(57)【要約】【課題】従来技術では、概念としてインピーダンスを登録ブロックの配線パターンと設計基板の配線パターンで整合を取る必要が記載されているが、配線パターンの拡大・縮小に応じて、インピーダンス／クロストークを所定の許容範囲内に設定するための具体的な方法は明記されていない。多くの場合は再配置・配線後にインピーダンス／クロストークに影響を受けやすい信号の種類毎にインピーダンス値を測定し、その値が許容範囲でない場合は配線修正または人手による再配線作業が行われていた。【解決手段】予め登録されている配線パターン構成要素（信号線、クリアランス）毎に、その変形量を制御する変形制御パラメータをもたせ、該変形制御パラメータに応じて、配線パターン構成要素毎に変形量を制御して、拡大または縮小配線パターンを設計する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め登録されている配線パターンを基にして、拡大または縮小配線パターンを設計する配線パターン設計方法において、
配線パターン構成要素毎に、その変形量を制御する変形制御パラメータをもたせ、
該変形制御パラメータに応じて、配線パターン構成要素毎に変形量を制御して、拡大または縮小配線パターンを設計することを特徴とする配線パターン設計方法。
【請求項２】
前記変形制御パラメータは、インピーダンス／クロストークに影響を受けやすい信号の配線条件は、変更させないか、もしくは変更量を小さくする値に設定されており、インピーダンス／クロストークに影響を受けにくい信号の配線条件は、変更量を大きくする値に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の配線パターン設計方法。
【請求項３】
配線パターン全体の拡大量または縮小量を、前記変形制御パラメータに応じて、各配線パターン構成要素に割り振ることにより、各配線パターン構成要素の拡大量、縮小量を決定して、拡大または縮小配線パターンを設計することを特徴とする、請求項１または２に記載の配線パターン設計方法。
【請求項４】
配線パターン全体の拡大量または縮小量を、変形前の各配線パターン構成要素のパターン幅と前記変形制御パラメータとに応じて、各配線パターン構成要素に割り振ることにより、各配線パターン構成要素の拡大量、縮小量を決定して、拡大または縮小配線パターンを設計することを特徴とする、請求項３に記載の配線パターン設計方法。
【請求項５】
回路搭載基板の拡大または縮小に応じて、配線パターンの拡大または縮小を行うことを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載の配線パターン設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既存の回路基板の配線パターンを再利用した配線パターンの設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板の配線パターン設計においては、設計すべき一つの回路を複数の回路ブロックに分割し、分割された各々の回路ブロック毎に配線パターン設計を行って配線パターンブロックを作成した後、作成した配線パターンブロックを合成して前記設計すべき一つの回路に対応した配線パターンとする設計方法が行われている。
商品ラインナップや機種バージョンの違う機器に対する回路の配線パターン設計においては、既に設計された機種やベースとなる機種と比較して、新たに設計される回路図および配線パターンでは多くの部分が共通しており、機能レベルに細分化したモジュール単位では多くの単位が共通している。そのため、これらの共通性に着目し、設計の省力化を目的とした回路基板の設計データの再利用が行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、既存の回路ブロックを登録した回路ブロックライブラリを設け、設計対象である回路図データに含まれる回路ブロックと同じ構成を有する登録ブロックを前記回路ブロックライブラリから検索し、設計対象基板との相違を元に回路ブロックに対応する配線パターンの配線層あるいはインピーダンスに影響するライン/スペースすなわち、配線のパターン幅(信号線幅)と配線間隔(クリアランス幅)を変形してインピーダンスを整合している。
【特許文献１】特開２００１−２５６２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、概念として登録ブロックの配線パターンを変形して設計基板の仕様との間でインピーダンス整合を取る必要が記載されているが、配線パターンの拡大・縮小に応じて、インピーダンス／クロストークを所定の許容範囲内に設定するための具体的な方法は明記されていない。上記文献に記載されない一般的な手段としては、配線パターンの再配置後にインピーダンス／クロストークの値に影響を受けやすい信号毎に配線パターンのインピーダンス値を算出し、その値が許容範囲でない場合は配線修正または人手による再配線作業が行われていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記既存の設計データの再利用において、基板形状等の変更に伴う既存の配線パターンの変形時には、インピーダンス／クロストークなどの信号配線制限を考慮する必要があり、本発明では、予め登録されている配線パターン構成要素（信号線、クリアランス）毎に、その変形量を制御する変形制御パラメータをもたせ、該変形制御パラメータに応じて、配線パターン構成要素毎に変形量を制御して、拡大または縮小配線パターンを設計する。この構成によれば、配線パターン構成要素毎に信号配線制限に応じた変形量で拡大または縮小配線パターンを設計することができる。
【０００６】
また、本発明では、前記変形制御パラメータは、インピーダンス／クロストークに影響を受けやすい信号（例えば、１０ＭＨｚを超える高周波のクロック信号）の配線条件（信号線経路、信号線幅、クリアランス幅）は、変更させないか、もしくは変更量を小さくする値に設定されており、インピーダンス／クロストークに影響を受けにくい信号（例えば、モード設定信号などの変化の少ない信号）の配線条件は、変更量を大きくする値に設定されている。この構成によれば、インピーダンス／クロストークに影響を受けやすい信号への、配線パターン変更による影響を排除することができ、配線パターン設計後のパターン修正を不要にすることができる。
【０００７】
また、本発明では、配線パターン全体の拡大量または縮小量を、前記変形制御パラメータに応じて、各配線パターン構成要素に割り振ることにより、各配線パターン構成要素の拡大量、縮小量を決定して、拡大または縮小配線パターンを設計する。また、本発明では、配線パターン全体の拡大量または縮小量を、変形前の各配線パターン構成要素のパターン幅と前記変形制御パラメータとに応じて、各配線パターン構成要素に割り振ることにより、各配線パターン構成要素の拡大量、縮小量を決定して、拡大または縮小配線パターンを設計する。この構成によれば、配線パターン全体の大きさを、設計する基板形状等に合わせた大きさに確保しつつ、各配線パターン構成要素の拡大・縮小を行うことができる。
また、本発明では、回路搭載基板の拡大または縮小に応じて、配線パターンの拡大または縮小を行う。この構成によれば、回路搭載基板の形状に合わせて、拡大または縮小した配線パターンを設計することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
既存の回路ブロックを再利用して新規に基板を設計する場合において、配線パターン構成要素毎に変形制御パラメータをもたせ、この変形制御パラメータに応じて、各配線パターン構成要素の変形量を制御し、新しく設計する基板に合わせて拡大・縮小する配線パターン設計により、インピーダンス／クロストークに影響を受けやすい信号の信号線幅やクリアランス幅の変更によるインピーダンス不整合などの不具合の発生を防止でき、配線パターン設計後の修正作業を不要とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明の実施の一形態について説明する。図１は、本実施形態による回路パターンの再利用による配線パターン設計方法を実施するためのシステム構成を示すシステム構成図である。
回路図データ１は、プリント基板の配線パターンを設計する回路の回路図データであり、基板仕様情報２は、プリント基板の設計に必要となる基板の仕様である。
回路ブロック分割手段３は、前記回路図データ１と基板仕様情報２を入力とし、機能レベルに細分化したモジュール単位に回路および新規作成基板上での配置領域の分割を行う。
回路ブロックライブラリ４は、分割された回路ブロックと、その回路ブロックに対応した配線パターンのブロックと、信号種類に対応するネット番号と、配線パターンを構成する配線要素毎の信号線幅や他の信号線や部品端子との間隔であるクリアランス幅および変形制御パラメータが関連付けられた配線制限と、がそれぞれ対応付けられた状態で登録されている。
【００１０】
登録ブロックＩ/Ｆ（インタフェース）５は、回路ブロック分割手段３により分割された個々の回路ブロックに対応した配線パターンブロックを回路ブロックライブラリ４から読み出すと共に、新規に作成された配線パターンブロックを追加登録する。また、合わせて回路ブロック分割手段３からの設計情報をパターンブロック変形手段６またはパターンブロック作成手段７に伝達する。
パターンブロック変形手段６は、登録ブロックＩ/Ｆ５で回路ブロックライブラリ４から抽出した登録ブロックに登録されている配線パターンの内、変形制御パラメータで判別されるインピーダンス／クロストークに影響を受けやすい信号に対しては、配線経路、信号線幅、クリアランス幅を変更しないか、または変更量を少なくして再利用し、インピーダンス／クロストークの影響がない他の信号では信号線幅、クリアランス幅の変形量を多くする調整を行い、目的とするサイズに合わせて配線パターンブロックの変形を行う。
【００１１】
パターンブロック作成手段７は、回路ブロック分割手段３で分割された回路ブロックに対応する配線パターンブロックが回路ブロックライブラリ４に存在しない場合、新規に配線パターンブロックを設計する。
パターンブロック合成手段８は、回路ブロック分割手段３で分割され、パターンブロック変形手段６およびパターンブロック作成手段７で変形または作成された配線パターンブロックを合成し、回路図データ１に対応した配線パターンデータ９を作成する。
【００１２】
次に、既存の回路ブロックを再利用して新規に基板を設計する場合について、図２を用いて説明する。図２は、本配線パターン設計方法の処理手順を表すフローチャートである。
ステップＳ１００では、コンピュータは、配線パターン設計を行うための入力データとして、新規に配線パターン設計する基板の回路設計で設計された回路図データと、同じく基板構想設計により作成された基板仕様データを読み込み、ステップＳ１０１で、コンピュータは、機能レベルに細分化したモジュール単位に回路図データの分割と、基板仕様の配置領域情報を基に、分割された回路図データに対応した新規作成基板上での配置領域の分割を行う。
【００１３】
ステップＳ１０２では、コンピュータは、ステップＳ１０１で分割された回路ブロックに対応する既存の登録ブロックを回路ブロックライブラリから読み出す。該当する登録ブロックが無い場合は、ステップＳ１０４の新規ブロックの作成処理に移行し、該当ブロックを設計後に新規の設計データとして回路ブロックライブラリに追加登録される。なお、回路ブロックライブラリには、ブロックに分割された回路図と、その回路図に対応した配線パターンの他、個々の配線パターンを構成する要素の変形制御パラメータと、信号線幅の最小値および最大値と、異なる信号が流れる信号線との隙間であるクリアランス幅の最小値および最大値が定義されており、配線パターン構成要素毎の情報が整理された配線条件テーブルを設定し、テーブル内の位置を示す番号である配線条件テーブル番号がそれぞれの配線パターンを構成する要素に付されている。また、部品に対しては、例えば１番端子の中心座標などの部品配置の基準点を基点に、各部品端子の座標および端子形状と配線条件テーブル番号が登録されている。さらに、信号線に対しては、構成要素の端点（線分の端または曲がり角）の各座標と配線条件テーブル番号が登録されている。
【００１４】
ステップＳ１０２で該当する登録ブロックが見つかると、ステップＳ１０３に進み、コンピュータは、回路ブロックライブラリから読み出した登録ブロックを、作成する基板に合わせて変形を行う。この場合の変形とは登録ブロックの配線パターンが占める領域と、分割された新規作成基板上での配置領域を比較し、その差異に基づいて登録ブロックの配線パターンを分割された新規作成基板上での配置領域に合わせることである。
ステップＳ１０３では、まず、配線条件テーブルで定義される情報と、登録ブロックの配線パターンを構成する要素毎に変形制御パラメータによる変形許容範囲や優先度の変形条件が設定される。次に、コンピュータにより、縦方向、横方向の変形量を、前記設定の変形条件に合わせて配線パターンを構成する要素毎に各要素の変形量として割り振られた変形後のブロック内での座標が算出される。このとき、変形許容範囲の変形量の総和が、必要となる変形量に満たないときは、変形不能としてメッセージを出力し、処理が中断される。
ステップＳ１０３で変形された各ブロックの配線パターンは、Ｓ１０４で新規に作成された配線パターンと併せ、それぞれ隣接されるブロックデータと結合され、ステップＳ１０５で1つの配線パターンとしてパターン合成処理が行われる。
【００１５】
以下、コンピュータにより実行される、変形制御パラメータによる変形について説明する。
既存の設計データの再利用において、基板形状に合わせて配置する配線パターンブロックの形状を変形する場合には、縦方向、横方向ともそれぞれ縮小、拡大の２通りの変形が有る。前記配線パターンブロックを縮小するメリットとしては、基板を搭載する製品の小型化や、新たな機能を追加搭載する領域の確保がある。また、前記配線パターンブロックを拡大するメリットとしては、部品実装におけるリフロー時の温度分布の均一化や、稼動時の発熱に対する放熱性の改善、部品間ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference＝電磁妨害）の影響の緩和などがある。上記のような、拡大、縮小それぞれのメリットを考慮し、設計者により設計する基板の形状が決められる。
【００１６】
変形方法としては、まず、配線パターン構成要素毎に制約条件による変形可能範囲を設定する。制約条件による変形可能範囲は、部品の場合、部品配置の基準点は基板外形の変形率に応じて移動できるが、前記部品配置の基準点を基にした部品端子の座標や端子形状は変形できない。また、信号線の場合は、構成する各要素の端点が、隣り合う端点との位置関係を保持する範囲で移動できるが、信号線幅およびクリアランス幅は、パターン制約テーブルで設定された最小値および最大値により最小距離、最大距離が決められる。
【００１７】
次に、配線パターンを変形する場合、信号線幅方向はインピーダンス/クロストークに影響が大きいため変形制御パラメータに従って変形量が制限され、信号線長さ方向はインピーダンス/クロストークに影響が小さいため基板形状の変形度合いに従って変形される。また、信号線を構成する各要素の角度は変形させないため、隣り合う端点（線分の端または曲がり角）の各座標の移動は両端点のＸ座標が同じであれば移動後も同じＸ座標の垂直線とし、両端点のＹ座標が同じであれば移動後も同じＹ座標の水平線として移動される。斜め線の場合はＸ方向、Ｙ方向のそれぞれの方向に対して両端点間の距離比率を同じとし、斜め線の傾き角度を保ったまま長さが変更される。
【００１８】
例えば図３の変形例では、基本形状において、均等に並んだ５本の配線の内、左から２本目の変形制御パラメータが高く設定されている。そのため、その信号線幅および隣接するクリアランス幅は元の値を変えずに、他の信号線幅およびクリアランス幅の変形量を多くすることで、５本分全体の変形量を確保する。これは、基本的には縮小・拡大のどちらの変形に対しても同じである。但し、拡大する場合には、インピーダンス/クロストークの影響度合いを判断し、インピーダンス/クロストークに影響を受けやすい信号線に隣接するクリアランス幅を変えない場合と、クリアランス幅の拡大を許可する場合の切り分けを、設計者が制御することも可能である。
【００１９】
次に、基板形状を変形する場合の各要素の変形後のブロック内での座標の算出処理フローについて、図４を用いて説明する。以下の説明では、横方向に縮小する場合を配線パターンの一部を抜粋して説明例とする。修正箇所を明示した縮小前の配線パターン形状を示したものが図５である。この配線パターン形状を元に、配線境界Ｅ１と配線境界Ｅ２間の距離を縮小した場合に、与えられた電気的制約を保持して配線パターン形状及び位置の修正を行う方法を、配線境界幅を１３０から９０に縮小するものとして以下に示す。
【００２０】
なお、一般的に基板は外形形状と、外形形状内部の配線禁止領域および配線領域で構成され、配線パターンは配線領域内に配置される。そのため、以下の説明例での配線境界（Ｅ１、Ｅ２）は、配線領域の境界を表すものとする。配線領域内に部品（Ｍ１）と配線パターン構成要素が配置される。配線パターン構成要素には、信号線（Ｐ１、Ｐ２）と、クリアランス（ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ４）がある。部品は基板形状の変形に関係なく固定形状であり変形せず、信号線は基板上で電気的信号を伝達するもので、変形制御パラメータ値に従い変形する。また、クリアランスは前記部品や信号線の間に存在し、電気的信号を区切るもので、信号線と同様に変形制御パラメータ値に従い変形する。
【００２１】
まず、ステップＳ２００では、インピーダンス／クロストークに影響を受けやすい信号に対して、回路設計者が電気的制約を示すための回路ブロックライブラリに登録されていた変形制御パラメータの値を確認し、変更の必要性の有無を判断する。通常、変形制御パラメータは、回路設計作業においてネット単位に随時設定されており、既存の配線パターンの再利用時に、変更が必要と判断された信号線に対してのみ個別に変形制御パラメータの変更値を設定する。なお、変形制御パラメータの値を指定していない信号線に対しては、デフォルト値（本説明例の場合は、１０）が設定される。本説明例では、Ｐ１をインピーダンス／クロストークに影響を受けやすい信号線とし、Ｐ１に隣接するＳＰ２を影響が大きいクリアランスとして各々の変形制御パラメータ１００００を設定し、他の信号線およびクリアランスの変形制御パラメータはデフォルト値１０と設定する。なお、ＳＰ１はＰ１に隣接しているが、配線領域端のため変形制御パラメータ１０のままとする。変形制御パラメータ値は、デフォルト値の１０に対する相対値であり、本説明においては以下の説明の理解が容易となる１００００とする。変形制御パラメータ値は、設計者が各々の配線パターン設計時に信号種類毎に変形度合いを示す値として設定する。
【００２２】
次に、ステップＳ２０１にて基板外形の変形量を指定する。本説明例では、Ｅ１−Ｅ２間の距離を１３０から９０に、４０だけ縮小するものとし、Ｅ１−ＳＰ１−Ｐ１−ＳＰ２−Ｐ２−ＳＰ３−Ｍ１−ＳＰ４−Ｅ２の一連の値を変更することで縮小するものとする。
ステップＳ２０２では、変形対象範囲に存在する配線パターン構成要素の形状および位置の変形量の算出を行う。各々の配線パターン構成要素の位置を示す座標値および信号線幅、クリアランス幅を示す配線パターンを図６、配線パターン形状情報を図７で表す。図７の形状情報に変形制御パラメータを加えたものが図８であり、この図８の値を基に変形前の値Ａｉに対して各要素の変形量が割り振られた変形後の値Ｄｉが求められる。求まったＤｉと移動される新しい座標を加えたものを図９にて示す。なお、Ａｉ、Ｄｉは変形対象の信号線幅、クリアランス幅の変形前、変形後の値を表し、ｉは各要素を区別するための順番を表す数字である。前記で求まったＤｉ値に従い、ステップＳ２０３にて形状修正及び移動を行う。ステップＳ２０４で修正結果を確認し再修正が必要であるならば、ステップＳ２０５で会話型の修正を行い、また、再修正が必要でない場合には終了する。本説明例の変形後の形状を図１０に示す。
【００２３】
次に、変形制御パラメータを使用した信号線幅およびクリアランス幅の算定方法について、変形制御パラメータによる変形のし易さ、し難さの違いをバネの硬さの違いに置き換えて説明する。例えば、変形可能な各要素のそれぞれの境界位置を硬さの異なるバネにより接続されたものとした説明図が図１１である。この図１１で基板外形の両端Ｅ１−Ｅ２に力を加えた場合にそれぞれのバネの釣合う位置が、変形後の形状における各要素の境界位置となり、その境界位置で形成される信号線およびクリアランスが各配線パターン構成要素となる。その場合、バネの硬さを変えることにより境界位置は変化する。つまり、硬いバネは多少の力では変形せず、軟らかいバネは小さな力でも変形するため、両端に力を加えることによる変形量はそれぞれのバネで異なり、信号線幅およびクリアランス幅の各々の変形量が異なることになる。よって、バネの硬さが変形度合いを設定することになり、バネの硬さ表すパラメータを用いることで変形後のそれぞれの境界位置を算定することが可能となる。
【００２４】
本説明例での変形制御パラメータ値も同様であり、大きな値では変形し難く、小さな値では変形しやすい。そのため、変形制御パラメータをバネの硬さを表すパラメータと同等に扱い、異なる硬さのバネの釣合う位置を算出する式を用いて変形後の値の算出を行うことができる。各要素に割り振られた変形量を求めるための式は以下の通りである。ΔＬ０は、全体の変形量で本説明例では縮小量の４０であり、図８のベース値（Ａｉ）および変形制御パラメータ（Ｋｉ）の各値を以下の式に代入し、連立方程式を解くことにより変更値（Ｄｉ）の各値が算出できる。
ΔＬ０＝（Ｄ１−Ａ１）＋（Ｄ２−Ａ２）＋（Ｄ３−Ａ３）＋・・・＋（Ｄｉ−Ａｉ）
Ｋ１／Ａ１＊（Ｄ１−Ａ１）＝Ｋ２／Ａ２＊（Ｄ２−Ａ２）＝Ｋ３／Ａ３＊（Ｄ３−Ａ３）＝・・・＝Ｋｉ／Ａｉ＊（Ｄｉ−Ａｉ）
Ｋｉ／Ａｉ＝バネ定数  他の変数および算出結果は図７、図８、図９を参照。
以上により、既存の回路ブロックを再利用して新規に基板を設計する場合において、変形制御パラメータを用いて各配線パターン構成要素の変形量を制御することにより、インピーダンス／クロストークに影響を受けやすい信号の信号線幅やクリアランス幅の変更によるインピーダンス不整合などの不具合の発生を防止でき、配線パターン設計後の修正作業を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態の配線パターン設計方法を実施するシステム構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の実施形態の配線パターン設計方法の処理手順を表すフローチャートである。
【図３】配線パターンの変形例を示す配線パターン図である。
【図４】配線パターン変形時の処理手順を表すフローチャートである。
【図５】修正箇所を明示した縮小前の配線パターン形状を示す図である。
【図６】各信号線及び部品の位置を示す座標値を付加した縮小前の配線パターン形状を示す図である。
【図７】配線パターン構成要素の形状情報例を示す図である。
【図８】変形制御パラメータを加えた配線パターン構成要素の形状情報例を示す図である。
【図９】変更値と変形後の座標値を加えた配線パターン構成要素の形状情報例を示す図である。
【図１０】縮小後の配線パターン形状を示す図である。
【図１１】変形可能な各要素のそれぞれの境界位置が硬さの異なるバネにより接続されたものとした説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  回路図データ
２  基板仕様情報
３  回路ブロック分割手段
４  回路ブロックライブラリ
５  登録ブロックＩ/Ｆ
６  パターンブロック変形手段
７  パターンブロック作成手段
８  パターンブロック合成手段
９  配線パターンデータ
【図１】
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【図２】
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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３】
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