(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスを、電圧源に内部インピーダンス成分が直列に接続されてなるモデルにより表す電子デバイスのモデル化方法であって、
電子デバイスが内部クロックを有する回路構成であり、
モデル化しようとする電子デバイスの一対の端子に、インピーダンスが異なる負荷を切り換えて接続し、インピーダンスが異なる当該２つの状態について、それぞれ両端子間の電圧と端子から流れる電流とを計測する電気特性計測ステップと、
テブナンの定理に基づいて、前記インピーダンスが異なる２つの状態で計測された電圧のデータと電流のデータとを既知数とするとともに前記電圧源が生成する生成電圧と前記内部インピーダンス成分のインピーダンスとを未知数として、前記電圧源の生成電圧および前記内部インピーダンス成分のインピーダンスを演算するモデル定数演算ステップとを有し、
前記電気特性計測ステップでは、前記内部クロックに同期して前記電圧および前記電流の振動波形を計測し、
前記モデル定数演算ステップは、複素数形式で表された電圧および電流から、複素数形式で表された前記生成電圧および前記内部インピーダンス成分のインピーダンスを演算することを特徴とする電子デバイスのモデル化方法。
【請求項２】
電子デバイスを、電流源に内部インピーダンス成分が並列に接続されてなるモデルにより表す電子デバイスのモデル化方法であって、
電子デバイスが内部クロックを有する回路構成であり、
モデル化しようとする電子デバイスの一対の端子に、インピーダンスが異なる負荷を切り換えて接続し、インピーダンスが異なる当該２つの状態について、それぞれ両端子間の電圧と端子から流れる電流とを計測する電気特性計測ステップと、
ノートンの定理に基づいて、前記インピーダンスが異なる２つの状態で計測された電圧のデータと電流のデータとを既知数とするとともに前記電流源が生成する生成電流と前記内部インピーダンス成分のインピーダンス値とを未知数として、前記電流源の生成電流および前記内部インピーダンス成分のインピーダンスを演算するモデル定数演算ステップとを有し、
前記電気特性計測ステップでは、前記内部クロックに同期して前記電圧および前記電流の振動波形を計測し、
前記モデル定数演算ステップは、複素数形式で表された電圧および電流から、複素数形式で表された前記生成電流および前記内部インピーダンス成分のインピーダンスを演算することを特徴とする電子デバイスのモデル化方法。
【請求項３】
請求項１記載の電子デバイスのモデル化方法において、前記モデル定数演算ステップは、計測された電圧のデータと電流のデータとをフーリエ変換し、周波数ごとに前記電圧源の生成電圧および前記内部インピーダンス成分のインピーダンスを演算する電子デバイスのモデル化方法。
【請求項４】
請求項２記載の電子デバイスのモデル化方法において、前記モデル定数演算ステップは、計測された電圧のデータと電流のデータとをフーリエ変換し、周波数ごとに前記電流源の生成電流および前記内部インピーダンス成分のインピーダンスを演算する電子デバイスのモデル化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子デバイスのシミュレーションの手法に関し、特に、電子デバイスの端子から外部回路に漏洩するノイズ等の解析用としてノイズ源としての電子デバイスをモデル化するモデル化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子回路の開発等において、電子回路をコンピュータ上等で実現するシミュレーションにより開発期間の短縮等が図られており、例えば、ＩＣ等の電子デバイスをノイズ源とする電子回路の解析等に用いられている。かかるシミュレーション技術としてＳＰＩＣＥが広く知られている。ＳＰＩＣＥは電子回路、ＩＣであれば内部回路の等価回路を回路図どおりに正確に実現するものであり、内部回路の詳細がメーカから公表されておらずＩＣ等をブラックボックス化したものとして扱わざるを得ない場合には適用することができず、必ずしも汎用性の高いものとはいえない。
【０００３】
そこで、ＩＣ等の回路構成の詳細が不明なとき、例えばＩＣをその信号端子から漏洩するノイズ源等としてモデル化しようとすれば、図７に示すように、ＩＣ９を電圧源（もしくは電流源）９０１として表し、電圧源としてモデル化する場合には両端子９０２，９０３間の電圧を計測して電圧源の生成電圧とし、電流源としてモデル化する場合には端子９０２，９０３から流れる電流を計測して電流源の生成電流としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子デバイスには内部インピーダンス成分が存在するから、電子デバイスの端子と接続される外部回路のインピーダンスの影響が回避できず、外部回路に接続した時に実際の電圧や電流が異なる。その上、外部回路を構成する素子の定数や配線パターンの取りまわしによって外部回路のインピーダンスが変化し、正確なシミュレーションを行うのが困難である。
【０００５】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、電子デバイスを正確にモデル化することのできる電子デバイスのモデル化方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、電子デバイスを、電圧源に内部インピーダンス成分が直列に接続されてなるモデルにより表す電子デバイスのモデル化方法であって、
電子デバイスが内部クロックを有する回路構成であり、
モデル化しようとする電子デバイスの一対の端子に、インピーダンスが異なる負荷を切り換えて接続し、インピーダンスが異なる当該２つの状態について、それぞれ両端子間の電圧と端子から流れる電流とを計測する電気特性計測ステップと、
テブナンの定理に基づいて、前記インピーダンスが異なる２つの状態で計測された電圧のデータと電流のデータとを既知数とするとともに前記電圧源が生成する生成電圧と前記内部インピーダンス成分のインピーダンスとを未知数として、前記電圧源の生成電圧および前記内部インピーダンス成分のインピーダンスを演算するモデル定数演算ステップとを有する。
前記電気特性計測ステップでは、前記内部クロックに同期して前記電圧および前記電流の振動波形を計測し、
前記モデル定数演算ステップは、複素数形式で表された電圧および電流から、複素数形式で表された前記生成電圧および前記内部インピーダンス成分のインピーダンスを演算する。
【０００７】
負荷のインピーダンスを変えることで両端子間の電圧と端子から流れる電流とが変化する。しかして２種類の未知数としての電圧源が生成する生成電圧と内部インピーダンス成分のインピーダンスとが求められる。内部インピーダンス成分が考慮されているので、電子デバイスに接続される外部回路のインピーダンスによらず正確なモデルとなる。
電圧源および内部インピーダンス成分がより詳細に知られ、モデルの挙動がより実際の電子デバイスに近いものとなる。
【０００８】
請求項２記載の発明では、電子デバイスを、電流源に内部インピーダンス成分が並列に接続されてなるモデルにより表す電子デバイスのモデル化方法であって、
電子デバイスが内部クロックを有する回路構成であり、
モデル化しようとする電子デバイスの一対の端子に、インピーダンスが異なる負荷を切り換えて接続し、インピーダンスが異なる当該２つの状態について、それぞれ両端子間の電圧と端子から流れる電流とを計測する電気特性計測ステップと、
ノートンの定理に基づいて、前記インピーダンスが異なる２つの状態で計測された電圧のデータと電流のデータとを既知数とするとともに前記電流源が生成する生成電流と前記内部インピーダンス成分のインピーダンスとを未知数として、前記電流源の生成電流および前記内部インピーダンス成分のインピーダンスを演算するモデル定数演算ステップとを有する。
前記電気特性計測ステップでは、前記内部クロックに同期して前記電圧および前記電流の振動波形を計測し、
前記モデル定数演算ステップは、複素数形式で表された電圧および電流から、複素数形式で表された前記生成電流および前記内部インピーダンス成分のインピーダンスを演算する。
【０００９】
負荷のインピーダンスを変えることで両端子間の電圧と端子から流れる電流とが変化する。しかして２種類の未知数としての、電流源が生成する生成電流と内部インピーダンス成分のインピーダンスとが求められる。内部インピーダンス成分が考慮されているので、電子デバイスに接続される外部回路のインピーダンスによらず正確なモデルとなる。
電流源および内部インピーダンス成分がより詳細に知られ、モデルの挙動がより実際の電子デバイスに近いものとなる。
【００１０】
請求項３記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記モデル定数演算ステップは、計測された電圧のデータと電流のデータとをフーリエ変換し、周波数ごとに前記電圧源の生成電圧および前記内部インピーダンス成分のインピーダンスを演算する。
【００１１】
周波数ごとに電圧源の生成電圧および内部インピーダンス成分のインピーダンスが得られるから、モデルの挙動がより実際の電子デバイスに近いものとなる。
【００１６】
請求項４記載の発明では、請求項２の発明の構成において、前記モデル定数演算ステップは、計測された電圧のデータと電流のデータとをフーリエ変換し、周波数ごとに前記電流源の生成電流および前記内部インピーダンス成分のインピーダンスを演算する。
【００１７】
周波数ごとに電流源の生成電流および内部インピーダンス成分のインピーダンスが得られるから、モデルの挙動がより実際の電子デバイスに近いものとなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に本発明の電子デバイスのモデル化方法に用いる計測システムの構成を示す。モデル化しようとする電子デバイスであるＩＣ１の電源端子１３とグランド端子１４の間には負荷としての電源回路２が接続される。ＩＣ１は例えばワンチップマイコン等のＣＰＵチップである。電源回路２は、所定の電源電圧を発生する電源回路本体２１、これと並列に接続されたバイパスコンデンサ２２とを有している。また電源回路２は、ＩＣ１と電源回路本体２１とを接続する通電経路２４の途中にインダクタ２３が接続された場合（図１（Ａ））と、インダクタ２３の両端間がショートして実質的にインダクタ２３を含まない場合（図１（Ｂ））に切り換え可能である。
【００１９】
また、電圧計測プローブ３により、ＩＣ１の電源端子１３とグランド端子１４の間の電圧が計測可能である。電流計測プローブ４により、ＩＣ５の電源端子１３から流れる電流を計測可能である。電圧計測プローブ３、電流計測プローブ４はオシロスコープ５と接続され、電圧のデータおよび電流のデータが取り込まれるようになっている。オシロスコープ５は、ＩＣ１の内部で発生するクロック信号による外部同期で作動するようになっている。オシロスコープ５において得られた電圧のデータおよび電流のデータはパーソナルコンピュータ６に転送される。
【００２０】
また、本実施形態では、電源端子１３から前記電源回路２に漏洩するノイズ源としてのＩＣ１を、電圧源１１に直列に内部インピーダンス成分１２が接続された回路構成で表す場合について説明する。
【００２１】
図２に本発明の電子デバイスのモデル化方法の手順を示す。先ず、インダクタ２３の両端間をショートしない状態（図１（Ａ））で、ＩＣ１の前記クロック信号に同期して電圧データと電流データとを取り込む（ステップＳ１０１）。この取り込まれたデータの例を図３に示す。次いで、ショートした状態で（図１（Ｂ））、同様に電圧データおよび電流データを取り込む（ステップＳ１０２）。この取り込まれたデータの例を図４に示す。
【００２２】
両者のデータの差は電源回路２のインピーダンスすなわちインダクタ２３の有無に基因し、第１回目の計測（ステップＳ１０１）と第２回目の計測（ステップＳ１０２）とで取り込まれたデータの差が明瞭に現れるようにインダクタ２３のインダクタンスを設定する。なお、電源回路２のインピーダンスを違えるには通電経路２４にインダクタではなく抵抗器を挿入してもよいが、本実施形態のようにインダクタ２３を挿入する方が、電源回路本体２１から供給される電源電圧の低下が回避され、ＩＣ１の安定作動を確保することができるので、望ましい。
【００２３】
次いで、電圧のデータおよび電流のデータを、パーソナルコンピュータ６で実行されるソフトウェア上でフーリエ変換し、周波数ごとに振幅および位相差のデータを得る。これを複素数形式の電圧Ｖr ＋ｊＶi および電流Ｉr ＋ｊＩi に変換する（ステップＳ１０３）。Ｖr は電圧の実部であり、Ｖi は電圧の虚部である。Ｉr は電流の実部であり、Ｉi は電流の虚部である。
【００２４】
次いで、周波数ごとに、ＩＣ１の電圧源１１の生成電圧およびＩＣ１の内部インピーダンス成分１２のインピーダンス（以下、内部インピーダンスという）を算出する（ステップＳ１０４）。生成電圧およびインピーダンスの算出も、パーソナルコンピュータ６で実行されるソフトウェア上で行うのがよい。
【００２５】
ここで、第１回目の計測と第２回目の計測とで電源回路２のインピーダンスが異なり、テブナンの定理が適用できる。先ず、前記モデルにおいて一般的に、式（１）となる。式中、Ｅr は電圧源１１の生成電圧を複素数形式で表したときの実部であり、Ｅi は虚部である。また、Ｚr は内部インピーダンスを複素数形式で表したときの実部であり、Ｚi は虚部である。
Ｅr ＋ｊＥi ＝（Ｚr ＋ｊＺi ）（Ｉr ＋ｊＩi ）＋（Ｖr ＋ｊＶi ）・・・（１）
【００２６】
変形して実部と虚部に分けると、式（２−１）、（２−２）となる。
Ｅr −Ｖr ＝Ｉr Ｚr −Ｉi Ｚi ・・・（２−１）
Ｅi −Ｖi ＝Ｉr Ｚi ＋Ｉi Ｚr ・・・（２−２）
【００２７】
ＩＣ１で発生するノイズすなわち電圧源１１の生成電圧Ｅr ＋ｊＥi は、ＩＣ１の内部で発生するクロック信号の影響を受けて生成されるので、クロック信号に対する位相差は一定している。また、第１回目の計測（ステップＳ１０１）も第２回目の計測（ステップＳ１０２）もＩＣ１のクロック信号に同期して取り込まれるから、式（２−１）、（２−２）において、電圧源１１の生成電圧Ｅr ＋ｊＥi は、第１回目の計測（ステップＳ１０１）と第２回目の計測（ステップＳ１０２）とで同じ値とし得る。したがって、電圧Ｖr ，Ｖi 、電流Ｉr ，Ｉi について、添え字１，２により１回目の計測（ステップＳ１０１）のデータであること、２回目の計測（ステップＳ１０２）のデータであることを表すと、式（３）となる。
【００２８】
【数１】
0004573428.tif 000002
【００２９】
ここで、Ｉr1，Ｉi1，Ｉr2，Ｉi2およびＶr1，Ｖi1, Ｖr2，Ｖi2は前記のごとくステップＳ１０１〜Ｓ１０３を行うことにより既知であるから、式（４）を演算することにより、Ｅr ，Ｅi ，Ｚr ，Ｚi を得る（ステップＳ１０４）。
【００３０】
【数２】
0004573428.tif 000003
【００３１】
これにより、ＩＣ１を電圧源１１に内部インピーダンス成分１２が直列に接続された図１の回路構成のモデルが得られる。このモデルでは、内部インピーダンス成分１２が考慮されているから、端子１３，１４に接続される外部回路のインピーダンスに依存しないモデルとなる。
【００３２】
（第２実施形態）
ＩＣ１を別の回路構成により表すモデル化方法について説明する。本実施形態では図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、ＩＣ１を、電流源１１Ａに内部インピーダンス成分１２Ａが並列に接続された回路構成のモデルとしたものである。
【００３３】
図６は本実施形態のモデル化方法を行う手順を示すもので、第１実施形態と同様に電源回路２のインピーダンスを違えて第１回目、第２回目の計測を行い（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）、フーリエ変換により周波数ごとに電圧Ｖr ＋ｊＶi 、電流Ｉr ＋ｊＩi を得る（ステップＳ１０３）。なお、本実施形態でも、適宜、第１回目、第２回目のデータであることを添え字１、２により区別するものとする。
【００３４】
次いで、電圧Ｖr1＋ｊＶi1，Ｖr2＋ｊＶi2、電流Ｉr1＋ｊＩi1，Ｉr2＋ｊＩi2に基づいて、モデルを規定する定数を演算する（ステップＳ１０４Ａ）。
【００３５】
本実施形態のＩＣ１のモデルでは、式（５）となる。式中、Ａr は電流源１１Ａで生成される生成電流を複素数形式で表したときの実部であり、Ａi は虚部である。また、Ｙr は内部インピーダンス成分１２Ａのアドミッタンスを複素数形式で表したときの実部であり、Ｙi は虚部である。
Ａr ＋ｊＡi ＝（Ｉr ＋ｊＩi ）＋（Ｙr ＋ｊＹi ）（Ｖr ＋ｊＶi ）・・・（５）
【００３６】
変形して実部と虚部に分けると、式（６−１）、（６−２）となる。
Ａr −Ｉr ＝Ｖr Ｙr −Ｖi Ｙi ・・・（６−１）
Ａi −Ｉi ＝Ｖi Ｙr ＋Ｖr Ｙi ・・・（６−２）
【００３７】
したがって、式（７）となる。
【００３８】
【数３】
0004573428.tif 000004
【００３９】
ここで、Ｉr1，Ｉi1，Ｉr2，Ｉi2およびＶr1，Ｖi1, Ｖr2，Ｖi2は前記のごとく計測により既知であり、式（８）を演算することにより、Ａr ，Ａi ，Ｙr ，Ｙi が得られる。
【００４０】
【数４】
0004573428.tif 000005
【００４１】
これにより、ＩＣ１を電流源１１Ａに内部インピーダンス成分１２Ａが並列に接続された回路構成のモデルが得られる。このモデルも、内部インピーダンスが考慮されているから、端子１３，１４に接続される回路のインピーダンスに依存しないモデルとなる。
【００４２】
なお、前記各実施形態では、フーリエ変換を行って広い周波数帯域にわたってＩＣ１をモデル化しているが、ＩＣの電源端子からのノイズの周波数が単一とみなせる場合等には、必ずしもフーリエ変換を行う必要はない。電圧と電流の位相差が知られればよい。
【００４３】
また、電圧と電流を複素数形式で得られるようにし、内部インピーダンス成分のインピーダンス（またはアドミッタンス）も複素数形式で求めているが、ＩＣの端子に接続される負荷のインピーダンスおよび内部インピーダンス成分が静電容量成分やインダクタンス成分を含まない実質的に抵抗成分とみなせる場合には、複素数形式で表す必要はない。したがって、電圧や電流を実効値で計測することができ、演算も簡略化できる。
【００４４】
また、インダクタの両端間をショート状態と非ショート状態との２種類の状態で負荷のインピーダンスを違えているが、インダクタンスの異なる２つのインダクタをスイッチで切り換え可能に接続するのもよい。あるいは、コンデンサ（例えば前記バイパスコンデンサ）の静電容量を変えるのもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第１の電子デバイスのモデル化方法を実施するための計測システムの構成図である。
【図２】前記電子デバイスのモデル化方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】前記電子デバイスのモデル化方法で得られる計測データの一例である。
【図４】前記電子デバイスのモデル化方法で得られる計測データの別の一例である。
【図５】本発明の第２の電子デバイスのモデル化方法を実施するための計測システムの構成図である。
【図６】前記電子デバイスのモデル化方法の手順を示すフローチャートである。
【図７】従来の電子デバイスのモデルの回路図である。
【符号の説明】
１  ＩＣ（電子デバイス）
１１  電圧源
１１Ａ  電流源
１２，１２Ａ  内部インピーダンス成分
１３  電源端子（端子）
１４  グランド端子（端子）
２  電源回路（負荷）
２３  インダクタ
【図１】
0004573428.tif 000006
【図２】
0004573428.tif 000007
【図３】
0004573428.tif 000008
【図４】
0004573428.tif 000009
【図５】
0004573428.tif 000010
【図６】
0004573428.tif 000011
【図７】
0004573428.tif 000012