(57)【要約】【課題】ＤＣバイアス成分があっても正しい解析結果を迅速に得られるようにする。【解決手段】回路１ａの構成を定義した回路ブロック２に基づいて回路解析を行い、回路１ａから出力される直流バイアス電圧を算出する（ステップＳ１）。さらに、回路ブロック２から直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロック３を生成する（ステップＳ２）。そして、回路ブロック２を電磁波解析リンク用回路ブロック３に置き換えて、回路１ａを含む空間１内の電磁波の過渡的な挙動と、電磁波解析リンク用回路ブロック３に基づく回路１ａの過渡的な挙動との統一的な解析を行う（ステップＳ３）。【選択図】　　　　図１
2004046407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間内の電磁波解析と前記空間内に配置される回路の回路解析との融合シミュレーションを行うためのシミュレーションプログラムにおいて、
コンピュータに、
前記回路の構成を定義した回路ブロックに基づいて回路解析を行い、前記回路から出力される直流バイアス電圧を算出し、
前記回路ブロックから前記直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロックを生成し、
前記回路ブロックを前記電磁波解析リンク用回路ブロックに置き換えて、前記回路を含む空間内の電磁波の過渡的な挙動と、前記電磁波解析リンク用回路ブロックに基づく前記回路の過渡的な挙動との統一的な解析を行う、
処理を実行させることを特徴とするシミュレーションプログラム。
【請求項２】
前記電磁波解析リンク用回路ブロックを生成する際には、前記回路ブロックの前記直流バイアス電圧が出力される端子に、前記直流バイアス電圧の逆電圧を発生させるバイアス除去電源を接続することを特徴とする請求項１記載のシミュレーションプログラム。
【請求項３】
前記解析では、前記回路の過渡的な挙動として前記直流バイアス電圧が除去された電圧を計算し、前記電圧に基づいて前記回路が配置された空間の電界値を計算し、前記電界値を用いて前記空間内の電磁波の過渡的な挙動を計算することを特徴とする請求項１記載のシミュレーションプログラム。
【請求項４】
前記電磁波解析リンク用回路ブロックを生成する際には、前記直流バイアス電圧が出力される前記端子と、前記回路に接続される他の回路の端子との間に、直流短絡用のインダクタを付加することを特徴とする請求項１記載のシミュレーションプログラム。
【請求項５】
空間内の電磁波解析と前記空間内に配置される回路の回路解析との融合シミュレーションを行うためのシミュレーション方法において、
前記回路の構成を定義した回路ブロックに基づいて回路解析を行い、前記回路から出力される直流バイアス電圧を算出し、
前記回路ブロックから前記直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロックを生成し、
前記回路ブロックを前記電磁波解析リンク用回路ブロックに置き換えて、前記回路を含む空間内の電磁波の過渡的な挙動と、前記電磁波解析リンク用回路ブロックに基づく前記回路の過渡的な挙動との統一的な解析を行う、
ことを特徴とするシミュレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は物理現象の過渡的変化を解析するシミュレーションプログラムおよびシミュレーション方法に関し、特に電磁波と回路の統一的な解析を実施するシミュレーションプログラムおよびシミュレーション方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁波の過渡的な挙動を電子計算機（コンピュータ）を使った数値計算によって解析する方法がいくつか知られている。例えば、時間領域差分法（Ｆｉｎｉｔｅ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ　Ｍｅｔｈｏｄ、ＦＤＴＤ法）、伝送線路行列法（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｌｉｎｅ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｍｅｔｈｏｄ、ＴＬＭ法）などがある。ＦＤＴＤ法は、マックスウェル方程式を時間と空間において差分法で解く手法であり、「Ｋ．Ｓ．Ｙｅｅ，　”Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｂｏｕｎｄａｒｙ　ｖａｌｕｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ　Ｍａｘｗｅｌｌ’ｓ　ｅｑｕａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　ｍｅｄｉａ，　”　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　Ａｎｔｅｎｎａｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，　ｖｏｌ．１４，　１９６６，　ｐｐ．３０２−３０７．」に詳しく記載されている。また、ＴＬＭ法は、電磁場空間を等価回路で表現し、各接点で散乱行列を用いて時間軸で逐次的に計算してゆく手法であり、「Ｐ．　Ｂ．　Ｊｏｈｎｓ　ａｎｄ　Ｒ．　Ｌ．　Ｂｅｕｒｌｅ，　”Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　２−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ−ｌｉｎｅ　ｍａｔｒｉｘ，”　ＩＥＥ　Ｐｒｏｃ．，　１１８，　９，　ｐｐ．１２０３−１２０８，　Ｓｅｐ．　１９７１．」に詳しく記載されている。
【０００３】
一方、回路の電圧・電流の過渡的な挙動をコンピュータを使って数値計算によって解析することも、以前から行われている。そこで、電磁波解析の手法と回路解析の手法とをあわせて使用することで、電磁波と回路の統一的な解析（融合シミュレーション）を実施できることが知られている。
【０００４】
電磁波解析と回路解析との融合シミュレーションでは、シミュレーション上の時刻を進めながら、所定のタイミングで電磁波解析により得られる電流源値を回路解析に反映させる。また、別の所定のタイミングで、回路解析により得られる電界値を電磁波解析に反映させる。このように、電磁波解析機能と回路解析機能との間で、電流源値や電界値の受け渡しを適宜行うことで、正確な融合シミュレーションが可能となる。
【０００５】
電磁波解析と回路解析との融合シミュレーションとして、例えば、電磁波解析にＦＤＴＤ法を用い、回路解析にＳＰＩＣＥ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｇｒａｍ　ｗｉｔｈ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｅｍｐｈａｓｉｓ）を用いる方法がある。このような技術を説明した文献として、「Ｍ．　Ｐｉｋｅｔ−Ｍａｙ，　Ａ．　Ｔａｆｌｏｖｅ，　ａｎｄ　Ｊ．　Ｂａｒｏｎ，　”ＦＤ−ＴＤ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｉｎ　３−Ｄ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ｗｉｔｈ　ｐａｓｓｉｖｅ　ａｎｄ　ａｃｔｉｖｅ　ｌｏａｄｓ，”　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　ｏｎ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　＆　Ｔｅｃｈ．，　ＭＴＴ４２，　Ｎｏ．８，　ｐｐ１５１４−１５２３，１９９４．」、「Ａ．Ｔａｆｌｏｖｅ，　Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，　ＭＡ，　Ａｒｔｅｃｈ　Ｈｏｕｓｅ，　１９９５．　ｐｐ．　４６５　−　４７０．」、「並木，　”電磁波解析と回路解析の時間領域における融合シミュレーション，”　日本シミュレーション学会、第１８回計算電気・電子工学シンポジウム論文集、ｐｐ．　２６１−２６４，　Ｎｏｖ．　１９９７．」、および「特開平１１−１５３６３４号公報”シミュレーション装置等”」などがある。
【０００６】
このような電磁波解析と回路解析との融合シミュレーションでは、回路素子の特性とその周囲の電磁界現象とを統一的に解析することができる。特に、回路の動作周波数が高周波になるほど、周囲の電磁界が回路の動作に大きな影響をおよぼすため、融合シミュレーションは、回路中を伝搬する高周波信号の解析に非常に有用となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の融合シミュレーションでは、回路解析機能から電磁波解析機能に送られる電気信号にＤＣ（ｄｉｒｅｃｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ）バイアス成分（直流バイアス成分とも言う）がない場合には良好に実施されるが、ＤＣバイアス成分がある場合には解析結果の正確性を保てないという問題が生じる。
【０００８】
すなわち、電磁波解析機能の初期状態は、空間の電磁界がゼロとなるように設定されている。そのため、回路の端子においてＤＣバイアス成分があると、シミュレーション開始時に、回路解析機能から電磁波解析機能へ急峻にＤＣバイアス電圧が入力される。電磁波解析機能にＤＣバイアス電圧が急峻に入力されると、解析対象の空間内に電磁波の高周波成分が生じ、正しい解析ができなくなる。なお、電磁波解析機能に緩やかにＤＣバイアスをかけることでこの問題を回避しようとすると、定常状態になるまでに時間がかかり、シミュレーション時間の長期化を招く。
【０００９】
このように、従来の電磁波／回路解析の融合シミュレーションでは、ＤＣバイアス成分がある場合、正しい解析結果を短時間で得ることができなかった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ＤＣバイアス成分があっても正しい解析結果を迅速に算出できるシミュレーションプログラムおよびシミュレーション方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、図１に示すような処理をコンピュータに実行させるシミュレーションプログラムが提供される。本発明にかかるシミュレーションプログラムは、空間１内の電磁波解析と空間１内に配置される回路１ａの回路解析との融合シミュレーションを行うためのものである。当該シミュレーションプログラムは、コンピュータに以下の処理を実行させることができる。
【００１１】
コンピュータは、回路１ａの構成を定義した回路ブロック２に基づいて回路解析を行い、回路１ａから出力される直流バイアス電圧を算出する（ステップＳ１）。さらに、回路ブロック２から直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロック３を生成する（ステップＳ２）。そして、回路ブロック２を電磁波解析リンク用回路ブロック３に置き換えて、回路１ａを含む空間１内の電磁波の過渡的な挙動と、電磁波解析リンク用回路ブロック３に基づく回路１ａの過渡的な挙動との統一的な解析を行う（ステップＳ３）。
【００１２】
このようなシミュレーションプログラムを実行するコンピュータによれば、回路１ａの構成を定義した回路ブロック２に基づいて回路解析が行われ、回路１ａから出力される直流バイアス電圧が算出される。次に、回路ブロック２から直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロック３が生成される。そして、回路ブロック２が電磁波解析リンク用回路ブロック３に置き換えられ、回路１ａを含む空間１内の電磁波の過渡的な挙動と、電磁波解析リンク用回路ブロック３に基づく回路１ａの過渡的な挙動との統一的な解析が行われる。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、空間内の電磁波解析と前記空間内に配置される回路の回路解析との融合シミュレーションを行うためのシミュレーション方法において、前記回路の構成を定義した回路ブロックに基づいて回路解析を行い、前記回路から出力される直流バイアス電圧を算出し、前記回路ブロックから前記直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロックを生成し、前記回路ブロックを前記電磁波解析リンク用回路ブロックに置き換えて、前記回路を含む空間内の電磁波の過渡的な挙動と、前記電磁波解析リンク用回路ブロックに基づく前記回路の過渡的な挙動との統一的な解析を行う、ことを特徴とするシミュレーション方法が提供される。
【００１４】
このようなシミュレーション方法によれば、回路の構成を定義した回路ブロックに基づいて回路解析が行われ、回路から出力される直流バイアス電圧が算出される。次に、回路ブロックから直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロックが生成される。そして、回路ブロックが電磁波解析リンク用回路ブロックに置き換えられ、回路を含む空間内の電磁波の過渡的な挙動と、電磁波解析リンク用回路ブロックに基づく回路の過渡的な挙動との統一的な解析が行われる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
まず、実施の形態に適用される発明の概要について説明し、その後、実施の形態の具体的な内容を説明する。
【００１６】
図１は、実施の形態に適用される発明の概念図である。本実施の形態に適用されるシミュレーションプログラムは、コンピュータを用いて、空間１内の電磁波解析と空間１内に配置される回路１ａの回路解析との融合シミュレーションを行うためのものである。
【００１７】
本発明では、空間１内の電磁波の過渡的な挙動が、回路１ａから生じる直流（ＤＣ）バイアス電圧の有無に影響を受けないことに着目し、回路解析機能から電磁波解析機能に送られる電気信号から、ＤＣバイアス成分を除去する。具体的には、本発明にかかるシミュレーションプログラムを実行するコンピュータは、以下の処理を実行する。
【００１８】
回路１ａの構成を定義した回路ブロック２に基づいて回路解析（たとえば、回路１ａの動作点解析）を行い、回路１ａから出力されるＤＣバイアス電圧を算出する（ステップＳ１）。次に、回路ブロック２からＤＣバイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロック３を生成する（ステップＳ２）。ＤＣバイアス成分の除去には、たとえば、回路１ａのＤＣバイアス電圧が発生している端子に対して、そのＤＣバイアス電圧を除去するためのＤＣ電源を付加する。
【００１９】
そして、回路ブロック２を電磁波解析リンク用回路ブロック３に置き換えて、回路１ａを含む空間１内の電磁波の過渡的な挙動と、電磁波解析リンク用回路ブロック３に基づく回路１ａの過渡的な挙動との統一的な解析を行う（ステップＳ３）。なお、空間の電磁波解析は、電界・磁界をアンペール則とファラデー則とに基づく数値的な計算である。回路解析は、回路の電圧・電流をオーム則とキルヒホッフ則に基づいた数値的な計算である。
【００２０】
このようなシミュレーションプログラムを実行するコンピュータによれば、回路１ａの構成を定義した回路ブロック２に基づいて回路解析が行われ、回路１ａから出力される直流バイアス電圧が算出される。次に、回路ブロック２から直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロック３が生成される。そして、回路ブロック２が電磁波解析リンク用回路ブロック３に置き換えられ、回路１ａを含む空間１内の電磁波の過渡的な挙動と、電磁波解析リンク用回路ブロック３に基づく回路１ａの過渡的な挙動との統一的な解析が行われる。
【００２１】
電磁波解析リンク用回路ブロック３では、ＤＣバイアス成分が除去されているため、電磁波解析機能に対しては、ＤＣバイアス電圧を含まない電気信号に基づく電界値が渡される。これにより、電磁波解析では、急峻なＤＣバイアス電圧の入力に起因する高周波の発生が防止され、正しい解析結果が得られる。しかも、電磁波解析機能へのＤＣバイアス電圧の入力自体がないため、ＤＣバイアス電圧を緩やかに入力する場合に比べ、短時間で定常状態に達する。その結果、電磁波解析と回路解析との融合シミュレーションを短時間で正確に行うことができる。
【００２２】
ところで、電磁波解析リンク用回路ブロック３のうち、シミュレーション開始前に不確定なのは、ＤＣバイアス電圧を打ち消すためのＤＣ電源（ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源）の電圧（逆バイアス電圧）である。そこで、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源を回路ブロック２に接続した電磁波解析リンク用回路ブロック３を予め作成しておいてもよい。その場合、初期状態では、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源の逆バイアス電圧を０Ｖにしておく。そして、回路の動作点解析によりＤＣバイアス電圧が算出されたとき、そのＤＣバイアス電圧に応じた逆バイアス電圧を、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源に設定する。以下、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源を含む電磁波解析リンク用回路ブロックを予め作成しておく場合の例を用いて、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態に用いるコンピュータのハードウェア構成例を示す図である。コンピュータ１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１０１によって装置全体が制御されている。ＣＰＵ１０１には、バス１０７を介してＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）１０２、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）１０３、グラフィック処理装置１０４、入力インタフェース１０５、および通信インタフェース１０６が接続されている。
【００２４】
ＲＡＭ１０２には、ＣＰＵ１０１に実行させるＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、ＲＡＭ１０２には、ＣＰＵ１０１による処理に必要な各種データが格納される。ＨＤＤ１０３には、ＯＳやアプリケーションプログラムが格納される。
【００２５】
グラフィック処理装置１０４には、モニタ１１が接続されている。グラフィック処理装置１０４は、ＣＰＵ１０１からの命令に従って、画像をモニタ１１の画面に表示させる。入力インタフェース１０５には、キーボード１２とマウス１３とが接続されている。入力インタフェース１０５は、キーボード１２やマウス１３から送られてくる信号を、バス１０７を介してＣＰＵ１０１に送信する。
【００２６】
通信インタフェース１０６は、ネットワーク１０に接続されている。通信インタフェース１０６は、ネットワーク１０を介して、他のコンピュータとの間でデータの送受信を行う。
【００２７】
以上のようなハードウェア構成によって、本実施の形態の処理機能を実現することができる。具体的には、図２に示した構成のコンピュータ１００に、電磁波解析と回路解析とを融合させたシミュレーションを実行させるためのシミュレーションプログラムを実装することで、コンピュータ１００を、電磁波／回路解析のシミュレータとして機能させることができる。
【００２８】
図３は、本実施の形態にかかるシミュレータの機能構成を示すブロック図である。シミュレータ２００は、解析条件設定部２１０、電磁波解析部２２０、回路解析部２３０、電流源値引き渡し部２４０、および電界値引き渡し部２５０で構成される。
【００２９】
解析条件設定部２１０は、操作入力等に基づくシミュレーション開始の指示に従って、解析対象となる回路構成は、回路間の配線を含む空間内の構造などの解析条件を、電磁波解析部２２０と回路解析部２３０とに渡す。具体的には、解析条件のデータは予めＨＤＤ１０３等に格納されており、解析条件設定部２１０は、操作入力等によって指定された初期条件のデータをＨＤＤ１０３等から取得する。そして、解析条件設定部２１０は、回路間の配線や基板構造等を含む所定の空間内の構造情報（空間内の物質の誘電率や透磁率など）や、空間や時間の離散間隔を指定するパラメータなどを電磁波解析部２２０に渡す。また、解析対象となる回路の構造を示す回路ブロック（等価回路）を含む電磁波解析リンク用回路ブロックを回路解析部２３０に渡す。
【００３０】
また、解析条件設定部２１０は、電磁波解析リンク用回路ブロックを渡した回路解析部２３０から、回路の端子にかかるＤＣバイアス電圧値を受け取ると、そのＤＣバイアス電圧を除去するように電磁波解析リンク用回路ブロックに含まれるＤＣバイアス除去用ＤＣ電源の電圧を変更する。そして、解析条件設定部２１０は、変更後のＤＣバイアス除去用ＤＣ電源の電圧値を回路解析部２３０に渡す。
【００３１】
電磁波解析部２２０は、解析条件設定部２１０から受け取った空間内の構造情報に基づいて、過渡的な電磁波解析を行う。電磁波解析は、たとえば、ＦＤＴＤ法により行うことができる。なお、電界を計算する際には、回路が存在している領域の電界値が引き渡されるのを待ち、電界値が引き渡されたら、引き渡された電界値を反映させて空間内の電界を求める。電磁波解析部２２０は引き渡された電界値を電磁波解析に反映させるために、マックスウェル方程式を時間と空間とについて解くことによって、回路が存在している領域以外の空間の電界を求める。そして、回路が存在している領域の電界値として、引き渡された電界値を当てはめる。
【００３２】
回路解析部２３０は、解析条件設定部２１０から受け取った電磁波解析リンク用回路ブロックに基づいて回路解析を行う。回路解析は、たとえば、ＳＰＩＣＥにより行うことができる。回路解析では、電流源から回路部の両極にかかる電圧を求める。具体的には、回路解析部２３０は、初期状態の電磁波解析リンク用回路ブロックを受け取ると、最初に、回路の両極にかかるＤＣバイアス電圧値を算出する。ＤＣバイアス電圧が０でない場合、そのＤＣバイアス電圧値を解析条件設定部２１０に通知し、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源の電圧値の入力を待つ。
【００３３】
ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源の電圧値が解析条件設定部２１０から渡されると、回路解析部２３０は、回路解析を行う。回路解析では、シミュレーション上の時間進行に伴う回路の出力電圧の過渡的変化が計算される。そして、シミュレーション上の所定の時間間隔で電流源値引き渡し部２４０から電流値を受け取ると、その電流源値によって回路の電流源値を更新して、回路解析を続行する。
【００３４】
電流源値引き渡し部２４０は、所定のタイミングで、電磁波解析部２２０で算出された磁界に基づいて回路の電流源値を算出し、算出した電流源値を回路解析部２３０に渡す。なお、電流源値を引き渡す所定のタイミングとは、回路解析のシミュレーション時刻が、電磁波解析で磁界を算出したシミュレーション時刻（所定の誤差内）に達したときである。
【００３５】
電界値引き渡し部２５０は、所定のタイミングで、回路解析部２３０で算出された電圧に基づいて、回路が存在している領域の電界値を算出する。そして、電界値引き渡し部２５０は、算出した電界値を電磁波解析部２２０に渡す。なお、電界値を引き渡す所定のタイミングとは、回路解析のシミュレーション時刻が、電磁波解析で電界を算出するシミュレーション時刻（所定の誤差内）に達したときである。
【００３６】
このような構成のシミュレータによって、ＤＣバイアスを生じさせる回路を含むプリント基板等の電磁波／回路解析の融合シミュレーションを行うことができる。
【００３７】
以下、具体的な解析例を用いて、本実施の形態によるシミュレーション手順を説明する。
図４は、解析対象のモデルの一例を示す図である。解析対象のモデル３０には、マイクロストリップ線路３１〜３３によって、２つの回路３４，３５が接続されている。
【００３８】
マイクロストリップ線路３１は、一端が、電源３７を介して導体板３６（ｇｒｏｕｎｄ　ｐｌａｎｅ）に接続されている。マイクロストリップ線路３１の他端は、回路３４の端子に接続されている。回路３４の別の端子は、マイクロストリップ線路３２の一端に接続されている。マイクロストリップ線路３２の他端は、回路３５の端子に接続されている。回路３５の別の端子は、マイクロストリップ線路３３の一端に接続されている。マイクロストリップ線路３３の他端は、整合終端した抵抗器３９を介して導体板３６に接続されている。また、各回路３４，３５の接地用の端子が導体板３６に接続されている。
【００３９】
ここで、マイクロストリップ線路３１〜３３は、比誘電率２．２の基板３８上に形成されている。また、回路３４は電圧増幅率５の増幅器、回路３５は電圧増幅率１の増幅器である。
【００４０】
このようなモデル３０の電磁波／回路結合解析を行う場合、まず、回路３４，３５の電磁波解析リンク用回路ブロックを定義する。
図５は、ＤＣバイアス電圧の除去を考慮していない電磁波解析リンク用回路ブロックの例を示す図である。電磁波解析リンク用回路ブロック４０ａでは、回路３４の回路構成が回路ブロック４１で定義されている。電磁波解析リンク用回路ブロック４０ａから外部に接続される端子４９ａ〜４９ｄのうち、端子４９ａはマイクロストリップ線路３１に接続され、端子４９ｃはマイクロストリップ線路３２に接続され、端子４９ｂ、４９ｄは、導体板３６に接続される。
【００４１】
回路ブロック４１と４つの端子４９ａ〜４９ｄそれぞれとを接続する信号線のうち、図中左側の２つの端子４９ａ，４９ｂ間には、電磁波解析対応電流源４２と差分格子等価容量Ｃ１とが並列に接続されている。また、図中右側の２つの端子４９ｃ，４９ｄ間には、電磁波解析対応電流源４３と差分格子等価容量Ｃ２とが並列に接続されている。
【００４２】
図５には、回路３４に対応する電磁波解析リンク用回路ブロック４０ａを示したが、もう１つの回路３５に対応する電磁波解析リンク用回路ブロックも同様の構成となる。
【００４３】
ここで、本実施の形態では、電磁波解析リンク用回路ブロック４０ａに対して、ＤＣバイアスをキャンセルするためのＤＣ電源（ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源）を配置する。
【００４４】
図６は、回路３４用のＤＣバイアス除去可能な電磁波解析リンク用回路ブロックを示す図である。図６に示すように、回路３４用のＤＣバイアス除去可能な電磁波解析リンク用回路ブロック４０では、図５に示した電磁波解析リンク用回路ブロック４０ａの構成における回路ブロック４１の図中右上の端子と他の要素との間に、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源４４が挿入される。すなわち、回路ブロック４１の図中右上の端子は、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源４４を介して、端子４９ｃ、電磁波解析対応電流源４３、および差分格子等価容量Ｃ２に接続される。なお、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源４４の電圧は、初期状態では０Ｖである。
【００４５】
同様に、回路３５に対応する電磁波解析リンク用回路ブロックに対しても、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源を配置する。
図７は、回路３５用のＤＣバイアス除去可能な電磁波解析リンク用回路ブロックを示す図である。回路３５に対応するＤＣバイアス除去可能な電磁波解析リンク用回路ブロック５０では、回路３５の回路構成が回路ブロック５１で定義されている。電磁波解析リンク用回路ブロック５０から外部に接続される端子５９ａ〜５９ｄのうち、端子５９ａはマイクロストリップ線路３２に接続され、端子５９ｃはマイクロストリップ線路３３に接続され、端子５９ｂ、５９ｄは、導体板３６に接続される。
【００４６】
回路ブロック５１の図中左上の端子は、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源５４を介して端子５９ａに接続され、回路ブロック５１の図中左下の端子は、端子５９ｂに接続される。端子５９ａと端子と端子５９ｂとの間には、電磁波解析対応電流源５２と差分格子等価容量Ｃ３とが並列に接続されている。回路ブロック５１の図中右上の端子は端子５９ｃに接続され、回路ブロック５１の図中右下の端子は端子５９ｄに接続される。２つの端子５９ｃ，５９ｄの間には、電磁波解析対応電流源５３と差分格子等価容量Ｃ４とが並列に接続されている。なお、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源５４の電圧は、初期状態では０Ｖである。
【００４７】
ここで、図４に示したモデル３０の２つの回路３４，３５の接続関係を、図６，図７に示した電磁波解析リンク用回路ブロック４０，５０を用いて表すと図８に示すようになる。
【００４８】
図８は、本実施の形態における電磁波／回路解析用の回路ブロックを示す図である。図８に示すように、電磁波解析リンク用回路ブロック４０の端子４９ｃと電磁波解析リンク用回路ブロック５０の端子５９ａとが、マイクロストリップ線路３２で接続されている。また、電磁波解析リンク用回路ブロック４０の端子４９ｄと電磁波解析リンク用回路ブロック５０の端子５９ｂとが、導体板３６で接続されている。
【００４９】
このような構成の回路ブロックをシミュレータ２００に入力すると、電磁波／回路の融合シミュレーションが行われる。具体的には、回路ブロック４１のＤＣ解析（動作点解析）を行い回路ブロック４１のマイクロストリップ線路３２に対して出力される端子（図中、回路ブロック４１の右上の端子）に生じるＤＣバイアス電圧が計算される。そして、算出されたＤＣバイアス電圧を打ち消す電圧が、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源４４の電圧に設定される。なお、ＤＣバイアス電圧を打ち消す電圧とは、ＤＣバイアス電圧と絶対値が同じで、正負の符号が逆向きの電圧である。同様に、ＤＣバイアス除去可能な電磁波解析リンク用回路ブロック５０のＤＣバイアス除去用ＤＣ電源５４にも、ＤＣバイアス電圧を打ち消す電圧が設定される。
【００５０】
ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源４４，５４に対してＤＣバイアス電圧を打ち消す電圧を設定した後、図８に示す回路ブロックに基づく電磁波／回路結合解析のシミュレーションを行うことにより、シミュレーション開始直後からすぐに定常状態となり、正確な解析結果を短時間で得ることができる。
【００５１】
以上のような処理をフローチャートで表すと、図９のようになる。
図９は、電磁波／回路解析シミュレーションの処理手順を示すフローチャートである。以下、図９に示す処理をステップ番号に沿って説明する。
【００５２】
［ステップＳ１１］解析条件設定部２１０は、ユーザからの操作入力等に応答して、解析に必要なデータ（回路構成や回路が実装された基板や回路間の配線構造など）を取得し、ＲＡＭ１０２内にシミュレーションに使用するための主記憶領域を確保する。
【００５３】
［ステップＳ１２］解析条件設定部２１０は、シミュレーションに使用する様々な係数を計算する。たとえば、空間を複数のセルに分割する際の刻み幅や、シミュレーションの時間を進行させる時の時間の刻み幅などを計算する。
【００５４】
［ステップＳ１３］解析条件設定部２１０は、回路の等価回路を回路解析部２３０に渡す。すると回路解析部２３０が回路の動作点解析を行う。解析結果は、解析条件設定部２１０に渡される。
【００５５】
［ステップＳ１４］解析条件設定部２１０は、動作点解析の結果に基づいて、電磁波解析対応電流源の端子電圧が０Ｖか否かを判断する。端子電圧が０Ｖであれば処理がステップＳ１６に進められる。端子電圧が０Ｖでなければ、処理がステップＳ１５に進められる。
【００５６】
［ステップＳ１５］解析条件設定部２１０は、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源に、端子電圧を打ち消す逆バイアス電圧を設定する。その後、処理がステップＳ１４に進められ、端子電圧が０Ｖになることを確認した後、処理がステップＳ１６に進められる。
【００５７】
［ステップＳ１６］電磁波解析部２２０、回路解析部２３０、電流源値引き渡し部２４０、および電界値引き渡し部２５０が協働して、電磁波／回路結合解析を行う。
【００５８】
以上のようにして、回路部の端子においてＤＣバイアス電圧が発生する場合であっても、シミュレーション開始時点から安定した電磁波／回路結合解析が可能となる。
【００５９】
たとえば、回路３４，３５におけるマイクロストリップ線路３２に接続される端子に１５ＶのＤＣバイアス電圧がかかる場合のシミュレーション結果を以下に示す。以下の例では、シミュレーションにより得られるマイクロストリップ線路３１〜３３における電圧時間波形を示している。
【００６０】
図１０は、本実施の形態のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１１は、図１０のシミュレーション結果を電圧軸方向に拡大した図である。図１０と図１１とには、マイクロストリップ線路３１〜３３の中央付近の電圧時間波形を示している。図中横軸にシミュレーション上の時刻（秒）が示されており、縦軸に電圧が示されている。なお、時刻軸には、ｅ−１０（１ｅ−１０は１．０×１０−１０を表わす）の倍数の位置に目盛を振っている。また、マイクロストリップ線路３１の電圧時間波形７１は実線で示され、マイクロストリップ線路３２の電圧時間波形７２は点線で示され、マイクロストリップ線路３３の電圧時間波形７３は破線で示されている。
【００６１】
図１０と図１１に示すように、本実施の形態によれば、回路においてＤＣバイアス電圧が発生しても、電圧時間波形に高周波成分が混入することがなく、シミュレーション開始直後から安定した波形を示している。
【００６２】
以下、図４に示したモデル３０の電磁波／回路の融合シミュレーションを、従来技術で行った場合の解析結果を、比較例として示す。
第１の比較例として、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源を追加しない場合のシミュレーション結果を示す。なお、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源を追加しない場合には、図５に示した電磁波解析リンク用回路ブロック４０ａを用いて電磁波／回路結合解析が行われる。
【００６３】
図１２は、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源を追加しない場合のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１３は、図１２のシミュレーション結果を電圧軸方向に拡大した図である。図１２と図１３とには、マイクロストリップ線路３１〜３３の中央付近の電圧時間波形を示している。図中横軸にシミュレーション上の時刻（秒）が示されており、縦軸に電圧が示されている。なお、時刻軸には、ｅ−１０の倍数の位置に目盛を振っている。また、マイクロストリップ線路３１の電圧時間波形８１は実線で示され、マイクロストリップ線路３２の電圧時間波形８２は点線で示され、マイクロストリップ線路３３の電圧時間波形８３は破線で示されている。
【００６４】
図１２、図１３に示すように、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源を追加しない場合、マイクロストリップ線路３２に供給されるＤＣバイアス電圧の影響で、マイクロストリップ線路３２の電圧時間波形８２の電圧レベルは０Ｖからずれている。しかも、急峻にＤＣバイアスが入力されるため、各電圧時間波形８２はシミュレーションの時刻が８ｅ−１０になっても安定しない。
【００６５】
次に、第２の比較例として、緩やかにＤＣバイアスをかけた場合のシミュレーション結果を示す。なお、この場合も第１の比較例と同様に、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源は追加されず、図５に示した電磁波解析リンク用回路ブロック４０ａを用いて電磁波／回路結合解析が行われる。
【００６６】
図１４は、緩やかにＤＣバイアスをかけた場合のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１５は、図１４のシミュレーション結果を電圧軸方向に拡大した図である。図１４、図１５の例では、ＤＣバイアス電圧を０Ｖから１５Ｖまで徐々に加え、その後に高周波を入力した場合の例である。
【００６７】
図１４と図１５とには、マイクロストリップ線路３１〜３３の中央付近の電圧時間波形を示している。図中横軸にシミュレーション上の時刻（秒）が示されており、縦軸に電圧が示されている。なお、時刻軸には、ｅ−１０の倍数の位置に目盛を振っている。また、マイクロストリップ線路３１の電圧時間波形９１は実線で示され、マイクロストリップ線路３２の電圧時間波形９２は点線で示され、マイクロストリップ線路３３の電圧時間波形９３は破線で示されている。
【００６８】
図１４、図１５に示すように、緩やかにＤＣバイアスをかけた場合、各マイクロストリップ線路３１〜３３の電圧時間波形９１〜９３は、徐々に定常状態となる。そのため、定常状態になるまでに時間がかかる。その結果、シミュレーション時間が余分にかかる。なお、解析対象となる回路の規模や種類によっては、図１４、図１５に示した以上に、定常状態となるまでに多大な時間を要する場合も考えられる。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態における電圧時間波形（図１０、図１１）を、第１の比較例（図１２、図１３）や第２の比較例（図１４、図１５）と比較すると、本実施の形態では、電磁波解析を行う空間に対してＤＣバイアス電圧がかからないため早い段階で定常状態に達することが分かる。その結果、電磁波／回路解析の融合シミュレーションに要する計算時間が短縮される。
【００７０】
なお、定常状態における空間内の電磁波の過渡的な挙動（たとえば、電圧時間波形）は、ＤＣバイアス電圧の影響を受けない（ＤＣバイアス電圧による電圧レベルのずれはある）。そのため、マイクロストリップ線路３１〜３３に供給されるＤＣバイアス電圧を除去しても、電磁波の過渡的な挙動を正しく計算することができる。
【００７１】
なお、ＤＣバイアス電圧がかかる端子間を、ＤＣ的に短絡させることもできる。
図１６は、端子間をＤＣ的に短絡した回路ブロックを示す図である。図１６では、図８に示した構成とほとんど同じであるため、図８と同じ要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００７２】
ＤＣ的に短絡する場合、回路ブロック４１の図中右上の端子と回路ブロック５１の図中左上の端子との間に、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源４４、マイクロストリップ線路３２およびＤＣバイアス除去用ＤＣ電源５４と並列にＤＣ短絡用インダクタ６１を接続する。これにより、回路ブロック４１と回路ブロック５１との間の直流成分を短絡させた状態の回路解析を行うことができる。
【００７３】
また、上記の処理機能は、シミュレータ２００が有すべき機能の処理内容を記述したシミュレーションプログラムを実装すれば、汎用的なコンピュータ上でシミュレータ２００を実現できる。この場合、処理内容を記述したシミュレーションプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリなどがある。磁気記録装置には、ハードディスク装置（ＨＤＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、磁気テープなどがある。光ディスクには、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ（Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）／ＲＷ（ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）などがある。光磁気記録媒体には、ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ　ｄｉｓｃ）などがある。
【００７４】
シミュレーションプログラムを流通させる場合には、たとえば、そのシミュレーションプログラムが記録されたＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭなどの可搬型記録媒体が販売される。また、シミュレーションプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。
【００７５】
シミュレーションプログラムを実行するコンピュータは、たとえば、可搬型記録媒体に記録されたシミュレーションプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたシミュレーションプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からシミュレーションプログラムを読み取り、シミュレーションプログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接シミュレーションプログラムを読み取り、そのシミュレーションプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、サーバコンピュータからシミュレーションプログラムが転送される毎に、逐次、受け取ったシミュレーションプログラムに従った処理を実行することもできる。
【００７６】
（付記１）　空間内の電磁波解析と前記空間内に配置される回路の回路解析との融合シミュレーションを行うためのシミュレーションプログラムにおいて、
コンピュータに、
前記回路の構成を定義した回路ブロックに基づいて回路解析を行い、前記回路から出力される直流バイアス電圧を算出し、
前記回路ブロックから前記直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロックを生成し、
前記回路ブロックを前記電磁波解析リンク用回路ブロックに置き換えて、前記回路を含む空間内の電磁波の過渡的な挙動と、前記電磁波解析リンク用回路ブロックに基づく前記回路の過渡的な挙動との統一的な解析を行う、
処理を実行させることを特徴とするシミュレーションプログラム。
【００７７】
（付記２）　前記電磁波解析リンク用回路ブロックを生成する際には、前記回路ブロックの前記直流バイアス電圧が出力される端子に、前記直流バイアス電圧の逆電圧を発生させるバイアス除去電源を接続することを特徴とする付記１記載のシミュレーションプログラム。
【００７８】
（付記３）　前記解析では、前記回路の過渡的な挙動として前記直流バイアス電圧が除去された電圧を計算し、前記電圧に基づいて前記回路が配置された空間の電界値を計算し、前記電界値を用いて前記空間内の電磁波の過渡的な挙動を計算することを特徴とする付記１記載のシミュレーションプログラム。
【００７９】
（付記４）　前記電磁波解析リンク用回路ブロックを生成する際には、前記直流バイアス電圧が出力される前記端子と、前記回路に接続される他の回路の端子との間に、直流短絡用のインダクタを付加することを特徴とする付記１記載のシミュレーションプログラム。
【００８０】
（付記５）　空間内の電磁波解析と前記空間内に配置される回路の回路解析との融合シミュレーションを行うためのシミュレーション方法において、
前記回路の構成を定義した回路ブロックに基づいて回路解析を行い、前記回路から出力される直流バイアス電圧を算出し、
前記回路ブロックから前記直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロックを生成し、
前記回路ブロックを前記電磁波解析リンク用回路ブロックに置き換えて、前記回路を含む空間内の電磁波の過渡的な挙動と、前記電磁波解析リンク用回路ブロックに基づく前記回路の過渡的な挙動との統一的な解析を行う、
ことを特徴とするシミュレーション方法。
【００８１】
（付記６）　空間内の電磁波解析と前記空間内に配置される回路の回路解析との融合シミュレーションを行うシミュレーション装置において、
前記回路の構成を定義した回路ブロックに基づいて回路解析を行い、前記回路から出力される直流バイアス電圧を算出する直流バイアス電圧算出手段と、
直流バイアス電圧算出手段で算出された前記直流バイアス成分を、前記回路ブロックから除去した電磁波解析リンク用回路ブロックを生成する電磁波解析リンク用回路ブロック生成手段と、
前記回路ブロックを、前記電磁波解析リンク用回路ブロック生成手段で生成された前記電磁波解析リンク用回路ブロックに置き換えて、前記回路を含む空間内の電磁波の過渡的な挙動と、前記電磁波解析リンク用回路ブロックに基づく前記回路の過渡的な挙動との統一的な解析を行う解析手段と、
を有することを特徴とするシミュレーション装置。
【００８２】
（付記７）　空間内の電磁波解析と前記空間内に配置される回路の回路解析との融合シミュレーションを行うためのシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、
前記コンピュータに、
前記回路の構成を定義した回路ブロックに基づいて回路解析を行い、前記回路から出力される直流バイアス電圧を算出し、
前記回路ブロックから前記直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロックを生成し、
前記回路ブロックを前記電磁波解析リンク用回路ブロックに置き換えて、前記回路を含む空間内の電磁波の過渡的な挙動と、前記電磁波解析リンク用回路ブロックに基づく前記回路の過渡的な挙動との統一的な解析を行う、
処理を実行させることを特徴とするシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、回路から出力される直流バイアス電圧を除去した回路ブロックに基づいて回路解析を行うようにしたため、直流バイアス電圧の影響を受けずに電磁波解析を行うことができ、正確なシミュレーション結果を短時間で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に適用される発明の概念図である。
【図２】本発明の実施の形態に用いるコンピュータのハードウェア構成例を示す図である。
【図３】本実施の形態にかかるシミュレータの機能構成を示すブロック図である。
【図４】解析対象のモデルの一例を示す図である。
【図５】ＤＣバイアス電圧の除去を考慮していない電磁波解析リンク用回路ブロックの例を示す図である。
【図６】回路３４用のＤＣバイアス除去可能な電磁波解析リンク用回路ブロックを示す図である。
【図７】回路３５用のＤＣバイアス除去可能な電磁波解析リンク用回路ブロックを示す図である。
【図８】本実施の形態における電磁波／回路解析用の回路ブロックを示す図である。
【図９】電磁波／回路解析シミュレーションの処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】本実施の形態のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１１】図１０のシミュレーション結果を電圧軸方向に拡大した図である。
【図１２】ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源を追加しない場合のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１３】図１２のシミュレーション結果を電圧軸方向に拡大した図である。
【図１４】緩やかにＤＣバイアスをかけた場合のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１５】図１４のシミュレーション結果を電圧軸方向に拡大した図である。
【図１６】端子間をＤＣ的に短絡した回路ブロックを示す図である。
【符号の説明】
１　空間
２　回路ブロック
３　電磁波解析リンク用回路ブロック
２００　シミュレータ
２１０　解析条件設定部
２２０　電磁波解析部
２３０　回路解析部
２４０　電流源値引き渡し部
２５０　電界値引き渡し部
【図１】
2004046407.tif 000003
【図２】
2004046407.tif 000004
【図３】
2004046407.tif 000005
【図４】
2004046407.tif 000006
【図５】
2004046407.tif 000007
【図６】
2004046407.tif 000008
【図７】
2004046407.tif 000009
【図８】
2004046407.tif 000010
【図９】
2004046407.tif 000011
【図１０】
2004046407.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2004046407.tif 000014
【図１３】
2004046407.tif 000015
【図１４】
2004046407.tif 000016
【図１５】
2004046407.tif 000017
【図１６】
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