(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラウンドプレーンの構造，電源プレーンの構造，及び信号ビアの構造を示す情報を少なくとも備えたレイアウト情報を記憶するレイアウト情報記憶手段と、
電源プレーンとグラウンドプレーンで構成される電源供給系から生じる不要電磁放射の抑制量と、信号ビア及び２つのグラウンドプレーンを接続するグラウンドビアの距離との関係を示す近似式を記憶する放射抑制量記憶手段と、
前記レイアウト情報より、２つの前記グラウンドプレーンの間に配置された電源プレーンの構造を示す電源プレーン情報を抽出する電源プレーン抽出手段と、
前記レイアウト情報より、前記電源プレーン情報に対応する電源プレーンを挟む２つのグラウンドプレーンを貫通する信号ビアの構造を示す信号ビア情報を抽出する信号ビア抽出手段と、
前記近似式に基づいて、不要電磁放射の抑制量が所望とする値を満たすように、前記信号ビア情報で示される信号ビアと前記グラウンドビアとの距離を算出するビア間距離算出手段と
を少なくとも備えることを特徴とするプリント基板設計支援装置。
【請求項２】
請求項１記載のプリント基板設計支援装置において、
前記信号ビア情報で示される信号ビアに対し、前記ビア間距離算出手段が算出した距離以内に配置されているグランドビアの構造を示すグランドビア情報を、前記レイアウト情報より抽出するグラウンドビア抽出手段
を備えることを特徴とするプリント基板設計支援装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のプリント基板設計支援装置において、
前記信号ビア情報で示される信号ビアを中心として前記ビア間距離算出手段が算出した距離を半径とする円を、前記レイアウト情報より生成されるレイアウト図と共に表示する表示手段
を備えることを特徴とするプリント基板設計支援装置。
【請求項４】
請求項３記載のプリント基板設計支援装置において、
入力された指示の対象となる前記信号ビア情報を選択する信号ビア選択手段を備え、
前記表示手段は、前記信号ビア選択手段が選択した信号ビア情報に対応する前記円を表示する
ことを特徴とするプリント基板設計支援装置。
【請求項５】
レイアウト情報記憶手段が、グラウンドプレーンの構造，電源プレーンの構造，及び信号ビアの構造を示す情報を少なくとも備えたレイアウト情報を記憶するレイアウト情報記憶ステップと、
放射抑制量記憶手段が、電源プレーンとグラウンドプレーンで構成される電源供給系から生じる不要電磁放射の抑制量と、信号ビア及び２つのグラウンドプレーンを接続するグラウンドビアの距離との関係を示す近似式を記憶する放射抑制量記憶ステップと、
電源プレーン抽出手段が、前記レイアウト情報より、２つの前記グラウンドプレーンの間に配置された電源プレーンの構造を示す電源プレーン情報を抽出する電源プレーン抽出ステップと、
信号ビア抽出手段が、前記レイアウト情報より、前記電源プレーン情報に対応する電源プレーンを挟む２つのグラウンドプレーンを貫通する信号ビアの構造を示す信号ビア情報を抽出する信号ビア抽出ステップと、
ビア間距離算出手段が、前記近似式に基づいて、不要電磁放射の抑制量が所望とする値を満たすように、前記信号ビア情報で示される信号ビアと前記グラウンドビアとの距離を算出するビア間距離算出ステップと
を少なくとも備えることを特徴とするプリント基板設計支援方法。
【請求項６】
請求項５記載のプリント基板設計支援方法において、
グラウンドビア抽出手段が、前記信号ビア情報で示される信号ビアに対し、前記ビア間距離算出ステップで算出した距離以内に配置されているグランドビアの構造を示すグランドビア情報を、前記レイアウト情報より抽出するグラウンドビア抽出ステップ
を備えることを特徴とするプリント基板設計支援方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載のプリント基板設計支援方法において、
表示手段が、前記信号ビア情報で示される信号ビアを中心として前記ビア間距離算出ステップが算出した距離を半径とする円を、前記レイアウト情報より生成されるレイアウト図と共に表示する表示ステップ
を備えることを特徴とするプリント基板設計支援方法。
【請求項８】
請求項７記載のプリント基板設計支援方法において、
信号ビア選択手段が、入力された指示の対象となる前記信号ビア情報を選択する信号ビア選択ステップを備え、
前記表示ステップでは、前記表示手段が、前記信号ビア選択ステップが選択した信号ビア情報に対応する前記円を表示する
ことを特徴とするプリント基板設計支援方法。
【請求項９】
コンピュータに、
グラウンドプレーンの構造，電源プレーンの構造，及び信号ビアの構造を示す情報を少なくとも備えたレイアウト情報を記憶するレイアウト情報記憶機能と、電源プレーンとグラウンドプレーンで構成される電源供給系から生じる不要電磁放射の抑制量と、信号ビア及び２つのグラウンドプレーンを接続するグラウンドビアの距離との関係を示す近似式を記憶する放射抑制量記憶機能と、
前記レイアウト情報より、２つの前記グラウンドプレーンの間に配置された電源プレーンの構造を示す電源プレーン情報を抽出する電源プレーン抽出機能と、
前記レイアウト情報より、前記電源プレーン情報に対応する電源プレーンを挟む２つのグラウンドプレーンを貫通する信号ビアの構造を示す信号ビア情報を抽出する信号ビア抽出機能と、
前記近似式に基づいて、不要電磁放射の抑制量が所望とする値を満たすように、前記信号ビア情報で示される信号ビアと前記グラウンドビアとの距離を算出するビア間距離算出機能と
を少なくとも実現させるためのプログラム。
【請求項１０】
請求項９記載のプログラムにおいて、
前記信号ビア情報で示される信号ビアに対し、前記ビア間距離算出機能で算出した距離以内に配置されているグランドビアの構造を示すグランドビア情報を、前記レイアウト情報より抽出するグラウンドビア抽出機能
をコンピュータに実現させることを特徴とするプログラム。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載のプログラムにおいて、
前記信号ビア情報で示される信号ビアを中心として前記ビア間距離算出機能が算出した距離を半径とする円を、前記レイアウト情報より生成されるレイアウト図と共に表示する表示機能
をコンピュータに実現させることを特徴とするプログラム。
【請求項１２】
請求項１１記載のプログラムにおいて、
入力された指示の対象となる前記信号ビア情報を選択する信号ビア選択機能をコンピュータに実現させるプログラム備え、
前記表示機能では、前記信号ビア選択機能が選択した信号ビア情報に対応する前記円を表示する
ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板の電源プレーンとグラウンドプレーンを貫通する信号ビアに起因して電源プレーンとグラウンドプレーン間から生じる不要電磁放射を抑制するためのグラウンドビアの配置に関する設計を支援するプリント基板設計支援装置及び方法並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩやＩＣを搭載したプリント基板から放射される不要な電磁波は、放送や通信に障害を及ぼし、また、他の電子機器に誤動作を引き起こす原因となる。このため、プリント基板からの不要な電磁放射は、低く抑える必要がある。プリント基板からの主な電磁放射として、電源プレーンとグラウンドプレーンで構成される電源供給系からの放射がある。具体的には、電源プレーンとグラウンドプレーン間に生じた電圧変動により、両プレーンが平行平板アンテナとなって電磁波が放射される。この電源プレーンとグラウンドプレーン間に電圧変動を生じる原因の１つに、これら両プレーンを貫通して配置された信号ビアが一般に知られている。
【０００３】
図２３は、信号ビア２３０１が電源プレーン２３０２とグラウンドプレーン２３０３を貫通して配置されることを示すプリント基板２３０４の構成を模式的に示す断面図である。プリント基板２３０４の表面裏面には、信号配線２３０５が形成され、プリント基板２３０４の内部には、電源プレーン２３０２とグラウンドプレーン２３０３との間の層に内部信号配線２３０６が配置されている。
【０００４】
信号配線２３０５を流れる電流は、電源プレーン２３０２もしくはグラウンドプレーン２３０３の一方をリターンパスの経路とする。電源プレーン２３０２とグラウンドプレーン２３０３を貫通する信号ビア２３０１においては、信号電流に対するリターンパスが不連続となり、これにより両プレーン間に電圧変動を生じる。信号ビア２３０２は、異なる層に配線された信号配線２３０５を電気的に接続するため必要であるが、不要な電磁放射を増加させる原因となるため、なるべく設けないことが望ましい。しかし、電子機器の小型化や高密度実装化に伴い、プリント基板上で信号配線を配線する領域は限定されており、信号ビアの配置は避けられなくなっている。
【０００５】
このような電源プレーンとグラウンドプレーンからの不要電磁放射を抑制するため、信号ビアの近傍にリターンパスとして電源プレーンとグラウンドプレーン間にキャパシタを配置することや、グラウンドプレーン同士を接続するグラウンドビアを配置することが行われている。このキャパシタやグラウンドビアが、不要電磁放射を抑制するために適切な位置に配置されているかをチェックする方法が提案されている（特許文献１，特許文献２参照）。
【０００６】
特許文献１では、電源プレーンとグラウンドプレーン間の電圧変動を抑制する観点から、信号ビアとキャパシタとの距離が許容可能な範囲よりも大きい場合に警告を発することで電圧変動を抑制し、不要電磁放射を抑制している。
特許文献２では、信号ビアに対して指定された範囲内にリターンパスとなる経路が存在するかを判定することで不要電磁波放射を抑制している。
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２００４／１１１８９０号公報
【特許文献２】特開２００７−０１１６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これらの技術にはいくつかの問題がある。まず、特許文献１の方法ではキャパシタにより信号電流のリターンパスを確保しているが、キャパシタ自体が持つインダクタンス、及び実装時のパッドによるインダクタンスがあるため、高周波の信号電流に対してキャパシタがリターンパスとならない。また、キャパシタの配置により電源供給系の共振周波数が高周波側にシフトし、予期しない共振による不要電磁放射を生じることがある。このため、信号ビアの近傍にキャパシタを配置することで広い周波数帯の不要電磁放射を抑制することは困難である。
【０００９】
一方でグラウンドビアは、実装にパッドを必要としないためインダクタンス成分が小さく、高周波までリターンパスとして機能する有効な手段である。また、信号電流のリターンパスという観点では、信号ビアに対してグラウンドビアを近傍に配置するほど、電源供給系からの不要電磁放射を抑制することができる。
【００１０】
特許文献２の方法では、このグラウンドビアが信号ビア周囲の指定範囲内に存在するかをチェックしているが、不要電磁放射の抑制量を定量的に把握できないという問題点があった。このため、不要電磁放射を十分低く抑制できずに、プリント基板の製造後に設計変更や対策部品の追加が必要となる場合がある。または、不要電磁放射を十分に抑制できているにもかかわらず、信号ビアのさらに近傍にグラウンドビアを追加して配置するよう設計者が判断してしまう場合がある。このことは、プリント基板設計の自由度を低下させることになるため、電子機器の小型化、高密度実装化を実現するためのプリント基板方法として望ましくない。
【００１１】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、プリント基板の電源プレーンとグラウンドプレーンを貫通して配置された信号ビアに起因する電源−グラウンド層間からの不要電磁放射を抑制可能とする設計を、より容易にできるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るプリント基板設計支援装置は、グラウンドプレーンの構造，電源プレーンの構造，及び信号ビアの構造を示す情報を少なくとも備えたレイアウト情報を記憶するレイアウト情報記憶手段と、電源プレーンとグラウンドプレーンで構成される電源供給系から生じる不要電磁放射の抑制量と、信号ビア及び２つのグラウンドプレーンを接続するグラウンドビアの距離との関係を示す近似式を記憶する放射抑制量記憶手段と、レイアウト情報より、２つのグラウンドプレーンの間に配置された電源プレーンの構造を示す電源プレーン情報を抽出する電源プレーン抽出手段と、レイアウト情報より、電源プレーン情報に対応する電源プレーンを挟む２つのグラウンドプレーンを貫通する信号ビアの構造を示す信号ビア情報を抽出する信号ビア抽出手段と、近似式に基づいて、不要電磁放射の抑制量が所望とする値を満たすように、信号ビア情報で示される信号ビアとグラウンドビアとの距離を算出するビア間距離算出手段とを少なくとも備えるようにしたものである。
【００１３】
また、本発明に係るプリント基板支援方法は、グラウンドプレーンの構造，電源プレーンの構造，及び信号ビアの構造を示す情報を少なくとも備えたレイアウト情報を記憶するレイアウト情報記憶ステップと、電源プレーンとグラウンドプレーンで構成される電源供給系から生じる不要電磁放射の抑制量と、信号ビア及び２つのグラウンドプレーンを接続するグラウンドビアの距離との関係を示す近似式を記憶する放射抑制量記憶ステップと、レイアウト情報より、２つのグラウンドプレーンの間に配置された電源プレーンの構造を示す電源プレーン情報を抽出する電源プレーン抽出ステップと、レイアウト情報より、電源プレーン情報に対応する電源プレーンを挟む２つのグラウンドプレーンを貫通する信号ビアの構造を示す信号ビア情報を抽出する信号ビア抽出ステップと、近似式に基づいて、不要電磁放射の抑制量が所望とする値を満たすように、信号ビア情報で示される信号ビアとグラウンドビアとの距離を算出するビア間距離算出ステップとを少なくとも備えるようにしたものである。
【００１４】
また、本発明に係るプログラムは、コンピュータに、グラウンドプレーンの構造，電源プレーンの構造，及び信号ビアの構造を示す情報を少なくとも備えたレイアウト情報を記憶するレイアウト情報記憶機能と、電源プレーンとグラウンドプレーンで構成される電源供給系から生じる不要電磁放射の抑制量と、信号ビア及び２つのグラウンドプレーンを接続するグラウンドビアの距離との関係を示す近似式を記憶する放射抑制量記憶機能と、レイアウト情報より、２つのグラウンドプレーンの間に配置された電源プレーンの構造を示す電源プレーン情報を抽出する電源プレーン抽出機能と、レイアウト情報より、電源プレーン情報に対応する電源プレーンを挟む２つのグラウンドプレーンを貫通する信号ビアの構造を示す信号ビア情報を抽出する信号ビア抽出機能と、近似式に基づいて、不要電磁放射の抑制量が所望とする値を満たすように、信号ビア情報で示される信号ビアとグラウンドビアとの距離を算出するビア間距離算出機能とを少なくとも実現させるためのものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、記憶されている近似式により、信号ビア抽出手段で抽出された信号ビア情報で示される信号ビアとグラウンドビアとの距離を算出するようにしたので、プリント基板の電源プレーンとグラウンドプレーンを貫通して配置された信号ビアに起因する電源−グラウンド層間からの不要電磁放射を抑制可能とする設計が、より容易にできるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例について図を参照して説明する。
【００１７】
［実施例１］
始めに、本発明に係る実施例１について説明する。図１は、本発明の実施例１におけるプリント基板設計支援装置の構成例を示す構成図である。本装置は、レイアウト情報記憶部１０１、放射抑制量記憶部１０２、電源プレーン抽出部１０３、信号ビア抽出部１０４、及びビア間距離算出部１０５を備える。
【００１８】
レイアウト情報記憶部１０１は、プリント基板を構成しているグラウンドプレーンの構造，電源プレーンの構造，及び信号ビアの構造を示す情報（レイアウト情報）を記憶している。放射抑制量記憶部１０２は、プリント基板の電源プレーンとグラウンドプレーンで構成される電源供給系から生じる不要電磁放射の抑制量と、信号ビア及び２つのグラウンドプレーンを接続するグラウンドビアの距離との関係を示す近似式を記憶している。放射抑制量記憶部１０２には、例えば、所望とする不要電磁放射量の抑制量が記憶されている。
【００１９】
また、電源プレーン抽出部１０３は、レイアウト情報記憶部１０１に記憶されているレイアウト情報から、２つのグラウンドプレーンの間に形成された電源プレーンの構造を示す電源プレーン情報を抽出する。信号ビア抽出部１０４は、上記レイアウト情報より、抽出した電源プレーン情報に対応する電源プレーンを挟む２つのグラウンドプレーンを貫通する信号ビアの構造を示す信号ビア情報を抽出する。ビア間距離算出部１０５は、放射抑制量記憶部１０２に記憶されている近似式により、信号ビア抽出部１０４で抽出された信号ビア情報で示される信号ビアとグラウンドビアとの距離を算出する。
【００２０】
なお、実施例１におけるプリント基板設計支援装置は、例えば、ＣＰＵと主記憶装置と外部記憶装置とネットワーク接続装置となどを備えたコンピュータ機器であり、主記憶装置に展開されたプログラムによりＣＰＵが動作することで、上述した各機能が実現される。また、各機能は、複数のコンピュータ機器に分散させるようにしてもよい。
【００２１】
本実施例１におけるプリント基板設計支援装置では、ビア間距離算出部１０５が算出する距離は、設定されている抑制量に不要電磁放射が抑制される状態になる、信号ビアとグラウンドビアとの距離である。従って、対象となるプリント基板の信号ビアに対し、ビア間距離算出部１０５により算出された距離以上離れた所にグラウンドビアを配置すれば、不要電磁放射量を所望とする値に抑制できるようになる。このように、本実施例１によれば、プリント基板の電源プレーンとグラウンドプレーンを貫通して配置された信号ビアに起因する電源−グラウンド層間からの不要電磁放射を抑制可能とする設計が、より容易にできるようになる。
【００２２】
［実施例２］
次に、本発明に係る実施例２について説明する。図２は、本発明の実施例２におけるプリント基板設計支援装置の主要部の構成を示すブロック図である。本プリント基板設計支援装置２０１は、レイアウト情報入力部２０２、放射抑制量入力部２０３、電源プレーン抽出部２０４、信号ビア抽出部２０５、放射抑制量データベース２０６、ビア間距離算出部２０７、グラウンドビア抽出部２０８、及び表示部２０９を有する。
【００２３】
レイアウト情報入力部２０２は、例えば利用者（設計者）による本装置の操作により入力されたプリント基板のレイアウト情報の入力を受け付けて記憶する。放射抑制量入力部２０３は、例えば設計者による本装置の操作により入力された、電源供給系から生じる不要電磁放射の抑制量の入力を受け付けて記憶する。電源プレーン抽出部２０４は、レイアウト情報入力部２０２から入力されたレイアウト情報から２つ以上のグラウンドプレーンの間に形成された電源プレーンを抽出する。
【００２４】
信号ビア抽出部２０５は、電源プレーン抽出部２０４で抽出された電源プレーンを貫通して配置された信号ビアを抽出する。放射抑制量データベース２０６は、信号ビアとグラウンドビア間の距離に対する不要電磁放射の抑制量の関係近似式及び定数（比例係数）が格納されている。ビア間距離算出部２０７は、放射抑制量データベース２０６に蓄積されている近似式を用いて、放射抑制量入力部２０３から入力された放射抑制量を満足するための信号ビアとグラウンドビア間の距離を算出する。
【００２５】
グラウンドビア抽出部２０８は、信号ビア抽出部２０５で抽出された信号ビアを中心として、ビア間距離算出部２０７で算出されたビア間距離を半径とする円内に配置されたグラウンドビアを抽出する。表示部２０９は、レイアウト情報入力部２０２で入力されたプリント基板のレイアウト情報、電源プレーン抽出部２０４で抽出された電源プレーン、信号ビア抽出部２０５で抽出された信号ビアを表示する。
【００２６】
また、電源プレーン抽出部２０４で抽出対象となる電源プレーンが存在しない場合や、信号ビア抽出部２０５で抽出対象となる信号ビアが存在しない場合に、レイアウト情報の中に本設計支援装置が対象とするレイアウトが存在しないことを表示する。また、グラウンドビア抽出部２０８でグラウンドビアが抽出されなかった場合に警告を表示する。
【００２７】
図３に、図２に示したプリント基板設計支援装置１の各機能ブロックを実現するためのコンピュータ機器のハードウェア構成を示す構成図である。図３を参照すると、プリント基板設計支援装置１０１は、プリント基板設計支援プログラムや、この支援プログラムにおける計算に必要な各種データが記憶された記憶媒体３０１と、プリント基板設計支援装置本体３０２とを有する。
【００２８】
記憶媒体３０１は、例えばＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤに代表される記憶媒体である。記憶媒体３０１には、電源プレーンの抽出、信号ビアの抽出、ビア間距離の算出、グラウンドビアの抽出に使用するプログラム、及び信号ビアとグラウンドビア間の距離と不要電磁放射の抑制量との関係を表す近似式が格納されている。また、記憶媒体には、この近似式に含まれる複数の係数値が格納されている。
【００２９】
プリント基板設計支援装置本体３０２は、データの入出力を行う入出力装置３０３と、記憶媒体３０１から読み込まれたプログラムや入出力装置３０３にて入力されたデータなどを記憶する記憶装置３０４と、装置全体の制御及び計算を行う演算装置（ＣＰＵ）３０５、及び処理の状況や警告を表示するための表示装置３０６を有する。記憶媒体３０１に対してデータの読み出しや書き込みを行う装置（不図示）、入出力装置３０３、記憶装置３０４、演算装置３０５及び表示装置３０６は、バス３０７により相互に接続されている。
【００３０】
入出力装置３０３は、図２に示したレイアウト情報入力部２０２及び放射抑制量入力部２０３に対応する。演算装置３０５は、図２に示した電源プレーン抽出部２０４、信号ビア抽出部２０５、ビア間距離算出部２０７、グラウンドビア抽出部２０８といった複数の機能部を有する。各機能部は、記憶媒体３０１に格納されたプログラムをＣＰＵが実行することで提供される。表示装置３０６は、図２に示した表示部２０９に対応する。
【００３１】
図３に示したハードウェア構成において、入出力装置３０３にて、プリント基板のレイアウト情報、不要電磁放射の抑制量が入力される。この入力情報は、入力装置３３からバス３０７を介して記憶装置３０４に格納される。記憶装置３０４には、記憶媒体３０１から読み込んだプログラムも格納される。演算装置３０５では、記憶装置３０４に格納された情報（プリント基板のレイアウト情報、不要電磁放射の抑制量）やプログラムを使用して、信号ビアに対するグラウンドビアが不要電磁放射の抑制量を満足するように配置されていることをチェックする。この結果は、表示装置３０６に表示される。
【００３２】
次に、本実施例のプリント基板設計支援装置１０１の動作について詳細に説明する。図４は、図２に示したプリント基板設計支援装置２０１の動作を示すフローチャートである。以下、図２から図４を参照して動作説明を行う。プリント基板設計支援装置１０１が起動すると、演算装置３０５が、記憶装置３０４に格納されているプログラムを読み込んで実行する。これにより、図２に示した各機能ブロックが実現される。
【００３３】
プリント基板設計支援装置１０１が起動した後、設計者の操作により、レイアウト情報入力部２０２に、電源プレーンとグラウンドプレーンの構造、ＬＳＩやＩＣなどの電子デバイスとデカップリングコンデンサの搭載位置などのプリント基板のレイアウトに関するデータ（レイアウト情報）が入力される（ステップＳ４０１）。また、レイアウト情報入力部２０２は、入力されたレイアウト情報を記憶する。この入力データは、レイアウト情報入力部２０２から電源プレーン抽出部２０４に出力される。また、このレイアウト情報に含まれる座標や接続情報に基づいて、プリント基板のレイアウトの画像が生成され、表示部２０９に出力される。
【００３４】
次に、設計者の操作により、放射抑制量入力部２０３に、信号ビアに対してリターンパスとなるグラウンドビアを配置することによる不要電磁放射の抑制量が入力される（ステップＳ４０２）。この入力データは、ビア間距離算出部２０７に出力される。
【００３５】
次に、電源プレーン抽出部２０４が、レイアウト情報入力部２０２から供給されたレイアウト情報から、２つ以上のグラウンドプレーンの間に形成された電源プレーンを抽出する（ステップＳ４０３）。これは、グラウンドビアは、２つ以上のグラウンドプレーンを接続するものであること、及び、このグラウンドビアにより信号電流のリターンパスを形成して電源供給系からの不要電磁放射を抑制するためには、電源プレーンは２つ以上のグラウンドプレーンの間に形成されていることが必要となるためである。
【００３６】
この電源プレーン抽出部２０４による抽出で、２つ以上のグラウンドプレーンの間に形成された電源プレーンが存在して抽出されると（ステップＳ４０４）、抽出された電源プレーンに関する情報は、信号ビア抽出部２０５に出力される。一方、電源プレーンが存在していない場合（ステップＳ４０４）、表示部２０９に対象となる電源プレーンが存在しないことを表示する（ステップＳ４１１）。
【００３７】
次に、信号ビア抽出部２０５が、電源プレーン抽出部２０４から供給された電源プレーンの情報から、この電源プレーンを貫通して配置されている信号ビアを抽出する（ステップＳ４０５）。ここで、電源プレーンを貫通して配置される信号ビアが存在して抽出されると（ステップＳ４０６）、信号ビア抽出部２０５は、抽出した情報をグラウンドビア抽出部２０８に出力する。一方、信号ビアが抽出されない場合には（ステップＳ４０６）、表示部２０９に問題となる信号ビアが存在しないことを表示する（ステップＳ４１１）。
【００３８】
次に、ステップＳ４０７で、ビア間距離算出部２０７が、入力された不要電磁放射の抑制量を満足するための信号ビアとグラウンドビアの距離を、以下に示すように算出する。
【００３９】
まず、放射抑制量データベース２０６に、ビア間距離と不要電磁放射の抑制量との関係を表す以下の式（１）に示す近似式と、式（１）に含まれる複数の係数値（Ａ，Ｂ）が設定されている。
ｄ＝ｅｘｐ（ΔＥ−Ｂ）／Ａ・・・（１）
ここで、ｄは信号ビアとグラウンドビアの距離であり、ΔＥは不要電磁放射の抑制量を示す。
【００４０】
ビア間距離算出部２０７では、上記式（１）を用い、不要電磁放射の抑制量を満足する信号ビアとグラウンドビア間の距離を算出する。この算出の結果は、グラウンドビア抽出部２０８に出力されるとともに、表示部２０９に表示出力される。
【００４１】
以上のようにすることで、入力された不要電磁放射の抑制量を満足するための信号ビアとグラウンドビアの距離が算出されると、グラウンドビア抽出部２０８では、信号ビア抽出部２０５から出力された信号ビアの情報と、ビア間距離算出部２０７から出力されたビア間距離に関する情報に基づいて信号ビアの周囲に配置されたグラウンドビアを抽出する（ステップＳ４０８）。すなわち、ビア間距離を半径として、信号ビアを中心とする円内に配置されたグラウンドビアを抽出する。
【００４２】
ここで、対象となるグラウンドビアが抽出された場合には（ステップＳ４０９）、表示部２０９に対して問題となる信号ビアは存在しないことを出力する（ステップＳ４１１）。一方、グラウンドビアが抽出されなかった場合には、表示部２０９に対して該当する信号ビアの名前や配置位置に関する情報を出力する（ステップＳ４１１）。さらに、上記グラウンドビアが抽出されなかった信号ビアを中心として、ビア間距離算出部２０７から出力されたビア間距離を半径とする円を、表示部２０９に表示されているプリント基板のレイアウト画像中に追加して生成する。
【００４３】
以上のように、本実施の形態のプリント基板設計支援装置２０１によれば、不要電磁放射の抑制量を満足するように信号ビアに対するグラウンドビアが配置されていることを、設計段階で確認することが可能となる。特に、不要電磁放射の抑制量を定量的に指定してグラウンドビアの配置を確認できるため、信号配線の配線レイアウトや部品配置の高密度実装化と不要電磁放射の抑制を同時に考慮しながら設計を行うことが可能となる。また、グラウンドビアが適切に配置されていない場合にも、放射抑制量を満足するグラウンドビアの配置範囲がレイアウト画像中に表示されるため、不要電磁放射を抑制するための修正が容易に行える。
【００４４】
また、本発明におけるビア間距離の算出は、近似式を用いているため、算出に費やす時間は非常に短くできることから、設計最適化のプロセスを容易かつ短時間で行うことが可能となる。
【００４５】
ここで、不要電磁放射の抑制量から、これを満足する信号ビアとグラウンドビア間の距離を算出する近似式を導出するために行った３次元電磁界シミュレーションと実測の結果について説明する。
【００４６】
図５は、プリント基板設計支援装置２０１によるシミュレーションに用いたモデルの構成を示す平面図である。また、図６は、図５のＡ−Ａ’断面を示し、図７は、図５のＢ−Ｂ’断面を示している。本例では、図示するように、モデルのプリント基板は、誘電体基板５０１に２つのグラウンドプレーン５０２，グラウンドプレーン５０３と、１つの電源プレーン５０４とを備えている。誘電体基板５０１は、一般に使用されているＦＲ−４を模擬して比誘電率を４．３とした。
【００４７】
プリント基板は、これを貫通する信号ビア５０５を備え、また、２つのグラウンドプレーン５０２，グラウンドプレーン５０３を接続するグラウンドビアＡ５０６及びグラウンドビアＢ５０７を備えた。また、また、プリント基板の表面には、信号ビア５０５に接続する、特性インピーダンスが５０Ωの信号配線５０８を配置し、信号配線５０８には、入力電力が全ての周波数で１ｍＷに正規化された信号源５０９を接続した。信号配線５０８は、特性インピーダンスを５０Ωとした。また、プリント基板の裏面には、信号ビア５０５に接続する信号配線５１０を配置し、信号配線５１０には５０Ωの終端抵抗５１１を接続して終端した。
【００４８】
また、通常のプリント基板は筐体と接続するためのネジ穴が設けられることを考慮して、基板外周の６箇所のグラウンドプレーン接続点５１２で２つのグラウンドプレーン５０２，５０３を相互に接続した。なお、グラウンドビアＡ５０６及びグラウンドビアＢ５０７は、信号ビア５０５からｄ（ｍｍ）離れた位置に配置した。このようにモデル化することで、信号ビアを流れる電流により電源プレーンとグラウンドプレーン間に電圧変動が誘起され、両プレーンを平行平板アンテナとする電磁放射を算出することができる。
【００４９】
このシミュレーションでは、a)グラウンドビアを配置しないとき、b)グラウンドビアＡもしくはグラウンドビアＢのいずれか一方を配置したとき、c)２つのグラウンドビアを配置したとき、の３つの例について３ｍ点での放射電界強度を計算した。シミュレーション結果の一例を図８に示す。図８では、横軸に周波数、縦軸に３ｍ点での放射電界強度の最大値をとり、実線がグラウンドビアを配置しないとき、破線がグラウンドビアＡをｄ＝１ｍｍの位置に配置したときの計算結果を示している。また、図８において、黒丸は、電源プレーンとグラウンドプレーンの共振により放射電界強度がピークとなる点を示しており、ここでは４つの放射ピークが観測されている。
【００５０】
図８から、グラウンドビアを配置することで放射電界強度が抑制されていることが確認できる。また、４つの放射ピークの変化に着目すると、各々１０ｄＢ程度抑制されていることがわかる。このことから、グラウンドビアの配置により、周波数にほとんど依存せずに放射電界強度が抑制できることが確認できた。また、グラウンドビアを配置することで共振周波数が高周波側に移動しているが、この変化は小さいことも確認できた。
【００５１】
図９は、横軸に信号ビアとグラウンドビアの距離、縦軸に不要電磁放射の抑制量をとり、ビア間距離に対する不要電磁放射の抑制量を計算した結果、及びビア間距離に対する不要電磁放射の抑制量の関係を示す近似式を示す図である。図９において、まず、黒四角は、グラウンドビアＡのみを配置したとき、黒三角はグラウンドビアＡ及びグラウンドビアＢの両方を配置したときの結果を示している。実線及び破線については、後述する。電源プレーンとグラウンドプレーンからの放射電磁波が最も顕著に観測されるのは、両プレーンの共振によって生じる放射ピークである。このことから、ここでは、グラウンドビアの配置による放射ピーク強度の変動量を不要電磁放射の抑制量とした。
【００５２】
なお、通常のプリント基板では、図８において説明したように複数の放射ピークを生じるが、グラウンドビアの配置による各々の放射ピークの抑制量はほぼ一定とみなせる。ここでは、複数生じた放射ピークの変動量の平均値を、不要電磁放射の抑制量としている。ところで、このシミュレーションではグラウンドビアＢのみを配置した場合にも、グラウンドビアＡのみを配置したときと同様の結果が得られることを確認している。
【００５３】
図９から、信号ビアとグラウンドビア間の距離が近いほど不要電磁放射が大きく抑制されることがわかる。また、グラウンドビアＡのみを配置した場合と比較して、グラウンドビアＡ及びＢの両方を配置した方が不要電磁放射は大きく抑制されることがわかる。
【００５４】
このビア間距離と不要電磁放射の抑制量との関係は、ビア間距離の対数値に対して１次関数で近似でき、放射抑制量をΔＥ（ｄＢ）、ビア間距離をｄ（ｍｍ）とすると、これらの関係は次に示す式（２）で表すことができる。
ΔＥ＝Ａ・ｌｎ（ｄ）＋Ｂ・・・（２）
【００５５】
この式（２）に示す１次関数（関係近似式）の係数（定数）は、上述したシミュレーション結果より決定することができ、また、測定によって予め決定しておくことができる。図９には、このようにして決定された近似直線も示している。図９の実線がグラウンドビアＡのみを配置したとき、破線がグラウンドビアＡ及びグラウンドビアＢの両方を配置したときの放射抑制量に対する近似直線である。式（２）をビア間距離ｄについて解くことで式（１）が得られ、予め入力された放射抑制量を満足するビア間距離を算出することができる。図９より、ビア間距離が近いほど不要電磁放射を大きく抑制できるので、信号ビアを中心として式（１）で得られたビア間距離ｄを半径とする円内にグラウンドビアが配置されていれば、予め決められた不要電磁放射の抑制量が満足されることは明らかである。
【００５６】
なお、前述したように、電源プレーンとグラウンドプレーンから生じる放射電磁波は、両プレーンの共振モードに対応した複数の放射ピークを有する。グラウンドビアの配置による各放射ピークの変動量はほぼ一定とみなせるが、各変動量の微少な差を考慮する必要がある場合や、不要電磁放射の抑制量にマージンを見込んで設計する場合には、式（１）の係数Ａ，Ｂに所定の幅（範囲）を持たせればよい。
【００５７】
次に、このシミュレーション結果を確認するために、プリント基板を試作して実測による評価を行った結果について説明する。図１０は、試作したプリント基板の構成を模式的に示す平面図である。また、図１１は、図１０のＡ−Ａ’断面を示し、図１２は、図１０のＢ−Ｂ’断面を示している。このプリント基板は、図５，図６，及び図７を用いて説明した先述のシミュレーションモデルとほぼ同様の構成であり、誘電体基板（ＦＲ−４）１００１に２つのグラウンドプレーン１００２，グラウンドプレーン１００３，及び１つの電源プレーン１００４を有している。
【００５８】
また、基板外周の６箇所に設けられたネジ穴１０１２で２つのグラウンドプレーン１００２，１００３が接続されている。この基板１００１では、電源プレーン１００４とグラウンドプレーン１００２，１００３を貫通する信号ビア１００５，１０１５が２箇所に設けられている。これらの信号ビア１００５，１０１５に対し、次の３種類の基板を作製した。
【００５９】
まず、グラウンドビアが配置されていない試作基板１を作製した。また、グラウンドビアＡ１００６及びグラウンドビアＡ’１０１６のみが配置された試作基板２を作製した。加えて、グラウンドビアＡ１００６，グラウンドビアＡ’１０１６，グラウンドビアＢ１００７，及びグラウンドビアＢ’１０１７が配置された試作基板３を作成した。
【００６０】
ここで、グラウンドビアＡ１００６及びグラウンドビアＡ’１０１６のみを配置することは、信号ビア１００５，１０１５に対してグラウンドビアを１つのみ配置することであり、先述のシミュレーションモデルを示す図５において、グラウンドビアＡのみを配置することと同じ効果が得られる。また、グラウンドビアＡ１００６，グラウンドビアＡ’１０１６，グラウンドビアＢ１００７，及びグラウンドビアＢ’１０１７を配置することは、信号ビア１００５，１０１５に対して各々グラウンドビアを２つ配置することであり、図５においてグラウンドビアＡ及びグラウンドビアＢの両方を配置することと同じ効果が得られる。
【００６１】
ビア間距離ｄは１ｍｍ及び５ｍｍの２種類とした。信号配線１００８，１０１０，１０１８は、特性インピーダンス５０Ωであり、一方の端にはＳＭＡコネクタ１０１３を取り付け、もう一方の端は５０Ωの抵抗１０２３で終端した。ＳＭＡコネクタ１０１３を介して信号源を接続し、６面電波暗室にて３ｍ点での放射電界強度を測定した。なお、信号源からの入力電力はシミュレーションと同様に、各測定周波数において１ｍＷである。
【００６２】
測定結果の一例を図１３に示す。図１３は、横軸に周波数、縦軸に３ｍ点での放射電界強度の最大値をとり、実線がグラウンドビアを配置しないとき、破線がグラウンドビアＡ’１０１６，グラウンドビアＢ１００７，及びグラウンドビアＢ’１０１７を、信号ビア１００５，１０１５に対してｄ＝１ｍｍの位置に配置したときの測定結果を示している。また、図１３において、黒丸は、電源プレーンとグラウンドプレーンの共振により放射電界強度がピークとなる点を示している。図１３に示すように、試作基板を用いた実測による評価測定の結果、シミュレーションとほぼ同様の放射電界強度が観測された。
【００６３】
シミュレーションと試作基板では、図５と図１０からわかるように、信号配線とグラウンドプレーン間の距離が異なる。このため、信号配線からの電磁波放射の強度に差が生じ、図８に示したシミュレーション結果と、図１３に示した測定結果における放射電界強度の絶対値が異なっている。信号電流の影響による放射電界強度の差はあるものの、電源プレーンとグラウンドプレーンの共振によって生じる放射ピークについては、シミュレーションと試作基板による実測結果とにおいて同様の結果が得られている。すなわち、信号ビアから１ｍｍの位置にグラウンドビアを配置することによって、放射ピークにおける電界強度は１０ｄＢ程度抑制されている。
【００６４】
図１４は、横軸に信号ビアとグラウンドビアの距離、縦軸に不要電磁放射の抑制量をとり、ビア間距離に対する不要電磁放射の抑制量の測定結果を示している。図１４において、まず、黒四角は、グラウンドビアＡ１００６及びグラウンドビアＡ’１０１６のみを配置したとき、黒三角は、グラウンドビアＡ１００６，グラウンドビアＡ’１０１６，グラウンドビアＢ１００７，及びグラウンドビアＢ’１０１７を配置したときの結果を示している。
【００６５】
また、図９において、実線及び破線は先述のシミュレーションで求めたビア間距離と放射抑制量の関係近似式を示すものであり、実線はグラウンドビアＡ１００６及びグラウンドビアＡ’１０１６のみを配置したとき、破線はグラウンドビアＡ１００６，グラウンドビアＡ’１０１６，グラウンドビアＢ１００７，及びグラウンドビアＢ’１０１７の両方を配置したときの近似式を示している。
【００６６】
図１４より、プリント基板の測定結果より求めた放射抑制量は、先のシミュレーションにより求めた近似式と１ｄＢ以内の差で良好に一致していることが確認できる。
【００６７】
以上の結果から、信号ビアとグラウンドビア間の距離に対する不要電磁放射の抑制量は、シミュレーションや実測により決定される近似式及びその係数を用いて計算可能であることがわかる。層構成や基板材の誘電率などの組み合わせを変化させ、上記説明したように近似式及びその係数を決定してデータベースに蓄積しておくことで、さまざまなプリント基板において不要電磁放射を抑制するための信号ビアとグラウンドビア間の距離が計算可能となる。
【００６８】
本発明の実施例２における放射抑制量データベース２０６は、グラウンドビアを複数個配置した場合のビア間距離に対する放射抑制量の関係近似式を蓄積してもよい。例えば、上記シミュレーションと同様に、信号ビアに対してグラウンドビアを１個及び２個配置したときの、ビア間距離に対する放射抑制量の近似直線とこの近似直線（近似式）の係数を算出し、これらを放射抑制量データベース２０６に蓄積する。このとき、ビア間距離算出部２０７では、放射抑制量入力部２０３から入力された放射抑制量を満足するために必要なビア間距離を、グラウンドビアの配置個数ごとに算出し、グラウンドビア抽出部２０８に出力する。グラウンドビア抽出部２０８では、信号ビア抽出部２０５で抽出された信号ビアを中心として、グラウンドビアの配置個数に対応したビア間距離を半径とした円内に配置されたグラウンドビアの総数を抽出する。
【００６９】
具体的には、グラウンドビアが１個配置されたときの関係近似式より求めたビア間距離をｄ１、グラウンドビアが２個配置されたときの関係近似式より求めたビア間距離をｄ２とする。始めに、信号ビア抽出部２０５で抽出された信号ビアを中心とした半径ｄ１の円内に１個以上のグラウンドビアが抽出された場合には、表示部２０９に問題となる信号ビアは無いことを出力して処理を終了する。グラウンドビアが抽出されない場合には、次のステップとして信号ビアを中心として半径ｄ２の円内に配置されたグラウンドビアを抽出し、この総数が２個以上であれば表示部２０９に問題となる信号ビアは無いことを出力して処理を終了する。この処理においても放射量を抑制するために必要な個数のグラウンドビアが抽出されない場合には、表示部２０９に対して該当する信号ビアの名前や配置位置に関する情報を出力する。
【００７０】
［実施例３］
次に、本発明に係る実施例３について説明する。図１５は、本発明に係る実施例３におけるプリント基板設計支援装置１５０１の主要部の構成を示す構成図である。本実施例３のプリント基板設計支援装置１５０１は、前述の実施例２の装置に対し、レイアウト情報変更部２１０を新たに追加したものである。レイアウト情報変更部２１０は、レイアウト情報入力部２０２から出力されたプリント基板のレイアウトに関する情報を変更し、変更した情報を電源プレーン抽出部２０４に出力する。なお、図１５中、図２に示した構成と同じものには同じ符号を付しており、ここでは、その説明は省略する。
【００７１】
本実施例のプリント基板設計支援装置のハードウェア構成は、図３に示した構成と基本的に同じである。レイアウト情報入力部１０は、入出力装置３０３に備えられる。他の機能部は、実施例２の場合と同様である。
【００７２】
次に、本実施例のプリント基板設計支援装置１５０１の動作について詳細に説明する。図１６は、本実施例３におけるプリント基板設計支援装置１５０１の動作例を示すフローチャートである。以下、図１５及び図１６を参照して動作説明を行う。
【００７３】
プリント基板設計支援装置１５０１が起動した後、設計者の操作により、レイアウト情報入力部２０２に、電源プレーンとグラウンドプレーンの構造、ＬＳＩやＩＣなどの電子デバイスとデカップリングコンデンサの搭載位置などのプリント基板のレイアウトに関するデータ（レイアウト情報）が入力される（ステップＳ１６０１）。また、レイアウト情報入力部２０２は、入力されたレイアウト情報を記憶する。この入力データは、レイアウト情報入力部２０２からレイアウト情報変更部２１０に供給される。また、このレイアウト情報に含まれる座標や接続情報に基づいて、プリント基板のレイアウトの画像が生成され、表示部２０９に出力される。
【００７４】
次に、設計者の操作により、レイアウト情報変更部２１０において、電源プレーンとグラウンドプレーン間の電圧変動を抑制するため、電源プレーンやグラウンドプレーンの構造、ＬＳＩやＩＣなどの電子デバイスとデカップリングコンデンサなどの搭載位置の変更、信号配線の配線経路の変更、及びグラウンドビアの追加や削除、配置位置の変更など、レイアウトに関する変更が施される（ステップＳ１６０２）。変更が施されたレイアウト情報は、電源プレーン抽出部２０４に供給される。また、この変更されたレイアウト情報に基づいて、プリント基板のレイアウトの画像が生成され、表示部２０９に出力される。
【００７５】
次に、設計者の操作により、放射抑制量入力部２０３に、信号ビアに対してリターンパスとなるグラウンドビアを配置することによる不要電磁放射の抑制量が入力される（ステップＳ１６０２）。この入力データは、ビア間距離算出部２０７に出力される。
【００７６】
次に、電源プレーン抽出部２０４が、レイアウト情報変更部２１０から供給されたレイアウト情報から、２つ以上のグラウンドプレーンの間に形成された電源プレーンを抽出する（ステップＳ１６０３）。この電源プレーン抽出部２０４による抽出で、２つ以上のグラウンドプレーンの間に形成された電源プレーンが存在して抽出されると（ステップＳ１６０４）、抽出された電源プレーンに関する情報は、信号ビア抽出部２０５に出力される。一方、電源プレーンが存在していない場合（ステップＳ１６０４）、表示部２０９に対象となる電源プレーンが存在しないことを表示する（ステップＳ１６１２）。
【００７７】
次に、信号ビア抽出部２０５が、電源プレーン抽出部２０４から供給された電源プレーンの情報から、この電源プレーンを貫通して配置されている信号ビアを抽出する（ステップＳ１６０５）。ここで、電源プレーンを貫通して配置される信号ビアが存在して抽出されると（ステップＳ１６０６）、信号ビア抽出部２０５は、抽出した情報をグラウンドビア抽出部２０８に出力する。一方、信号ビアが抽出されない場合には（ステップＳ１６０６）、表示部２０９に問題となる信号ビアが存在しないことを表示する（ステップＳ１６１２）。
【００７８】
次に、ステップＳ１６０７で、ビア間距離算出部２０７が、ステップＳ１６０２で入力された不要電磁放射の抑制量を満足するための、信号ビアとグラウンドビアの距離を算出する。まず、ビア間距離と不要電磁放射の抑制量との関係を表す近似式（式（１））と式（１）に含まれる複数の係数値（Ａ，Ｂ）が設定される。式（１）と複数の係数値（Ａ，Ｂ）は、放射抑制量データベース２０６に予め格納されているものである。式（１）を用いて、不要電磁放射の抑制量を満足する信号ビアとグラウンドビア間の距離を算出し、この算出結果がグラウンドビア抽出部２０８に出力するとともに、表示部２０９に表示出力する。
【００７９】
グラウンドビア抽出部２０８では、信号ビア抽出部２０５から出力された信号ビアの情報と、ビア間距離算出部２０７から出力されたビア間距離に関する情報に基づいて信号ビアの周囲に配置されたグラウンドビアを抽出する（ステップＳ１６０８）。すなわち、ビア間距離を半径として、信号ビアを中心とする円内に配置されたグラウンドビアを抽出する。
【００８０】
ここで、対象となるグラウンドビアが抽出された場合には（ステップＳ１６０９）、表示部２０９に対して問題となる信号ビアは存在しないことを出力する（ステップＳ１６１２）。一方、グラウンドビアが抽出されなかった場合には、表示部２０９に対して該当する信号ビアの名前や配置位置に関する情報を出力する（ステップＳ１６１０）。さらに、上記グラウンドビアが抽出されなかった信号ビアを中心として、ビア間距離算出部２０７から出力されたビア間距離を半径とする円を、表示部２０９に表示されているプリント基板のレイアウト画像中に追加して生成する。
【００８１】
この後、設計者は、表示部２０９に表示された結果に基づいて、レイアウトの変更が必要かどうかの判断を行う。ここで、不要電磁放射を抑制するために問題となる信号ビアが存在しない、または、グラウンドビアが適切に配置されていると判断した場合は、本装置に対してレイアウト情報の変更は不必要である旨を入力する。この入力により、プリント基板設計支援装置１５０１は、全ての工程を終了する（ステップＳ１６１１）。一方、信号ビアに対してグラウンドビアが適切に配置されておらず、レイアウトを変更する必要があると判断した場合には、レイアウト情報の変更が必要である旨が入力される。この入力により、プリント基板設計支援装置１５０１は、ステップＳ１６０２に戻る（ステップＳ１６１１）。
【００８２】
本実施例３のプリント基板設計支援装置１５０１によれば、電源プレーンとグラウンドプレーンから生じる不要電磁放射を抑制するために、レイアウト情報変更部２１０にて、電源プレーン、グラウンドプレーンの構造、ＬＳＩやＩＣなどの電子デバイスとデカップリングコンデンサなどの搭載位置の変更、信号配線の配線経路の変更、または、グラウンドビアの追加や削除、配置位置の変更を実施することが可能である。これにより、電源プレーンとグラウンドプレーンからの不要電磁放射を抑制するための対策の効果を確認しながら設計を行うことができる。これにより、不要電磁放射を抑制したプリント基板を設計することができる。
【００８３】
［実施例４］
次に、本発明に係る実施例４について説明する。図１７は、本発明に係る実施例４におけるプリント基板設計支援装置１７０１の主要部の構成を示す構成図である。本実施例４のプリント基板設計支援装置１７０１は、図２に示した構成において、グラウンドビア抽出部２０８を信号ビア選択部１７０８に変更したものである。信号ビア選択部１７０８は、信号ビア抽出部２０５から出力された信号ビアの情報に基づいて、設計者により選択された任意の信号ビアを中心としたレイアウト画像を生成し、ビア間距離算出部２０７から供給された信号ビアとグラウンドビア間の距離を半径とした円をレイアウト画像中にさらに生成し、表示部２０９に出力する。なお、図１７中、図２に示した構成と同じものには同じ符号を付しており、ここでは、その説明は省略する。
【００８４】
本実施例４のプリント基板設計支援装置１７０１のハードウェア構成は、図３に示した構成と基本的に同じである。信号ビア選択部１７０８は、入出力装置３０３に備えられる。他の機能部は、実施例２の場合と同様である。
【００８５】
次に、本実施例のプリント基板設計支援装置１７０１の動作について詳細に説明する。図１８は、図１７に示したプリント基板設計支援装置１７０１の動作例を示すフローチャートである。以下、図１７及び図１８を参照して動作説明を行う。
【００８６】
プリント基板設計支援装置１７０１が起動した後、設計者の操作により、レイアウト情報入力部２０２に、電源プレーンとグラウンドプレーンの構造、ＬＳＩやＩＣなどの電子デバイスとデカップリングコンデンサの搭載位置などのプリント基板のレイアウトに関するデータ（レイアウト情報）が入力される（ステップＳ１８０１）。また、レイアウト情報入力部２０２は、入力されたレイアウト情報を記憶する。この入力データは、レイアウト情報入力部２０２から電源プレーン抽出部２０４に供給される。また、このレイアウト情報に含まれる座標や接続情報に基づいて、プリント基板のレイアウトの画像が生成され、表示部２０９に出力される。
【００８７】
次に、設計者の操作により、放射抑制量入力部２０３に、信号ビアに対してリターンパスとなるグラウンドビアを配置することによる不要電磁放射の抑制量が入力される（ステップＳ１８０２）。この入力データは、ビア間距離算出部２０７に出力される。
【００８８】
次に、電源プレーン抽出部２０４が、レイアウト情報入力部２０２から供給されたレイアウト情報から、２つ以上のグラウンドプレーンの間に形成された電源プレーンを抽出する（ステップＳ１８０３）。
この電源プレーン抽出部２０４による抽出で、２つ以上のグラウンドプレーンの間に形成された電源プレーンが存在して抽出されると（ステップＳ１８０４）、抽出された電源プレーンに関する情報は、信号ビア抽出部２０５に出力される。一方、電源プレーンが存在していない場合（ステップＳ１８０４）、表示部２０９に対象となる電源プレーンが存在しないことを表示する（ステップＳ１８１０）。
【００８９】
次に、信号ビア抽出部２０５が、電源プレーン抽出部２０４から供給された電源プレーンの情報から、この電源プレーンを貫通して配置されている信号ビアを抽出する（ステップＳ１８０５）。ここで、電源プレーンを貫通して配置される信号ビアが存在して抽出されると（ステップＳ１８０６）、信号ビア抽出部２０５は、抽出した情報を信号ビア選択部１７０８に出力する（ステップＳ１８０７）。また、抽出された信号ビアに関する情報をリスト形式にして表示部２０９に出力する。表示部２０９では、この信号ビアに関する情報を、操作者の操作可能な状態で表示する。一方、信号ビアが抽出されない場合には（ステップＳ１８０６）、表示部２０９に対象となる信号ビアが存在しないことを表示する（ステップＳ１８１０）。
【００９０】
次に、ステップＳ１８０８で、ビア間距離算出部２０７が、ステップＳ１８０２で入力された不要電磁放射の抑制量を満足するための、信号ビアとグラウンドビアの距離を算出する。まず、ビア間距離と不要電磁放射の抑制量との関係を表す近似式（式（１））と式（１）に含まれる複数の係数値（Ａ，Ｂ）が設定される。式（１）と複数の係数値（Ａ，Ｂ）は、放射抑制量データベース２０６に予め格納されているものである。式（１）を用いて、不要電磁放射の抑制量を満足する信号ビアとグラウンドビア間の距離を算出し、この算出結果がグラウンドビア抽出部２０８に出力するとともに、表示部２０９に表示出力する。
【００９１】
次に、操作者が表示部２０９に表示された信号ビアのリストから任意の信号ビアを選択すると、信号ビア選択部１７０８において、信号ビア抽出部２０５から入力された信号ビアに関する情報のうち、操作者が選択した信号ビアを抽出する。そして、この信号ビアを中心として、ビア間距離算出部２０７から供給されたビア間距離を半径とする円を、表示部２０９に表示されているプリント基板のレイアウト画像中に追加する（ステップＳ１９８０９）。
【００９２】
本実施例４のプリント基板設計支援装置１７０１によれば、電源プレーンとグラウンドプレーンから生じる不要電磁放射を抑制するために、設計者が選択した任意の信号ビアに対して、グラウンドビアを配置するべき範囲を表示することができる。これにより、設計者はグラウンドビアの配置が適切であるかを確認するとともに、例えば、不要電磁放射を抑制しつつ高密度に信号配線や部品を配置できるように、グラウンドビアの配置位置を適宜調整することができる。これにより、プリント基板のレイアウト設計における自由度が高くなり、高密度な実装と不要電磁放射の抑制を両立したプリント基板を設計することができるようになる。
【００９３】
次に、本発明の実施例２におけるプリント基板設計支援装置２０１によるシミュレーション例について説明する。以下では、図１９に示すプリント基板を対象とする。このプリント基板は平面視１４５ｍｍ×２１０ｍｍの寸法に形成されている。また、図２０の一部断面図にも示すように、誘電体基板１９０１に２つのグラウンドプレーン１９０２，グラウンドプレーン１９０３と、１つの電源プレーン１９０４とを備えている。グラウンドプレーン１９０２，グラウンドプレーン１９０３，及び電源プレーン１９０４は、プリント基板と同様に、１４５ｍｍ×２１０ｍｍの広さとされている。
【００９４】
また、プリント基板は、これを貫通する信号ビア１９０５ａ，１９０５ｂを備え、また、２つのグラウンドプレーン１９０２，グラウンドプレーン１９０３を接続するグラウンドビア１９０６を備える。また、プリント基板の表面には、第１ＬＳＩ１９０９及び第１ＬＳＩ１９１０が実装され、第１ＬＳＩ１９０９と信号ビア１９０５ａとを接続する幅１．８ｍｍの信号配線１９０８ａ，及び信号ビア１９０５ｂと第２ＬＳＩ１９１０とを接続する幅１．８ｍｍの信号配線１９０８ｂを備える。一方、プリント基板の裏面には、信号ビア１９０５ａと信号ビア１９０５ｂとを接続する裏面信号配線１９１１を備える。また、プリント基板は筐体と接続するためのネジ穴が設けられることを考慮して、基板外周の６箇所のネジ穴１９１２で２つのグラウンドプレーン１９０２，１９０３を相互に接続した。
【００９５】
以上のように構成したプリント基板を用意し、まず、実施例２のプリント基板設計支援装置２０１において、設計者の操作により、レイアウト情報入力部２０２に、プリント基板の寸法（１４５ｍｍ×２１０ｍｍ）、誘電体基板１９０１の基板材の誘電率（４．３）、電源プレーン１９０４の平面寸法（１４５ｍｍ×２１０ｍｍ）、２つのグラウンドプレーン１９０２，１９０３の平面寸法（１４５ｍｍ×２１０ｍｍ）、信号配線１９０８ａ，１９０８ｂ，裏面信号配線１９１１の幅（１．８ｍｍ）とこれら配線経路に関する情報、ネジ穴１９１２（基板外周６箇所）、グラウンドビア１９０６、及びこれらの位置関係と第１ＬＳＩ１９０９及び第２ＬＳＩ１９１０の搭載位置を示すレイアウト情報を入力する。このレイアウト情報が入力されると、入力された情報に基づいて生成されたレイアウト画像が表示部２０９に表示された。
【００９６】
次に、電源プレーン抽出部２０４により、２つのグラウンドプレーン１９０２，１９０３の間に形成された電源プレーン１９０４が抽出され、抽出された情報が信号ビア抽出部２０５に出力された。信号ビア抽出部２０５では、この電源プレーンを貫通して配置された信号ビアとして、信号ビア１９０５ａ及び信号ビア１９０５ｂが抽出され、抽出された情報がグラウンドビア抽出部２０８に出力された。
【００９７】
次に、設計者の操作により、放射抑制量入力部２０３に不要電磁放射の抑制量として−１０ｄＢが入力されると、入力された抑制量がビア間距離算出部２０７に出力された。次に、入力されたプリント基板のレイアウト情報に対応する複数の係数を有する近似式が放射抑制量データベース２０６から取り出され、ビア間距離算出部２０７において不要電磁放射の抑制量である−１０ｄＢを満足するための信号ビア１９０５ｂとグラウンドビア１９０６との距離が算出された。この結果算出されたビア間距離は、１個のグラウンドビアを配置するとき１．２ｍｍ、２個のグラウンドビアを配置するとき６．３ｍｍとして表示された。これらのグラウンドビアの配置個数とビア間距離のデータがグラウンドビア抽出部２０８に出力された。
【００９８】
次に、グラウンドビア抽出部２０８では、始めに信号ビア１９０５ａを中心として、半径１．２ｍｍの円内に配置されたグラウンドビアを検索した。この結果、グラウンドビアは抽出されなかったため、半径６．３ｍｍの円内に配置されたグラウンドビアを検索した。ここでもグラウンドビアが抽出されなかったため、表示部２０９に信号ビア１９０５ａの情報を表示出力した。さらに、図２１に示すように、信号ビア１９０５ａを中心として半径１．２ｍｍの円２１０１及び半径６．３ｍｍの円２１０２がレイアウト画像２１１０の中に追加して生成され、これらが表示部２０９に表示された。
【００９９】
次に、グラウンドビア抽出部２０８では、信号ビア１９０５ｂを中心として、半径１．２ｍｍの円内に配置されたグラウンドビアを検索した。この結果、グラウンドビアは抽出されなかったため、半径６．３ｍｍの円内に配置されたグラウンドビアを検索した。この結果、抽出されたグラウンドビアは１個であり、また、半径６．３ｍｍの円内にグラウンドビアは２個以上配置されていないため、表示部２０９に信号ビア１９０５ｂの情報を出力した。さらに、図２２に示すように、信号ビア１９０５ｂを中心として半径１．２ｍｍの円２２０１及び半径６．３ｍｍの円２２０２がレイアウト画像２２１０の中に追加して生成され、これらが表示部２０９に表示された。
【０１００】
以上の結果、放射抑制量−１０ｄＢに対して、信号ビア１９０５ａ及び信号ビア１９０５ｂともに適切にグラウンドビアが配置されていないことが確認された。
【０１０１】
さらに、放射抑制量を−６ｄＢとして上記と同様の操作を行ったところ、ビア間距離算出部２０７で算出されたビア間距離は、グラウンドビア１個を配置するとき３．７ｍｍ、グラウンドビアを２個配置するとき１３．１ｍｍとして表示された。グラウンドビア抽出部２０８では、始めに信号ビア１９０５ａを中心として、半径３．７ｍｍの円内に配置されたグラウンドビアを抽出した。この結果、グラウンドビアは抽出されなかったため、半径１３．１ｍｍの円内に配置されたグラウンドビアを抽出した。ここでもグラウンドビアが抽出されなかったため、表示部２０９に信号ビア１９０５ａの情報を表示出力した。さらに、信号ビア１９０５ａを中心として半径３．７ｍｍ及び半径６．３ｍｍの円がレイアウト画像中にさらに生成され、表示部２０９に表示された。次に、信号ビア１９０５ｂを中心として、半径３．７ｍｍの円内に配置されたグラウンドビアを抽出した。この結果、グラウンドビアが１個抽出されたため、処理を終了した。
【０１０２】
次に本発明の実施例４におけるプリント基板設計支援装置１７０１によるシミュレーション例について説明する。前述同様に、図１９に示すプリント基板を対象とする。
【０１０３】
まず、プリント基板設計支援装置１７０１のレイアウト情報入力部２０２にプリント基板の寸法（１４５ｍｍ×２１０ｍｍ）、誘電体基板１９０１の基板材の誘電率（４．３）、電源プレーン１９０４の平面寸法（１４５ｍｍ×２１０ｍｍ）、２つのグラウンドプレーン１９０２，１９０３の平面寸法（１４５ｍｍ×２１０ｍｍ）、信号配線１９０８ａ，１９０８ｂ，裏面信号配線１９１１の幅（１．８ｍｍ）とこれら配線経路に関する情報、ネジ穴１９１２（基板外周６箇所）、グラウンドビア１９０６、及びこれらの位置関係と第１ＬＳＩ１９０９及び第２ＬＳＩ１９１０の搭載位置を示すレイアウト情報を入力する。このレイアウト情報が入力されると、入力された情報に基づいて生成されたレイアウト画像が表示部２０９に表示された。
【０１０４】
次に、電源プレーン抽出部２０４により、２つのグラウンドプレーン１９０２，１９０３の間に形成された電源プレーン１９０４が抽出され、抽出された情報が信号ビア抽出部２０５に出力された。信号ビア抽出部２０５では、この電源プレーンを貫通して配置された信号ビアとして、信号ビア１９０５ａ及び信号ビア１９０５ｂが抽出され、抽出された情報が信号ビア選択部１７０８に出力された。また、抽出された信号ビア１９０５ａ及び信号ビア１９０５ｂに関する情報がリスト形式にされ、操作可能な状態で表示部２０９に出力された。
【０１０５】
次に、設計者の操作により、放射抑制量入力部２０３に不要電磁放射の抑制量として−１０ｄＢが入力されると、入力された抑制量がビア間距離算出部２０７に出力された。次に、入力されたプリント基板のレイアウト情報に対応する複数の係数を有する近似式が放射抑制量データベース２０６から取り出され、ビア間距離算出部２０７において不要電磁放射の抑制量である−１０ｄＢを満足するための信号ビアとグラウンドビアの距離が算出された。この結果算出されたビア間距離は、１個のグラウンドビアを配置するとき１．２ｍｍ、２個のグラウンドビアを配置するとき６．３ｍｍとして表示された。これらのグラウンドビアの配置個数とビア間距離のデータが信号ビア選択部１７０８に出力された。
【０１０６】
次に、設計者の操作により、表示部２０９に表示された信号ビアのリストから、信号ビア１９０５ａが選択されると、信号ビア選択部１７０８において、信号ビア１９０５ａが抽出され、図２１に示すように、レイアウト画像２１１０の中に信号ビア１９０５ａを中心として半径１．２ｍｍの円２１０１及び半径６．３ｍｍの円２１０２が追加して生成され、これらが表示部２０９に表示された。
【０１０７】
次に、設計者の操作により、表示部２０９に表示された信号ビアのリストから、信号ビア１９０５ｂが選択されると、信号ビア選択部１７０８において、信号ビア１９０５ｂが抽出され、図２２に示すように、レイアウト画像２２１０中に信号ビア１９０５ｂを中心として半径１．２ｍｍの円２２０１及び半径６．３ｍｍの円２２０２が追加して生成され、これらが表示部２０９に表示された。
【０１０８】
これにより、信号ビア１９０５ａ及び信号ビア１９０５ｂにおいて、放射抑制量−１０ｄＢを満足するグラウンドビアの配置範囲が確認できた。また、信号ビア１９０５ｂにおいては、現在配置されているグラウンドビアを信号ビアに近づける、または、信号ビアから６．３ｍｍ以内にグラウンドビアを１個追加することで放射抑制量を満足できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施例１におけるプリント基板設計支援装置の構成例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施例２におけるプリント基板設計支援装置の主要部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例２におけるプリント基板設計支援装置の主要部の構成を示すブロック図である。
【図４】図２に示したプリント基板設計支援装置２０１の動作を示すフローチャートである。
【図５】プリント基板設計支援装置２０１によるシミュレーションに用いたモデルの構成を示す平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ’断面を示す断面図である。
【図８】プリント基板設計支援装置２０１によるシミュレーションにより放射電界強度を計算した結果を示す特性図である。
【図９】ビア間距離に対する不要電磁放射の抑制量を計算した結果、及びビア間距離に対する不要電磁放射の抑制量の関係を示す近似式を示す説明図である。
【図１０】試作したプリント基板の構成を模式的に示す平面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。
【図１２】図１０のＢ−Ｂ’断面を示す断面図である。
【図１３】プリント基板設計支援装置２０１による、試作したプリント基板の放射電界強度を計算した結果を示す特性図である。
【図１４】試作したプリント基板による、ビア間距離に対する不要電磁放射の抑制量を計算した結果、及びビア間距離に対する不要電磁放射の抑制量の関係を示す近似式を示す説明図である。
【図１５】本発明に係る実施例３におけるプリント基板設計支援装置１５０１の主要部の構成を示す構成図である。
【図１６】本実施例３におけるプリント基板設計支援装置１５０１の動作例を示すフローチャートである。
【図１７】本発明に係る実施例４におけるプリント基板設計支援装置１７０１の主要部の構成を示す構成図である。
【図１８】図１７に示したプリント基板設計支援装置１７０１の動作例を示すフローチャートである。
【図１９】プリント基板設計支援装置２０１によるシミュレーションの対象のプリント基板の構成を示す平面図である。
【図２０】図１９の一部断面を示す断面図である。
【図２１】プリント基板設計支援装置２０１により表示される表示例を示す説明図である。
【図２２】プリント基板設計支援装置２０１により表示される表示例を示す説明図である。
【図２３】信号ビア２３０１が電源プレーン２３０２とグラウンドプレーン２３０３を貫通して配置されることを示すプリント基板２３０４の構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１０１…レイアウト情報記憶部、１０２…放射抑制量記憶部、１０３…電源プレーン抽出部、１０４…信号ビア抽出部、１０５…ビア間距離算出部、２０１…プリント基板設計支援装置、２０２…レイアウト情報入力部、２０３…放射抑制量入力部、２０４…電源プレーン抽出部、２０５…信号ビア抽出部、２０６…放射抑制量データベース、２０７…ビア間距離算出部、２０８…グラウンドビア抽出部、２０９…表示部。
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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