(57)【要約】【課題】ＰＣＢの開発初期段階において、設計概略情報を用いてＬＳＩ電源モデルを作成できるようにすることを目的とする。【解決手段】電源電圧に基づいてデータベースから単位ゲート回路の電流波形を選択し、電流波形とクロック周波数とから単位ゲート回路の平均電流値を算出し、集積回路の平均電流値の前記算出されたゲート回路の平均電流値に対する比を算出し、算出された比と前記単位ゲート回路の電流波形とからスイッチング電流モデルを作成することを特徴とする。【選択図】図１
2008225542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板の設計方法において、
電源電圧に基づいてデータベースから単位ゲート回路の電流波形を選択し、
該電流波形とクロック周波数とから単位ゲート回路の平均電流値を算出し、
集積回路の平均電流値の前記算出されたゲート回路の平均電流値に対する比を算出し、
該算出された比と前記単位ゲート回路の電流波形とからスイッチング電流モデルを作成することを特徴とするプリント基板の設計方法。
【請求項２】
プリント基板の設計方法において、
電源電圧に基づいてデータベースから単位ゲート回路の電流波形を選択し、
該電流波形とクロック周波数とから単位ゲート回路の平均電流値を算出し、
集積回路の平均電流値の前記算出されたゲート回路の平均電流値に対する比を算出し、
該算出された比と前記単位ゲート回路の電流波形とから一次スイッチング電流モデルを導出し、
ＬＳＩ電源モデルの等価アドミタンスと電源分配回路のモデルを用いた回路シミュレーションにより計算されるＬＳＩ電源端子の電源電流スペクトラムと、測定電源電流スペクトラムの値が最大になる周波数の電流値と、前記ＬＳＩ電源端子の電源電流スペクトラムの最大値と、から補正係数を算出し、
該算出された補正係数と、前記一次スイッチング電流モデルとからスイッチング電流モデルを作成することを特徴とするプリント基板の設計方法。
【請求項３】
電源電圧に基づいてデータベースから単位ゲート回路の電流波形を選択する処理と、
該電流波形とクロック周波数とから単位ゲート回路の平均電流値を算出する処理と、
集積回路の平均電流値の前記算出されたゲート回路の平均電流値に対する比を算出する処理と、
該算出された比と前記単位ゲート回路の電流波形とからスイッチング電流モデルを作成する処理とを有することを特徴とするプリント基板の設計プログラム。
【請求項４】
電源電圧に基づいてデータベースから単位ゲート回路の電流波形を選択する処理と、
該電流波形とクロック周波数とから単位ゲート回路の平均電流値を算出する処理と、
集積回路の平均電流値の前記算出されたゲート回路の平均電流値に対する比を算出する処理と、
該算出された比と前記単位ゲート回路の電流波形とから一次スイッチング電流モデルを導出する処理と、
ＬＳＩ電源モデルの等価アドミタンスと電源分配回路のモデルを用いた回路シミュレーションにより計算されるＬＳＩ電源端子の電源電流スペクトラムと、測定電源電流スペクトラムの値が最大になる周波数の電流値と、前記ＬＳＩ電源端子の電源電流スペクトラムの最大値と、から補正係数を算出する処理と、
該算出された補正係数と、前記一次スイッチング電流モデルとからスイッチング電流モデルを作成する処理とを有することを特徴とするプリント基板の設計プログラム。
【請求項５】
電源電圧に基づいてデータベースから単位ゲート回路の電流波形を選択する手段と、
該電流波形とクロック周波数とから単位ゲート回路の平均電流値を算出する手段と、
集積回路の平均電流値の前記算出されたゲート回路の平均電流値に対する比を算出する手段と、
該算出された比と前記単位ゲート回路の電流波形とからスイッチング電流モデルを作成する手段とを有することを特徴とするプリント基板の設計装置。
【請求項６】
電源電圧に基づいてデータベースから単位ゲート回路の電流波形を選択する手段と、
該電流波形とクロック周波数とから単位ゲート回路の平均電流値を算出する手段と、
集積回路の平均電流値の前記算出されたゲート回路の平均電流値に対する比を算出する手段と、
該算出された比と前記単位ゲート回路の電流波形とから一次スイッチング電流モデルを導出する手段と、
ＬＳＩ電源モデルの等価アドミタンスと電源分配回路のモデルを用いた回路シミュレーションにより計算されるＬＳＩ電源端子の電源電流スペクトラムと、測定電源電流スペクトラムの値が最大になる周波数の電流値と、前記ＬＳＩ電源端子の電源電流スペクトラムの最大値と、から補正係数を算出する手段と、
該算出された補正係数と、前記一次スイッチング電流モデルとからスイッチング電流モデルを作成する手段とを有することを特徴とするプリント基板の設計装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板の設計方法、設計プログラム及び設計装置に関し、特に、入手困難なＬＳＩ個別の詳細設計情報である全回路接続情報を必要としないプリント基板の設計方法、設計プログラム及び設計装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に搭載されるＰＣＢ（Printed Circuit Board）の設計段階において、ＥＭＩ（不要電磁放射）やＰＣＢ電源系の電圧変動などの電源ノイズシミュレーション（回路解析）にＬＳＩ（Large Scale Integration）電源モデルが用いられる。
【０００３】
このＬＳＩ電源モデルは、図６(ａ)のように、ＬＳＩ電源端子間にアクティブな素子である動作部１１（図６(ｂ)においては電流源の記述）に、パッシブな素子である等価アドミタンス１２が並列に接続されている構造が一般的である。回路解析においては、図６(ｂ)のように、ＬＳＩ電源モデル１３を異なる二つの電源端子（図６(ｂ)における１５、１６）間の電源分配回路１４に接続して使用する。
【０００４】
この電源分配回路には、ＰＣＢ上の配線、パッケージ（以下、ＰＫＧと表記する）、デカップリングコンデンサ、ヴィア、ＬＳＩチップ内電源配線等が含まれる。
【０００５】
従来のＬＳＩ電源モデル作成方法の一例が、特許文献１に記載されている。
【０００６】
図７に示すように、この従来のＬＳＩ電源モデル作成方法は、ＬＳＩの全回路接続情報から、モデル等価回路の容量値、トランジスタ寸法などの各パラメータを導出する手段から構成される。この等価回路を用いて、図６(ａ)に示すようなＬＳＩ電源モデルのスイッチング電流を表すモデルを作成することができる。
【０００７】
また、特許文献２には、シミュレーションの実行によってＬＳＩの電源電流の波形を解析し、ノイズ量が多いブロックまたはインスタンスを抽出し、ブロックまたはインスタンスに対して、設計段階に応じて、電源ノイズ削減処理を行い、再度解析を行い、ノイズ量が所定の値より小さくなるまで解析し、インスタンスの抽出と電源ノイズ削減処理を繰り返すＬＳＩの設計支援方法が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、基本回路ブロックの等価回路となる電源モデル、電源モデルの素子のパラメータ値を算出するために予めパラメータ値が設定された基本ゲート回路、基本回路ブロックと基本ゲート回路の対応表、および基本回路ブロックの種類毎に異なる素子構成の情報を格納し、半導体集積回路に含まれる基本回路ブロックの種類の情報を含む回路情報が入力されると、基本回路ブロックに対応する基本ゲート回路を対応表から選択し、基本回路ブロックの電流波形である実電流波形と基本ゲート回路の電流波形であるモデル電流波形を求め、実電流波形とモデル電流波形との比の値を算出し、基本ゲート回路の素子のパラメータ値と比の値とに応じて電源モデルの素子のパラメータ値を求める技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２２２５７３号公報
【特許文献２】特開２００５−１９６８０２号公報
【特許文献３】特開２００５−２６７１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の技術では、ＰＣＢの設計段階では入手困難なＬＳＩ個別の詳細設計情報である全回路接続情報を必要としていた。
【００１０】
そこで、本発明は、ＰＣＢの開発初期段階において、設計概略情報を用いてＬＳＩ電源モデルを作成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、電源電圧に基づいてデータベースから単位ゲート回路の電流波形を選択し、該電流波形とクロック周波数とから単位ゲート回路の平均電流値を算出し、集積回路の平均電流値の前記算出されたゲート回路の平均電流値に対する比を算出し、該算出された比と前記単位ゲート回路の電流波形とからスイッチング電流モデルを作成することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、電源電圧に基づいてデータベースから単位ゲート回路の電流波形を選択し、該電流波形とクロック周波数とから単位ゲート回路の平均電流値を算出し、集積回路の平均電流値の前記算出されたゲート回路の平均電流値に対する比を算出し、該算出された比と前記単位ゲート回路の電流波形とから一次スイッチング電流モデルを導出し、ＬＳＩ電源モデルの等価アドミタンスと電源分配回路のモデルを用いた回路シミュレーションにより計算されるＬＳＩ電源端子の電源電流スペクトラムと、測定電源電流スペクトラムの値が最大になる周波数の電流値と、前記ＬＳＩ電源端子の電源電流スペクトラムの最大値と、から補正係数を算出し、該算出された補正係数と、前記一次スイッチング電流モデルとからスイッチング電流モデルを作成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、電源電圧に基づいてデータベースから単位ゲート回路の電流波形を選択する処理と、該電流波形とクロック周波数とから単位ゲート回路の平均電流値を算出する処理と、集積回路の平均電流値の前記算出されたゲート回路の平均電流値に対する比を算出する処理と、該算出された比と前記単位ゲート回路の電流波形とからスイッチング電流モデルを作成する処理とを有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、電源電圧に基づいてデータベースから単位ゲート回路の電流波形を選択する処理と、該電流波形とクロック周波数とから単位ゲート回路の平均電流値を算出する処理と、集積回路の平均電流値の前記算出されたゲート回路の平均電流値に対する比を算出する処理と、該算出された比と前記単位ゲート回路の電流波形とから一次スイッチング電流モデルを導出する処理と、ＬＳＩ電源モデルの等価アドミタンスと電源分配回路のモデルを用いた回路シミュレーションにより計算されるＬＳＩ電源端子の電源電流スペクトラムと、測定電源電流スペクトラムの値が最大になる周波数の電流値と、前記ＬＳＩ電源端子の電源電流スペクトラムの最大値と、から補正係数を算出する処理と、該算出された補正係数と、前記一次スイッチング電流モデルとからスイッチング電流モデルを作成する処理とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、電源電圧に基づいてデータベースから単位ゲート回路の電流波形を選択する手段と、該電流波形とクロック周波数とから単位ゲート回路の平均電流値を算出する手段と、集積回路の平均電流値の前記算出されたゲート回路の平均電流値に対する比を算出する手段と、該算出された比と前記単位ゲート回路の電流波形とからスイッチング電流モデルを作成する手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、電源電圧に基づいてデータベースから単位ゲート回路の電流波形を選択する手段と、該電流波形とクロック周波数とから単位ゲート回路の平均電流値を算出する手段と、集積回路の平均電流値の前記算出されたゲート回路の平均電流値に対する比を算出する手段と、該算出された比と前記単位ゲート回路の電流波形とから一次スイッチング電流モデルを導出する手段と、ＬＳＩ電源モデルの等価アドミタンスと電源分配回路のモデルを用いた回路シミュレーションにより計算されるＬＳＩ電源端子の電源電流スペクトラムと、測定電源電流スペクトラムの値が最大になる周波数の電流値と、前記ＬＳＩ電源端子の電源電流スペクトラムの最大値と、から補正係数を算出する手段と、
該算出された補正係数と、前記一次スイッチング電流モデルとからスイッチング電流モデルを作成する手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＰＣＢの設計段階において、ＬＳＩ個別の電源電圧、見積平均電流値、動作クロック周波数といった設計概略情報とＬＳＩ共通のデータベースとしての単位ゲート回路のスイッチング動作電源電流波形とから電源ノイズシミュレーションに用いるＬＳＩ電源モデルが作成できる。
【００１８】
その理由は、ＰＣＢの設計情報であるＬＳＩ個別の設計概略情報とＬＳＩ共通のデータベースとからＬＳＩ電源モデルのスイッチング電流モデルを作成できるためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態において利用されるＬＳＩ電源モデル作成装置の構成を示すブロック図である。
【００２１】
ＬＳＩ電源モデル作成装置７０は、設計対象となるＬＳＩの概略設計情報を入力する入力装置７０１と、ＬＳＩ単位ゲートの電源電流波形情報を蓄積しているＬＳＩデータベース７０２と、後記するＬＳＩ電源モデル作成処理を実行するＬＳＩ電源モデル作成処理プログラムが格納されている記憶装置７０３と、入力装置７０１から入力されたＬＳＩの概略設計情報及びＬＳＩデータベース７０２に蓄積されている情報に基づいて、記憶装置７０３からＬＳＩ電源モデル作成処理プログラムを読み出してＬＳＩ電源モデル作成処理を実行する処理装置７００と、作成したＬＳＩ電源モデル情報を出力する出力装置７０４とを有している。
【００２２】
［第１の実施形態］
図２は、本発明の第１の実施形態の概略を示す図である。本実施の形態のＬＳＩ電源モデル作成処理を実現する手段の構成、処理の順序及び関連情報を説明するブロック図である。
【００２３】
本実施の形態では、ＬＳＩ電源モデル作成処理を実現するために、ＬＳＩ入力情報１０１として、ＰＣＢ設計におけるＬＳＩ概略情報である電源電圧ＶＬ、消費電力又は平均電流Ｉａｖｅ、クロック周波数Ｆｃとがある（入力情報１０１）。また、ＬＳＩデータベース１０２として、電源電圧毎の単位ゲート回路のスイッチング動作時の電源電流波形ｉＧ（ｔ）がある（ＬＳＩデータベース１０２）。
【００２４】
ＬＳＩ入力情報とＬＳＩデータベースを用いて、電源電圧に基づいて、データベースから電流波形ｉＧ（ｔ）を選択する。そして、選択された電流波形ｉＧ（ｔ）とクロック周波数とから単位ゲート回路の平均電流値ＩＧａｖｅを算出し、ＬＳＩの平均電流値ＩＬａｖｅのＩＧａｖｅに対する電流比ＲＬを算出する（電流比算出手段１０３）。
【００２５】
電流比ＲＬと単位ゲート回路の電流波形ｉＧ（ｔ）から電源モデルｉＬ（ｔ）を導出し、ＬＳＩ電源モデルのスイッチング電流モデル１０５が作成できる（電源モデル導出手段１０４）。
【００２６】
［第２の実施形態］
本実施の形態は、ＬＳＩの電源電流スペクトラム情報が得られた場合の最良形態である。
【００２７】
図３は、本発明の第２の実施形態の概略を示す図である。本実施の形態のＬＳＩ電源モデル作成処理を実現する手段の構成、処理の順序及び関連情報を説明するブロック図である。
【００２８】
本実施の形態では、ＬＳＩ電源モデル作成処理を実現するために、第１の実施形態と同様に、入力情報２０１と、ＬＳＩデータベース２０２から電流波形ｉＧ（ｔ）を選択し、単位ゲート回路の平均電流値ＩＧａｖｅを算出し、ＬＳＩの平均電流値ＩＬａｖｅのＩＧａｖｅに対する電流比ＲＬを算出する（電流比算出手段２０３）。
【００２９】
電流比ＲＬと単位ゲート回路の電流波形ｉＧ（ｔ）から１次電源モデルとして電源モデルｉＬ１（ｔ）を導出する。そして、ＬＳＩ電源モデルの等価アドミタンスと電源分配回路のモデルを用いた回路シミュレーションにより計算されるＬＳＩ電源端子の電源電流スペクトラムｉＬ１（ｆ）と入力情報の測定電源電流スペクトラムｉＬｍ（ｆ）の値が最大になる周波数の電流値ｉＬｍ（ｆｍａｘ）とｉＬ１（ｆｍａｘ）から補正係数Ｒｍを算出する（補正係数算出手段２０４）。
【００３０】
補正係数Ｒｍと１次電源モデルｉＬ１（ｔ）とから電源モデルｉＬ（ｔ）を導出し、ＬＳＩ電源モデルのスイッチング電流モデル２０６が作成できる（電源モデル導出手段２０５）。
【００３１】
［実施例］
次に、具体的な実施例を用いて本発明を実施するための最良の形態の動作を説明する。
【００３２】
図４は、本発明の第１の実施形態に対応するＬＳＩ電源モデル作成処理手順を示す図である。
【００３３】
電源電流波形選択手段３０１において、入力情報の電源電圧２．５Ｖに基づき、データベースより対応する単位ゲート回路の電源電流波形ｉＧ（ｔ）を選択する。ｉＧ（ｔ）は、入力信号（クロック信号）の立ち上がり側の波形ｉＧｒｉｓｅ（ｔ）とたち下がり側の波形ｉＧｆａｌｌ（ｔ）から構成されている。
【００３４】
ｉＧｒｉｓｅ（ｔ）＝０．０ｎｓ    ０．０ｍＡ
０．１ｎｓ    ０．０ｍＡ
０．５ｎｓ    ７．５ｍＡ
０．７ｎｓ  ２０．５ｍＡ
０．９ｎｓ    ０．０ｍＡ
ｉＧｆａｌｌ（ｔ）＝０．０ｎｓ    ０．０ｍＡ
０．２ｎｓ    ０．０ｍＡ
０．５ｎｓ  １０．５ｍＡ
０．６ｎｓ  ２０．５ｍＡ
０．８ｎｓ    ０．０ｍＡ
次に、平均電流値計算手段３０２において、入力情報のクロック周波数２４ＭＨｚと電流波形ｉＧ（ｔ）の時間積分値から単位ゲート回路の平均電流ＩＧａｖｅを計算する。
【００３５】
ＩＧａｖｅ＝（ｉＧｒｉｓｅ（ｔ）の積分値＋ｉＧｆａｌｌ（ｔ）の積分値）×２４ｅ＋６
＝（６．３５０ｅ−１２ ＋ ５．１７５ｅ−１２）×２．４ｅ＋７
＝０．２７６６ｍＡ
電流比算出、モデル導出手段３０３において、前記ＩＧａｖｅと入力情報のＬＳＩ平均電流値１８７ｍＡから電流比ＲＬが
ＲＬ＝１８７÷０．２７６６＝６７６
と計算され、単位ゲートの電源電流波形ｉＧ（ｔ）と電流比ＲＬからＬＳＩ電源モデルの電流モデルｉＬ（ｔ）が以下のように導出される。
【００３６】
ｉＬ（ｔ）＝  ０．０ｎｓ  ０．００Ａ
０．１ｎｓ  ０．００Ａ
０．５ｎｓ  ５．０７Ａ
０．７ｎｓ  １３．８６Ａ
０．９ｎｓ  ０．００Ａ
２０．８ｎｓ  ０．００Ａ
２１．０ｎｓ  ０．００Ａ
２１．３ｎｓ  ７．１０Ａ
２１．４ｎｓ  １３．８６Ａ
２１．６ｎｓ    ０．００Ａ
４１．６ｎｓ    ０．００Ａ
図５は、本発明の第２の実施形態に対応するＬＳＩ電源モデル作成処理手順を示す図である。
【００３７】
電源モデルを用いた回路シミュレーション手段４０１において、１次モデルによる電源電流スペクトラム計算結果ｉＬ１（ｆ）が得られ、測定電源電流スペクトラム４０２では、４８ＭＨｚにおいて電流値が最大になっている。
【００３８】
次に、補正係数算出手段４０３において、４８ＭＨｚにおける測定値ｉＬｍ（４８ＭＨｚ）４ｍＡとシミュレーション値ｉＬ１（４８ＭＨｚ）３．２ｍＡから補正係数Ｒｍ＝０．８と計算される。
【００３９】
最後に、単位ゲートの電源電流波形ｉＧ（ｔ）と前記補正係数と１次電源モデルからＬＳＩ電源モデルの電流モデルｉＬ（ｔ）が以下のように導出される
ｉＬ（ｔ）＝  ０．０ｎｓ    ０．００Ａ
０．１ｎｓ    ０．００Ａ
０．５ｎｓ    ４．０６Ａ
０．７ｎｓ  １１．０９Ａ
０．９ｎｓ    ０．００Ａ
２０．８ｎｓ    ０．００Ａ
２１．０ｎｓ    ０．００Ａ
２１．３ｎｓ    ５．６８Ａ
２１．４ｎｓ  １１．０９Ａ
２１．６ｎｓ    ０．００Ａ
４１．６ｎｓ    ０．００Ａ
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、ＰＣＢ設計の初期段階におけるＬＳＩ電源モデルを用いた電源ノイズシミュレーションといった用途に適用できる。また、ＰＣＢの設計が進んだ段階では、測定データを用いて補正した高精度なＬＳＩ電源モデルを用いた電源ノイズシミュレーションといった用途にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態において利用されるＬＳＩ電源モデル作成装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の概略を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の概略を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に対応するＬＳＩ電源モデル作成処理手順を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に対応するＬＳＩ電源モデル作成処理手順を示す図である。
【図６】従来技術を示す図である
【図７】従来技術を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０１、２０１  ＬＳＩ入力情報
１０２、２０２  ＬＳＩデータベース
１０３、２０３  電流比算出手段
１０４、２０５  モデル導出手段
１０５、２０６  ＬＳＩ電源モデル
２０４  補正係数算出手段
３０１  電源電流波形選択手段
３０２  平均電流値算出手段
３０３  ＬＳＩ電源モデル導出手段
４０１  ＬＳＩ電源電流スペクトラム計算手段
４０２  ＬＳＩ電源電流スペクトラム測定データ
４０３  補正係数算出手段
４０４  モデル導出手段
１１  電流記述モデル
１２  並列アドミタンス
１３  ＬＳＩチップ電源モデル
１４  電源分配回路
１５  電源端子
１６  グラウンド端子
【図１】
2008225542.tif 000003
【図２】
2008225542.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008225542.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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