(57)【要約】【課題】信号線または電源線の少なくとも一つが層間をまたぐ回路基板において、ノイズ問題を引き起こす箇所を効率的に解析するようなシミュレーション装置を提供する。【解決手段】シミュレーション装置は、基板設計データに基づき、前記回路基板に対して解析モデルを作成するためのモデル作成部３２１と、解析モデルに対して電磁界解析を実行するための解析部３２２と、電磁界解析の解析結果３９０から、信号線または電源線の第１のビアに流れる第１の電流および、所定の第２のビアに流れる第２の電流を求め、前記第１の電流と前記第２の電流とを比較して、リターン電流の迂回およびクロストークの発生箇所を抽出するための解析結果評価部３３０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号線または電源線の少なくとも一つが層間を跨ぐ回路基板において、予め設定されているノイズ源となる前記信号線または前記電源線の第１のビアの電流と、前記第１のビアの電流に対応して所定の第２のビアを流れる電流とについて解析処理を行なうシミュレーション装置であって、
基板設計データに基づき、前記回路基板に対して解析モデルを作成するためのモデル作成手段と、
前記解析モデルに対して電磁界解析を実行するための電磁界解析手段と、
前記電磁界解析の結果から、前記第１のビアに流れる第１の電流および前記第２のビアに流れる第２の電流を求めるための電流算出手段と、
前記第１の電流と前記第２の電流とを比較して、前記第１のビアの電流と、前記第１のビアの電流に対応して前記第２のビアを流れる電流とについて解析するための解析結果評価手段とを備える、シミュレーション装置。
【請求項２】
前記第２のビアは、前記第１のビアを中心として所定の半径以内に存在する少なくとも１つのビアであり、
前記電流算出手段は、前記第２のビアに流れる電流の総和を前記第２の電流として求める、請求項１記載のシミュレーション装置。
【請求項３】
前記解析結果評価手段は、前記第１の電流の過渡応答値および前記第２の電流の過渡応答値を比較する、請求項２記載のシミュレーション装置。
【請求項４】
前記解析結果評価手段は、前記第１の電流の過渡応答値の絶対値に対して前記第２の電流の過渡応答値の絶対値が所定の比率以下であり、かつ前記第１の電流および前記第２の電流の極性が反転しているとの判断に応じて、前記第１のビアを、前記第１のビアに対応するリターン電流迂回発生箇所として特定する、請求項３記載のシミュレーション装置。
【請求項５】
前記解析結果評価手段は、前記第１の電流および前記第２の電流の周波数応答により前記第１の電流および前記第２の電流を比較する、請求項２記載のシミュレーション装置。
【請求項６】
前記解析結果評価手段は、前記第１の電流の振幅幅に対して前記第２の電流の振幅幅が所定の比率以下であり、かつ前記第１の電流および前記第２の電流の位相差が所定の範囲内であるとの判断に応じて、前記第１のビアを、前記第１のビアに対応するリターン電流迂回発生箇所として特定する、請求項５記載のシミュレーション装置。
【請求項７】
前記解析結果評価手段は、前記第１の電流の過渡応答値および前記第２の電流の過渡応答値を比較する、請求項１記載のシミュレーション装置。
【請求項８】
前記解析結果評価手段は、前記第１の電流の過渡応答値の絶対値に対して前記第２の電流の過渡応答値の絶対値が所定の比率以上であるとの判断に応じて、前記第２のビアをクロストーク発生箇所として特定する、請求項７記載のシミュレーション装置。
【請求項９】
前記解析結果評価手段は、前記第１の電流および前記第２の電流の周波数応答により前記第１の電流および前記第２の電流を比較する、請求項１記載のシミュレーション装置。
【請求項１０】
前記解析結果評価手段は、前記第１の電流の振幅幅に対して前記第２の電流の振幅幅が所定の比率以上であるとの判断に応じて、前記第２のビアをクロストーク発生箇所として特定する、請求項９記載のシミュレーション装置。
【請求項１１】
前記電磁界解析を実行するための手段は、有限時間差分領域法により電磁界解析を実行する、請求項１記載のシミュレーション装置。
【請求項１２】
演算部を有するコンピュータに、信号線または電源線の少なくとも一つが層間を跨ぐ回路基板において、予め設定されているノイズ源となる前記信号線または前記電源線の第１のビアの電流と、前記第１のビアの電流に対応して所定の第２のビアを流れる電流とについて解析処理を実行させるためのシミュレーションプログラムであって、
前記演算部が、基板設計データに基づき、前記回路基板に対して解析モデルを作成するステップと、
前記演算部が、前記解析モデルに対して電磁界解析を実行するステップと、
前記演算部が、前記電磁界解析の結果から、前記第１のビアに流れる第１の電流および前記第２のビアに流れる第２の電流を求めるステップと、
前記演算部が、前記第１の電流と前記第２の電流とを比較して、前記第１のビアの電流と、前記第１のビアの電流に対応して前記第２のビアを流れる電流とについて解析するステップとを備える、シミュレーションプログラム。
【請求項１３】
請求項１２記載のシミュレーションプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１４】
信号線または電源線の少なくとも一つが層間を跨ぐ回路基板において、予め設定されているノイズ源となる前記信号線または前記電源線の第１のビアの電流と、前記第１のビアの電流に対応して所定の第２のビアを流れる電流とについて解析するシミュレーション方法であって、
基板設計データに基づき、前記回路基板に対して解析モデルを作成するステップと、
前記解析モデルに対して電磁界解析を実行するステップと、
前記電磁界解析の結果から、前記第１のビアに流れる第１の電流および前記第２のビアに流れる第２の電流を求めるステップと、
前記第１の電流と前記第２の電流とを比較して、前記第１のビアの電流と、前記第１のビアの電流に対応して前記第２のビアを流れる電流とについて解析するステップとを備える、シミュレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層プリント基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のデジタル機器動作周波数の高速化に伴い、不要輻射、電源品質及び信号品質低下による機器の誤動作等のノイズ問題が顕在化している。これは、動作周波数の高速化に伴って、プリント基板をはじめとした伝送路の３次元形状による電磁気的影響が増大したためである。
【０００３】
ノイズ問題の要因の一つに、高速な信号線及び／または電源線を流れる電流の帰還電流（以下、「リターン電流」と呼ぶ）の経路が十分に確保されず、不要輻射やクロストークを生じるという問題がある。
【０００４】
上記リターン電流経路の確保を目的として、これまでにプリント基板およびその設計装置として様々な発明がなされてきた。たとえば、特許文献１には、信号線の直下または直上に設けた電源または接地層をリターン電流の経路とするための設計装置に関する発明が開示されている。
【０００５】
図１０は、特許文献１に係る設計装置によって設計される４層配線基板５０の構造例を示す図である。図１１は、４層配線基板５０の内部構造例を示す図である。図１０および図１１を参照して、特許文献１に係るリターン電流の経路について説明する。
【０００６】
図１０に示すように４層配線基板５０は、信号層５１と、接地層（グランド）５２と、電源層５３と信号層５４とを有する。４層配線基板５０上には、信号源の一例となる送信用ＩＣ（Integrated Circuit）５６が実装され、同基板上に負荷回路の一例となる受信用ＩＣ５７が実装される。送信用ＩＣ５６は出力端子１３及びグランド端子１４に接続され、受信用ＩＣ５７は入力端子１５及びグランド端子１６に接続される。この出力端子１３と入力端子１５との間は信号層５１を成す信号線５５により接続される。さらに、この例では、グランド端子１４およびグランド端子１６は接地層５２に接続される。
【０００７】
図１１は、図１０の破線で囲んだ領域Ｉの内部構造を示しており、各層間はプリプレグ樹脂等の絶縁物（誘電体）により絶縁されている。これらの各層には、コンタクトホール（開口部）１７及び１８が設けられ、接地層５２、電源層５３との絶縁を保持して貫通し、上部及び下部間の信号層５１及び５４を接続する際に使用される。
【０００８】
信号線５５に電流が流れると、接地層５２には、図中破線で示すようなリターン電流パス５９が誘導される。このようにリターン電流パス５９は、送信用ＩＣ５６から受信用ＩＣ５７に至る往路及び、受信用ＩＣ５７から送信用ＩＣ５６に戻る復路である信号（電流）ループを最小とするように、送信用ＩＣ５６の出力端子１３と受信用ＩＣ５７の入力端子１５との間の信号層５１における信号線５５の直下の位置に誘導される。
【０００９】
上記のように特許文献１に開示されている発明は、信号線が単層で配線される場合においては有効であるが、信号線が層を跨ぐ際のリターン電流の経路については考慮されていない。
【００１０】
一方、特許文献２では、信号線が層を跨ぐ際のリターン電流の経路を確保するためのプリント基板配線構造に関する技術が開示されている。特許文献２に開示の技術によれば、信号線及び／または電源線が層を跨ぐ際に層間を接続するスルーホールの近傍に、グランド層同士を接続するスルーホールを配置することにより、層を跨ぐ際のリターン電流の経路を確保する。
【００１１】
次に、本発明の中核をなす、プリント基板を対象とした３次元電磁界解析の背景技術について述べる。プリント基板を対象とした３次元電磁界解析は、プリント基板の構造に起因する電磁気的影響を詳細に解析できる。このため、ノイズ問題のメカニズムを明らかにする上で非常に有効であるが、多層プリント基板の様に微細な構造を対象とした場合、演算に要する時間が膨大となるという問題があった。
【００１２】
ところが、近年の電子計算機の機能向上と３次元電磁界解析の並列処理化により、多層プリント基板を対象とした３次元電磁界解析の実例が報告されている。一例として非特許文献１では、複数台のコンピュータを用いてＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain）法による電磁界解析と回路解析の並列処理を行ない、プリント基板上のノイズ問題を対策した事例について述べられている。
【特許文献１】特開２００４−２５２７４３号公報
【特許文献２】特開平１１−３３０７０３号公報
【非特許文献１】日経ＢＰ社刊、日経エレクトロニクス、２００５年１月３１日号、ｐ．１１７〜１３０
【非特許文献２】宇野亨著、「ＦＤＴＤ法による電磁界およびアンテナ解析」、コロナ社、第１版、１９９８年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
多層プリント基板では、各導体層間を電気的に接続する構造として、ビア構造が用いられている。ビア構造は、導体層間ごとに任意にビアを配置することが可能なため、特許文献２で記載されているスルーホール構造の多層プリント基板と比べ、配線密度を高めることが可能となる。
【００１４】
図１２は、多層プリント基板の内層の一例である配線層を抽出した図である。
図１２を参照して、ビア構造を用いた多層プリント基板において、信号線及び／または電源線のビアを第１のビアとした場合を考える。この場合に、第１のビアに対するリターン電流の経路が適正に配置されているかを、第１のビアとグランド等のリターン経路として働くビアとの距離で判断する際に生じる問題について説明する。
【００１５】
図１２に示すように、配線層９００は、隣接する上下の配線層と接続される信号線及び／または電源線のビア（以下、「第１のビア」と呼ぶ）９０２を含む。信号のリターン電流経路が誘導されるグランド９１０は、信号線群９３０の配線上の制約により、グランドビア９１２で直上の配線層のグランドと電気的に接続される。また、同様に、グランドビア９１４でも直下の配線層のグランドと電気的に接続される。
【００１６】
第１のビア９０２に直上の配線層から直下の配線層に向けて電流が流れ、そのリターン電流が直上のグランドよりグランドビア９１２を通って配線層９００に流れる場合について説明する。この場合、リターン電流は、第１のビア９０２の近傍のグランドビア９１２を通る。そして、配線上の制約によりグランドビア９１２から矢印９４０に示す経路を経て、グランドビア９１４を通って直下の配線層へ流れると考えられる。図１１で示した構造例では、最小のループエリアを通ってリターン電流パスが誘導されるが、このように配線層９００では、最小のループエリアを通って帰還するグランドが、配線上の制約により確保されておらず、リターン電流は矢印９４０に示すように大きく迂回する。このため、迂回したリターン電流による磁界中に存在する他の信号線（たとえば、信号線群９３０）に誘導電流が流れ、その誘導電流による磁界により別な信号線にさらなる誘導電流が発生する。つまり、リターン電流の迂回は、クロストークや信号の反射などのノイズ問題を引き起こす。
【００１７】
このように、リターン電流の経路は、第１のビアと、第１のビアを流れる電流に対するリターン電流の経路となるビアとの距離を比較するだけでは十分とは言えず、配線層におけるリターン電流の経路となるグランド等の配線構造も考慮する必要がある。
【００１８】
しかしながら、実際のビア構造による多層プリント基板では配線形状の複雑さが多層にわたるため、配線構造の幾何情報に基づき、多層プリント基板における信号線及び／または電源線が層間を跨ぐ際のリターン電流の迂回と、他の信号線及び／または電源線へのクロストークが発生する箇所を抽出することは困難であった。
【００１９】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、ノイズ問題を引き起こす箇所を効率的に解析するようなシミュレーション装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一つの局面に従えば、信号線または電源線の少なくとも一つが層間を跨ぐ回路基板において、予め設定されているノイズ源となる信号線または電源線の第１のビアの電流と、前記第１のビアの電流に対応して所定の第２のビアを流れる電流とについて解析処理を行なうシミュレーション装置であって、基板設計データに基づき、回路基板に対して解析モデルを作成するためのモデル作成手段と、解析モデルに対して電磁界解析を実行するための電磁界解析手段と、電磁界解析の結果から、第１のビアに流れる第１の電流および第２のビアに流れる第２の電流を求めるための電流算出手段と、第１の電流と第２の電流とを比較して、第１のビアの電流と、前記第１のビアの電流に対応して第２のビアを流れる電流とについて解析するための解析結果評価手段とを備える。
【００２１】
好ましくは、第２のビアは、第１のビアを中心として所定の半径以内に存在する少なくとも１つのビアであり、電流算出手段は、第２のビアに流れる電流の総和を第２の電流として求める。
【００２２】
好ましくは、解析結果評価手段は、第１の電流の過渡応答値および第２の電流の過渡応答値を比較する。
【００２３】
好ましくは、解析結果評価手段は、第１の電流の過渡応答値の絶対値に対して第２の電流の過渡応答値の絶対値が所定の比率以下であり、かつ第１の電流および第２の電流の極性が反転しているとの判断に応じて、第１のビアを、第１のビアに対応するリターン電流迂回発生箇所として特定する。
【００２４】
好ましくは、解析結果評価手段は、第１の電流および第２の電流の周波数応答により第１の電流および第２の電流を比較する。
【００２５】
好ましくは、解析結果評価手段は、第１の電流の振幅幅に対して第２の電流の振幅幅が所定の比率以下であり、かつ第１の電流および第２の電流の位相差が所定の範囲内であるとの判断に応じて、第２のビアをリターン電流迂回の発生箇所として特定する。
【００２６】
好ましくは、解析結果評価手段は、第１の電流の過渡応答値および第２の電流の過渡応答値を比較する。
【００２７】
好ましくは、解析結果評価手段は、第１の電流の過渡応答値の絶対値に対して第２の電流の過渡応答値の絶対値が所定の比率以上であるとの判断に応じて、第２のビアをクロストーク発生箇所として特定する。
【００２８】
好ましくは、解析結果評価手段は、第１の電流および第２の電流の周波数応答により第１の電流および第２の電流を比較する。
【００２９】
好ましくは、解析結果評価手段は、第１の電流の振幅幅に対して第２の電流の振幅幅が所定の比率以上であるとの判断に応じて、第２のビアをクロストーク発生箇所として特定する。
【００３０】
好ましくは、電磁界解析を実行するための手段は、有限時間差分領域法により電磁界解析を実行する。
【００３１】
本発明の他の局面に従うと、演算部を有するコンピュータに、信号線または電源線の少なくとも一つが層間を跨ぐ回路基板において、予め設定されているノイズ源となる信号線または電源線の第１のビアの電流と、前記第１のビアの電流に対応して所定の第２のビアを流れる電流とについて解析処理を実行させるためのシミュレーションプログラムであって、演算部が、基板設計データに基づき、回路基板に対して解析モデルを作成するステップと、演算部が、解析モデルに対して電磁界解析を実行するステップと、演算部が、電磁界解析の結果から、第１のビアに流れる第１の電流および第２のビアに流れる第２の電流を求めるステップと、演算部が、第１の電流と第２の電流とを比較して、第１のビアの電流と、前記第１のビアの電流に対応して第２のビアを流れる電流とについて解析するステップとを備える。
【００３２】
本発明のさらに他の局面に従うと、上記シミュレーションプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。
【００３３】
本発明のさらに他の局面に従うと、信号線または電源線の少なくとも一つが層間を跨ぐ回路基板において、予め設定されているノイズ源となる信号線または電源線の第１のビアの電流と、前記第１のビアの電流に対応して所定の第２のビアを流れる電流とについて解析するシミュレーション方法であって、基板設計データに基づき、回路基板に対して解析モデルを作成するステップと、解析モデルに対して電磁界解析を実行するステップと、電磁界解析の結果から、第１のビアに流れる第１の電流および第２のビアに流れる第２の電流を求めるステップと、第１の電流と第２の電流とを比較して、第１のビアの電流と、前記第１のビアの電流に対応して第２のビアを流れる電流とについて解析するステップとを備える。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、ノイズ問題を引き起こす箇所を効率的に解析することができる。これにより、ノイズの少ない高品質の電子回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについては詳細な説明は繰り返さない。
【００３６】
本実施の形態に係るシミュレーション装置によれば、信号線または電源線の少なくとも１つが層間を跨ぐ回路基板を設計する際に、電磁界解析によって各ビアを流れる電流を算出する。そして、所定のビアを流れる電流値を比較することでリターン電流の迂回およびクロストークの発生箇所を特定する。これにより、実際に試用品を作成しなくても、ノイズの少ない高品質の電子回路を提供することができる。
【００３７】
図１は、本発明に係るシミュレーション装置１００の構成をブロック図形式で示す図である。
【００３８】
図１を参照して、シミュレーション装置１００の構成について説明する。
シミュレーション装置１００は、コンピュータ本体１０２と、コンピュータ本体１０２とバス１０５を介して接続される、フレキシブルディスク（Flexible Disk、以下「ＦＤ」と呼ぶ）１１６に情報を読み書きするためのＦＤドライブ１０６と、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read-Only Memory）１１８等の光ディスク上の情報を読み込むための光ディスクドライブ１０８と、外部とデータの授受を行なうための通信インターフェイス１２８と、表示装置としてのモニタ１０４と、入力装置としてのキーボード１１０およびマウス１１２とを備える。コンピュータ本体１０２は、バス１０５に接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）１２０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）を含むメモリ１２２と、直接アクセスメモリ装置、たとえば、ハードディスク１２４を含む。
【００３９】
ハードディスク１２４は、設計対象となるプリント基板の形状、基板を構成する媒質の誘電率等の物理的性質を表現するパラメータ等が格納された基板ＣＡＤデータ３５０と、回路基板上に配置される各部品に対応する等価回路モデルが格納されたモデルデータベース（以下、「モデルＤＢ」と呼ぶ）３６０と、電磁界解析を実行するプログラム１６０と、解析結果を評価するプログラム１６１と、解析するための条件が格納された解析条件３７０と、設計対象となるプリント基板の解析モデル３８０と、解析結果を格納するための解析結果３９０を含む。
【００４０】
ここで、たとえば、基板ＣＡＤデータ３５０、モデルＤＢ３６０、解析条件３７０については、通信インターフェイス１２８を介して、外部のデータベースから供給されてもよい。また、本発明に係るシミュレーションを行なうプログラムは、ＦＤ１１６、またはＣＤ−ＲＯＭ１１８等の記憶媒体によって供給されてもよいし、他のコンピュータにより通信回線を経由して供給されてもよい。また、電磁界解析は、通信インターフェイス１２８を介して、外部のコンピュータに実行させ、その結果をハードディスク１２４に格納させてもよい。
【００４１】
演算処理装置として機能するＣＰＵ１２０は、メモリ１２２をワーキングメモリとして、上述した各プログラムに対応した処理を実行する。
【００４２】
なお、ＣＤ−ＲＯＭ１１８は、コンピュータ本体に対してインストールされるプログラム等の情報を記録可能な媒体であれば、他の媒体、たとえば、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc）やメモリーカードなどでもよく、その場合は、コンピュータ本体１０２には、これらの媒体を読み取ることが可能なドライブ装置が設けられる。また、バス１０５には、カセット形式の磁気テープを着脱自在に装着してアクセスする磁気テープ装置が接続されていてもよい。
【００４３】
本発明に係るシミュレーションを行なうプログラムは、上述の通り、ＣＰＵ１２０により実行されるソフトウェアである。一般的に、こうしたソフトウェアは、ＣＤ−ＲＯＭ１１８、ＦＤ１１６等の記憶媒体に格納されて流通し、光ディスクドライブ１０８またはＦＤドライブ１０６等により記憶媒体から読み取られてハードディスク１２４に一旦格納される。または、シミュレーション装置１００がネットワークに接続されている場合には、ネットワーク上のサーバから一旦ハードディスク１２４にコピーされる。そうしてさらにハードディスク１２４からメモリ１２２中のＲＡＭに読み出されてＣＰＵ１２０により実行される。なお、ネットワーク接続されている場合には、ハードディスク１２４に格納することなくＲＡＭに直接ロードして実行するようにしてもよい。
【００４４】
図１に示したコンピュータのハードウェア自体およびその動作原理は一般的なものである。したがって、本発明の機能を実現するに当り本質的な部分は、ＦＤ１１６、ＣＤ−ＲＯＭ１１８、ハードディスク１２４等の記憶媒体に記憶されたソフトウェアである。
【００４５】
図２は、ＣＰＵ１２０の機能的構成を示すブロック図である。
図２を参照して、ＣＰＵ１２０の機能的構成を説明する。
【００４６】
ＣＰＵ１２０は、電磁界解析を実行するプログラム１６０に従い電磁界解析を行なう電磁界解析部３２０と、解析結果を評価するプログラム１６１に従い解析結果評価部３３０と、電磁界解析部３２０および解析結果評価部３３０の制御を行なう制御部３１０とから構成される。
【００４７】
電磁界解析部３２０は、設計対象の解析モデルを作成するモデル作成部３２１と、電磁界解析を実行する解析部３２２とを含む。
【００４８】
モデル作成部３２１は、基板ＣＡＤデータ３５０から、設計対象となるプリント基板の各構成要素の形状情報と電磁界解析に必要な、誘電率、透磁率、導電率の物性値を抽出し、解析条件３７０で与えられる条件に従って、多層プリント基板の解析モデルを作成する。たとえば、ＦＤＴＤ法を用いて電磁界解析を行なう場合は、対象となる多層プリント基板をセルと呼ばれる格子によって分割し、各セルに対し、満たされる物質に応じて物性値を与えた解析モデルを作成する。
【００４９】
多層プリント基板上に実装される回路素子の影響を含めて解析する場合は、基板ＣＡＤデータ３５０から該部品の種別を特定する情報を読み出し、その部品に対応した等価回路情報をモデルＤＢ３６０より読み出し、たとえば、非特許文献２で記載される電流源法または電圧源法に基づいた回路の解析モデルを作成する。なお、回路の解析モデルには、解析結果評価部３３０で使用されるビアの電流値を保存するためのビア位置情報を含む。ビア位置情報は、解析条件３７０で指定される信号のビアに対し、基板ＣＡＤデータ３５０における位置情報、解析モデル３８０における位置情報および信号情報を含む。
【００５０】
モデル作成部３２１は、作成した解析モデルをハードディスク１２４内の解析モデル３８０に書き込む。
【００５１】
解析部３２２は、解析モデル３８０を読み込み、解析条件３７０に従って解析を実行する。そして、解析した結果を解析結果３９０に書き込む。たとえば、ＦＤＴＤ法によって電磁界解析を行なう場合、解析条件３７０には格子セルの寸法、ＦＤＴＤ解析のタイムステップ等が含まれる。以下の説明では、ＦＤＴＤ法によって電磁界解析を行なうとして説明するが、他の方法で電磁界解析を行なってもよい。
【００５２】
ここで、ＦＤＴＤ法について簡単に述べる。ＦＤＴＤ法では、未知電界を配置する格子と未知磁界を配置する格子とを、格子の半分の幅だけずらすＹｅｅ格子という構造により解析が行なわれる。ＦＤＴＤ法は、これらの未知電界および磁界と、隣接する未知磁界および電界との間に働く関係式をマクスウェルの電磁界方程式を差分化することによって導き、それを基に未知電界および磁界をあるタイムステップを単位に更新していくことで全体の電磁界挙動を求める解析手法である。この解析手法に従えば、あるタイムステップで電界を更新し、１／２タイムステップ後に磁界を更新し、１タイムステップ後に電界を更新するというようにして、電界および磁界を交互に求めることができる。
【００５３】
一般に、３次元電磁界解析では、解析領域内の電界または磁界の一つ、または複数の要素を波源として解析を実行する。本実施の形態では、解析条件３７０で指定される、ノイズ源として働く信号とリターン電流が流れる信号との間に波源を設定して解析する。解析部３２２は、解析した結果を解析結果３９０に書き込む。解析結果３９０には、解析モデル３８０に含まれる、ビア位置情報に対応した各ビアを流れる電流が保存される。
【００５４】
なお、ノイズ源として働く信号とリターン電流が流れる信号との間に設定する波源は、解析条件として予め与えられていてもよいし、予め与えられる、ノイズ源とリターン電流が流れる端子とから波源を設定してもよい。また、これらの端子は、基板をモデル化する際にモデル作成部３２１によって抽出されるものとする。
【００５５】
図３は、２つの端子間に波源を設定する方法を説明するための図である。図３（ａ）は基板１０をＺ軸方向から見た図であり、図３（ｂ）は、基板１０をＹ軸方向から見た図である。
【００５６】
図３を参照して、ノイズ源として働く信号とリターン電流が流れる信号との間に波源を設定する方法の一例について説明する。
【００５７】
図３（ａ）に示すように、基板１０は、ノイズ源端子１１と、リターン電流端子１２と、その他の端子１３とを含む。なお、網掛け部分は基板１０上の導体を示す。
【００５８】
ノイズ源端子１１とリターン電流端子１２とが設定されている層で波源を設定する場合、波源と、波源を設定する端子とを導体で接続する際に、その他の端子１３に接続してしまうという不具合が生じる。
【００５９】
そこで、図３（ｂ）に示すように、端子が設定されている層からＺ軸方向に一つずらした層に対して微小抵抗２２を設け、波源２１と接続する。
【００６０】
これにより、波源が他の信号線と重複することなく、端子間に波源を設定することができる。
【００６１】
図２に戻って、解析結果評価部３３０は、解析結果３９０、解析モデル３８０、解析条件３７０、基板ＣＡＤデータ３５０に基づき、信号線及び／または電源線が層間を跨ぐ際のリターン電流の迂回と、他の信号線及び／または電源線へのクロストークが発生する箇所を抽出する。ここでは、解析条件３７０によって予め与えられる、ノイズ源となる信号およびリターン電流が流れる信号、ノイズが入ると本来の機能が損なわれるような信号またはノイズの影響が大きい信号（以下、「耐ノイズ性の低い信号」と呼ぶ）と、解析モデル３８０によって予め与えられる、各ビアの位置を示すビア位置情報とに基づき、解析結果３９０から各ビアに流れる電流を求める。そして、ノイズ源となる信号のビアを流れる電流と、その他の信号のビアを流れる電流とを比較してリターン電流の迂回、クロストークの発生箇所を抽出する。
【００６２】
以下に、リターン電流の迂回およびクロストークの発生箇所を抽出するための具体的方法について説明する。
【００６３】
（１．過渡応答からリターン電流の迂回を抽出する方法）
ここでは、過渡応答からリターン電流の迂回を抽出する方法について述べる。
【００６４】
上述したように、解析条件３７０、解析モデル３８０および解析結果３９０からノイズ源となる信号のビアを流れる電流（以下、「第１の電流」と呼ぶ）を算出する。また、解析条件３７０には、予めリターン電流用ビア許容最大距離が与えられており、ノイズ源となる信号のビアを中心としてリターン電流用ビア許容最大距離内に存在するリターン電流が流れる信号のビアを抽出する。そして、抽出したビアに流れる電流の総和（以下、「第２の電流」と呼ぶ）を算出する。
【００６５】
ここで、予めリターン電流用として設計したビアに設計通りの電流が流れていない場合、第２の電流の過渡応答値の絶対値は、第１の電流の過渡応答値の絶対値よりも小さくなると考えられる。そこで、たとえば、次の式（１）および式（２）を同時に満たした場合に、第１のビアを特定し、第１のビアに対応するリターン電流迂回が生じているとする。
【００６６】
【数１】
2008158566.tif 000003
【００６７】
ただし、第１の電流および第２の電流の過渡応答値をそれぞれＩ１ｔ，Ｉ２ｔ、解析条件３７０で予め与えられるリターン電流過渡許容比率をｒｒｔとする。なお、この電流値は、時間積分あるいは平均値でもよいし、過渡応答のピーク値でもよい。
【００６８】
（２．周波数領域でリターン電流の迂回を抽出する方法）
ここでは、周波数領域でリターン電流の迂回を抽出する方法について述べる。
【００６９】
上記過渡応答からリターン電流の迂回を抽出する方法と同様に、予めリターン電流用として設計したビアに設計通りの電流が流れていない場合、第２の電流の周波数応答の振幅幅は、第１の電流の周波数応答の振幅幅よりも小さくなると考えられる。そこで、たとえば、次の式（３）および式（４）を同時に満たした場合に、第１のビアを特定し、第１のビアに対応するリターン電流迂回が生じているとする。
【００７０】
【数２】
2008158566.tif 000004
【００７１】
ただし、第１の電流および第２の電流の周波数応答の振幅幅をそれぞれＩ１ｆ，Ｉ２ｆ、位相をそれぞれ∠Ｉ１ｆ，∠Ｉ２ｆ、解析条件３７０で予め与えられるリターン電流周波数許容比率をｒｒｆ、リターン電流位相許容範囲の上限、下限をそれぞれａｌ，ａｈする。
【００７２】
（３．過渡応答からクロストークの発生箇所を抽出する方法）
ここでは、過渡応答から耐ノイズ性の低い信号線及び／または電源線へのクロストークが発生する箇所を抽出する方法について説明する。
【００７３】
上述したように、解析条件３７０、解析モデル３８０および解析結果３９０から、耐ノイズ性の低い信号線及び／または電源線のビアを流れる電流（以下、「第３の電流」と呼ぶ）を算出する。
【００７４】
ここで、第１の電流から耐ノイズ性の低い信号及び／または電源線へクロストークが発生した場合、第３の電流の過渡応答値の絶対値は、設計通りにビアに流れていた場合よりも大きくなると考えられる。そこで、たとえば、次の式（５）を満たした場合に、第３の電流が流れるビアを特定し、クロストークが発生しているとする。
【００７５】
【数３】
2008158566.tif 000005
【００７６】
ただし、第３の電流の過渡応答値をＩ３ｔ、解析条件３７０で予め与えられるクロストーク電流過渡許容比率をｒｃｔとする。
【００７７】
（４．周波数領域でクロストークの発生箇所を抽出する方法）
ここでは、耐ノイズ性の低い信号線及び／または電源線へのクロストークが発生する箇所を周波数領域で抽出する方法について説明する。
【００７８】
上記過渡応答から耐ノイズ性の低い信号線及び／または電源線へのクロストークが発生する箇所を抽出する方法と同様に、第１の電流から耐ノイズ性の低い信号線及び／または電源線へクロストークが発生した場合、第３の電流の周波数応答の振幅幅は、設計通りにビアに流れていた場合よりも大きくなると考えられる。そこで、たとえば、次の式（６）を満たした場合に、第３の電流が流れるビアを特定し、クロストークが発生しているとする。
【００７９】
【数４】
2008158566.tif 000006
【００８０】
ただし、第３の電流の周波数応答の振幅幅をＩ３ｆ、解析条件３７０で予め与えられるクロストーク電流周波数許容比率をｒｃｆとする。
【００８１】
以上のようにして、リターン電流の迂回およびクロストークの発生箇所を抽出する。なお、上記過渡応答値の例として、過渡応答の任意の時刻での値、過渡応答における最大値などを用いるものとする。
【００８２】
以下に、上述した構成のシミュレーション装置１００が行なう処理について説明する。
図４は、シミュレーション装置１００が行なう処理の概略を示したフローチャートである。
【００８３】
図４を参照して、シミュレーション装置１００が行なう処理について説明する。まず、処理全体の概略について説明し、その後で、ステップＳ１２、ステップＳ１８、ステップＳ２４の各処理についての詳細を述べる。
【００８４】
ステップＳ１０において、制御部３１０は、基板ＣＡＤデータ３５０と連携して、解析モデルの作成、電磁界解析、解析結果の評価をする際に必要となる解析条件をハードディスク１２４内の解析条件３７０に書き込む。
【００８５】
次いで、ステップＳ１２において、制御部３１０は、モデル作成部３２１を起動させる。モデル作成部３２１が行なう処理については後述する。
【００８６】
続いて、ステップＳ１４において、制御部３１０は、モデル作成部３２１から通知される、モデル作成が終了した旨のメッセージの受信を確認する。
【００８７】
そして、ステップＳ１６において、制御部３１０は、ステップＳ１４においてメッセージを受信したかどうかを判定する。メッセージを受信していないと判断すれば（ステップＳ１６において、ＮＯ）、ステップＳ１４の処理に戻る。
【００８８】
一方、メッセージを受信したと判断すれば（ステップＳ１６において、ＹＥＳ）、ステップＳ１８において、制御部３１０は、解析部３２２を起動させ電磁界解析を実行する。解析部３２２が行なう処理については後述する。
【００８９】
次いで、ステップＳ２０において、制御部３１０は、解析部３２２から通知される、電磁界解析が終了した旨のメッセージの受信を確認する。
【００９０】
続いて、ステップＳ２２において、制御部３１０は、ステップＳ２０においてメッセージを受信したかどうかを判定する。メッセージを受信していないと判断すれば（ステップＳ２２において、ＮＯ）、ステップＳ２０の処理に戻る。
【００９１】
一方、メッセージを受信したと判断すれば（ステップＳ２２において、ＹＥＳ）、ステップＳ２４において、制御部３１０は、解析結果評価部３３０を起動させ解析結果の評価を実行する。解析結果評価部３３０が行なう処理については後述する。
【００９２】
そして、ステップＳ２６において、制御部３１０は、解析結果評価部３３０から通知される、解析結果の評価が終了した旨のメッセージの受信を確認する。
【００９３】
続いて、ステップＳ２８において、制御部３１０は、ステップＳ２６においてメッセージを受信したかどうかを判定する。メッセージを受信していないと判断すれば（ステップＳ２８において、ＮＯ）、ステップＳ２６の処理に戻る。
【００９４】
次いで、ステップＳ３０において、制御部３１０は、解析結果評価部３３０が抽出した、リターン電流の迂回、クロストークの発生箇所を特定する情報を、たとえば、モニタ１０４の画面上において、設計者が画面上で結果を確認できるように基板ＣＡＤ等に対して出力し、処理を終了する。
【００９５】
図５は、モデル作成部３２１が行なう処理について示したフローチャートである。
図５を参照して、図４のステップＳ１２で行なわれる処理について説明する。
【００９６】
ステップＳ４０において、モデル作成部３２１は、解析条件３７０を読み込み、メモリ１２２上に展開する。
【００９７】
次いで、ステップＳ４２において、モデル作成部３２１は、基板ＣＡＤデータ３５０を読み込み、メモリ１２２上に展開する。
【００９８】
そして、ステップＳ４４において、モデル作成部３２１は、ステップＳ４２で読み込んだ基板ＣＡＤデータの構造を解析条件で与えられたセルサイズでセル分割する。
【００９９】
続いて、ステップＳ４６において、モデル作成部３２１は、解析条件でプリント基板上に実装されている素子を含めて解析するように設定されている場合は、その対応する素子の等価回路をモデルＤＢ３６０から読み込む。
【０１００】
ついで、ステップＳ４８において、モデル作成部３２１は、上記で読み込んだデータに基づき、解析対象の基板を電磁界解析可能なようにモデル化し、解析モデル３８０に書き込む。たとえば、解析対象の構成要素の構造情報や物性値などを書き込む。この際、解析条件３７０を参照することにより、作成した解析モデルが特定できるように、たとえばファイル名などで管理する。
【０１０１】
最後に、ステップＳ５０において、モデル作成部３２１は、モデル作成が終了した旨のメッセージを制御部３１０に送信する。
【０１０２】
以上のようにして、モデル作成部３２１は解析モデルを作成する。
図６は、解析部３２２が行なう処理について示したフローチャートである。
【０１０３】
図６を参照して、図４のステップＳ１８で行なわれる処理について説明する。
ステップＳ５２において、解析部３２２は、解析条件３７０を読み込む。
【０１０４】
次いで、ステップＳ５４において、解析部３２２は、解析モデル３８０を読み込む。この際、解析条件で指定される解析モデルを読み込む。
【０１０５】
続いて、ステップＳ５６において、解析部３２２は、解析条件に従って電磁界解析を実行する。
【０１０６】
そして、ステップＳ５８において、解析部３２２は、解析モデル内のビア位置情報で指定される各ビアを流れる電流を、解析終了後に解析結果３９０に書き込む。本実施の形態では、解析終了後に解析結果３９０に書き込まれるものとするが、解析実行中に解析結果３９０に書き込んでもよい。
【０１０７】
そして、ステップＳ６０において、解析部３２２は、電磁界解析が終了した旨のメッセージを制御部３１０に送信する。
【０１０８】
以上のようにして、解析部３２２は電磁界解析を行なう。
図７は、解析結果評価部３３０が行なう処理について示したフローチャートである。
【０１０９】
図７を参照して、図４のステップ２４で行なわれる処理について説明する。
ステップＳ６２において、解析結果評価部３３０は、解析条件３７０を読み込む。
【０１１０】
次いで、ステップＳ６４において、解析結果評価部３３０は、解析結果３９０を読み込む。
【０１１１】
続いて、ステップＳ６６において、解析結果評価部３３０は、解析条件で指定される、ノイズ源となる信号の各ビアを流れる第１の電流値を計算する。また、計算された電流値に関して、離散フーリエ変換などの手法を用いて周波数領域のデータに変換してもよい。
【０１１２】
そして、ステップＳ６８において、解析結果評価部３３０は、そのノイズ源となる信号の各ビアに対してリターン電流用ビア許容最大距離内にあるビアを流れる電流の総和の第２の電流値を計算する。また、計算された電流値に関して、離散フーリエ変換などの手法を用いて周波数領域のデータに変換してもよい。
【０１１３】
さらに、ステップＳ７０において、解析結果評価部３３０は、解析条件で指定される、耐ノイズ性の低い信号の各ビアを流れる電流値を計算する。また、計算された電流値に関して、離散フーリエ変換などの手法を用いて周波数領域のデータに変換してもよい。
【０１１４】
次いで、ステップＳ７２において、解析結果評価部３３０は、式（１）および式（２）または式（３）および式（４）に従ってビアを特定し、リターン電流の迂回が発生している箇所を抽出する。
【０１１５】
続いて、ステップＳ７４において、解析結果評価部３３０は、式（５）または式（６）に従ってビアを特定し、クロストークの発生箇所を抽出する。
【０１１６】
そして、ステップＳ７６において、解析結果評価部３３０は、リターン電流の迂回が発生している箇所、クロストークの発生箇所を出力する。この際、各ビアの座標位置は解析モデルの情報から分かるので、リターン電流の迂回が発生している箇所、クロストークの発生箇所を基板ＣＡＤ等に対して出力するようにしてもよい。
【０１１７】
最後に、ステップＳ７８において、解析結果評価部３３０は、解析の評価が終了した旨のメッセージを制御部３１０に送信する。
【０１１８】
以上のようにして、解析結果評価部３３０は解析結果の評価を行なう。
図８は、解析対象となる多層プリント基板の内層の配線図である。
【０１１９】
図８を参照して、本実施の形態に係るシミュレーション方法の適用例について説明する。
【０１２０】
図８において、基板７００の白い部分は導体で形成される部分を示し、導体中の黒線で示される円は隣接する上下層と接続されたビアの位置を示す。これらのビアに対しては、解析条件、解析モデルによって位置座標が与えられる。
【０１２１】
たとえば、ノイズ源として働く信号線のビア７１０に対し、解析条件としてリターン電流用ビア許容最大距離が１２ｍｍと与えられている場合、ビア７１０を中心として半径１２ｍｍ以内に存在するビア７２０〜７２５がリターン電流用のビアである。ビア７１０に流れる電流が第１の電流であり、ビア７２０〜７２５に流れる電流の総和が第２の電流である。
【０１２２】
図９は、第１の電流と第２の電流の過渡応答電流波形を示す図である。
図９を参照して、第１の電流の過渡応答の最大振幅値をとる点８００での振幅値（I１ｔ）は−１０．４ｍＡ、第２の電流の過渡応答の最大振幅値をとる点８０２での振幅値（I２ｔ）は３．５３ｍＡである。
【０１２３】
ここで、リターン電流過渡許容比率ｒｒｔが０．４である場合、上記の値は式（１）、式（２）を同時に満たす。したがって、ビア７１０が、対応するリターン電流迂回発生箇所として特定される。
【０１２４】
以上で説明したように、本実施の形態に係るシミュレーション装置によれば、信号線及び／または電源線が層間を跨ぐ回路基板において、リターン電流の迂回と、他の信号線及び／または電源線へのクロストークが発生する箇所を抽出することができる。これにより、ユーザは、リターン電流の迂回およびクロストークの発生箇所をディスプレイに表示させ、ディスプレイで確認しながら回路基板の設計を行なうことができる。従って、ノイズの少ない高品質の電子回路を提供することができる。
【０１２５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明に係るシミュレーション装置１００の構成をブロック図形式で示す図である。
【図２】ＣＰＵ１２０の機能的構成を示すブロック図である。
【図３】シミュレーション装置１００が行なう処理の概略を示したフローチャートである。
【図４】シミュレーション装置１００が行なう処理の概略を示したフローチャートである。
【図５】モデル作成部３２１が行なう処理について示したフローチャートである。
【図６】解析部３２２が行なう処理について示したフローチャートである。
【図７】解析結果評価部３３０が行なう処理について示したフローチャートである。
【図８】解析対象となる多層プリント基板の内層の配線図である。
【図９】第１の電流と第２の電流の過渡応答電流波形を示す図である。
【図１０】特許文献１に係る設計装置によって設計される４層配線基板５０の構造例を示す図である。
【図１１】４層配線基板５０の内部構造例を示す図である。
【図１２】多層プリント基板の内層の一例である配線層を抽出した図である。
【符号の説明】
【０１２７】
５０  ４層配線基板、５１  信号層、５２  接地層、５３  電源層、５４  信号層、５５  信号線、５６  送信用ＩＣ、５７  受信用ＩＣ、５９  リターン電流パス、１００  シミュレーション装置、１０２  コンピュータ本体、１０４  モニタ、１０５  バス、１０６  ＦＤドライブ、１０８  光ディスクドライブ、１１０  キーボード、１１２  マウス、１１６  ＦＤ、１１８  ＣＤ−ＲＯＭ、１２０  ＣＰＵ、１２２  メモリ、１２４  ハードディスク、１２８  通信インターフェイス、１６０  電磁界解析を実行するプログラム、１６１  解析結果を評価するプログラム、３１０  制御部、３２０  電磁界解析部、３２１  モデル作成部、３２２  解析部、３３０  解析結果評価部、３５０  基板ＣＡＤデータ、３６０  モデルＤＢ、３７０  解析条件、３８０  解析モデル、３９０  解析結果。
【図１】
2008158566.tif 000007
【図２】
2008158566.tif 000008
【図３】
2008158566.tif 000009
【図４】
2008158566.tif 000010
【図５】
2008158566.tif 000011
【図６】
2008158566.tif 000012
【図７】
2008158566.tif 000013
【図８】
2008158566.tif 000014
【図９】
2008158566.tif 000015
【図１０】
2008158566.tif 000016
【図１１】
2008158566.tif 000017
【図１２】
2008158566.tif 000018