに基づき、許容配線長差を算出する。この許容配線長差は、伝送される信号の周波数などに基づいている。この詳しい算出方法は、後述する。
【００３３】
配線長差と許容基準値を比較して配線の良否を判定するステップ４では、ステップ２で算出した配線長差とステップ３で算出した許容配線長差を比較し、配線長差が許容配線長差より小さい場合は終了し、そうでない場合はステップ５に進む。
【００３４】
警告表示を行うステップ５では、差動配線の正信号配線と負信号配線間に許容不可の配線長差が生じていることを警告表示する。警告表示方法は、例えば、差動配線のハイライト表示、テキストによる表示などである。
【００３５】
２．許容配線長差算出方法
以下、図２を用いて、本実施例の許容配線長差算出方法について説明する。
差動信号配線の信号情報を抽出するステップ１１では、差動配線を伝送する信号波形情報（信号周波数、立ち上がり時間、立ち下がり時間）と差動配線の配線情報（配線幅、配線間隔）と差動配線が形成されている基板情報（基板の層構成、各導体層の材質／厚み、絶縁層の材質／厚み）を抽出する。
【００３６】
考慮する高調波の次数を算出するステップ１２では、ステップ１１で抽出した差動配線を伝送する信号の周波数、立ち上がり時間及び立ち下がり時間を考慮して、差動配線検査基準を決定する際に考慮すべき高調波の次数を算出する。差動配線を伝送する信号の高調波成分の周波数特性は、信号の立ち上がり時間と立ち下がり時間によって異なり、一般的に信号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間は信号周期の１／２０より長くなっている。また、立ち上がり時間及び立ち下がり時間が信号周期の１／２０の信号波形のフーリエ変換を行うと、１７次高調波成分は基本波成分の１／１００以下となる。従って、１７次を超える高調波成分はほとんど含まれていないため、本実施例では、考慮すべき高調波の次数を１７次とする。
【００３７】
高調波の周期を算出するステップ１３では、ステップ１２で算出した高調波の次数と差動配線を伝送する信号の周波数から高調波の周期を算出する。
【００３８】
許容位相差を算出するステップ１４では、ステップ１３で算出した高調波の周期に対して任意の差動効果を得るための差動配線の正信号と負信号間で許容される位相差を算出する。差動配線は一方の配線に正信号を伝送し、もう一方の配線に負信号を伝送するため、遠方では正信号と負信号が打ち消しあう効果で、放射ノイズが少なくなる。従って、＋配線と−配線の位相差は０が理想であるが、実際は対の配線間の位相差を０（等長配線）にすることは、隣接する他配線や差動配線中に実装するコネクタ形状などの要因により、極めて困難である。そこで、許容位相差を、高調波の周期における差動効果を考慮して設定する。差動効果とは、差動配線の正信号と負信号が打ち消しあう効果のことである。差動効果は、例えば、高調波の周期である２つの正弦波（正信号と負信号を想定し、一方の正弦波は半周期ずれている。）の振幅の加算の最大値などである。位相差が０の場合、加算の最大値は０となるが、一方の正弦波に位相差が生じると最大値が大きくなる。よって、任意の基準最大値を超えない最大の位相差を０〜半周期内で算出し、許容位相差とする。本実施例では、基準最大値を正弦波の振幅値とする。このとき、許容位相差は１／６周期となる。
【００３９】
位相差を配線長差に換算するステップ１５では、ステップ１４で算出した許容位相差から、差動配線を伝送する信号の伝播速度に基づいて、許容配線長差を算出する。信号の伝播速度は、基板上の配線を伝送する信号の速度を表しており、ステップ１１で抽出した差動配線の配線情報と差動配線が形成されている基板情報から算出する。マイクロストリップ線路における、信号の伝播速度は、具体的には、以下の数式に基づいて求める。
【００４０】
【数３】
2006010632.tif 000005
（但し、Cは、光の速度、εeffは、実効誘電率、εrは、絶縁層の比誘電率、ｈは、配線からグランドまでの距離、ｗは、配線幅）
【００４１】
従って、差動配線に伝送される信号の周波数をｆ、立ち上がり及び立ち下がり時間から決定される高調波の次数をｎ、差動配線の差動効果の度合いに応じて決定される正信号と負信号間で許容される位相差の係数を許容位相差係数ａ、差動配線中の信号伝播速度をｖとすると、下記数式により許容配線長差を算出することができる。
【００４２】
【数４】
2006010632.tif 000006
【００４３】
３．具体例
数式４において、高調波の次数を１７、許容位相差係数を１／６とすることで、差動配線中の信号伝播速度と差動配線に伝送される信号の周波数に応じた許容配線長差を算出することができる。
【００４４】
表１は本発明の実施形態１における許容配線長差の一例を示す表で、数式４中のａを１／６、ｖを１．７×１０11（ｍｍ／ｓｅｃ）、ｎを１７とした場合に、ｆが１００メガヘルツから５００メガヘルツ（メガは１０の６乗）までの許容配線長差を表している。
【００４５】
【表１】
2006010632.tif 000007
【００４６】
表１によると、伝送される信号の周波数が低い場合、許容配線長差が長くなり、高い場合、許容配線長差が短くなっている。
【００４７】
低い周波数の配線（波長が長いため、位相差が生じにくく、放射ノイズの少ない配線）に対しては、許容配線長差を長くすることにより、配線設計に必要以上の制約を与えることがなくなり、プリント基板コストを低減させることができる。
【００４８】
また、高い周波数の配線（波長が短いため、位相差が生じ易く、放射ノイズの多い配線）に対しては、許容配線長差を短くすることにより、放射ノイズを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例１に係る差動配線検査方法の流れを示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施例１に係る許容配線長差算出方法の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
１  差動配線の配線座標を抽出
２  配線長を算出
３  許容配線長差を算出
４  配線長差と許容配線長差を比較
５  警告表示
１１  差動配線の信号情報を抽出
１２  考慮する高調波の次数を算出
１３  高調波の周期を算出
１４  許容位相差を算出
１５  位相差を配線長差に換算
【図１】
2006010632.tif 000008
【図２】
2006010632.tif 000009