(57)【要約】【課題】クロストークが発生している箇所を効率的に解析するシミュレーション装置を提供する。【解決手段】本発明に係るシミュレーション装置は、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部２２１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２２２と、電磁界解析の解析結果から、解析対象として指定された信号線の配線方向を特定する配線方向特定部２３１と、配線方向特定部２３１が特定した配線方向と垂直な方向の電流成分を検出する電流検出部２３２と、電流検出部２３２が電流成分を検出した箇所を電気的結合箇所として出力する結合箇所出力部２３３とを備える。【選択図】図２
2009003790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上の信号線の電気的結合について解析するシミュレーション装置であって、
基板設計データから前記回路基板上の信号線名および前記回路基板上における信号線の位置を含む配線情報を取得するための配線情報取得手段と、
前記基板設計データに基づき、前記回路基板を含む解析空間について電磁界解析を実行するための電磁界解析手段と、
前記電気的結合について解析対象となる信号線を指定するための信号線指定手段と、
前記信号線指定手段によって指定された信号線の配線方向を特定する配線方向特定手段と、
前記電磁界解析手段の解析結果に基づき、前記指定された信号線内の点において、前記配線方向特定手段によって特定された配線方向に垂直な方向の電流成分を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で前記電流成分が検出された箇所を電気的結合箇所として出力する結合箇所出力手段とを備える、シミュレーション装置。
【請求項２】
前記配線情報は、前記解析領域をセル単位に分割して得られる各セルに、前記各セル中に存在する物質に応じた物質情報を与えたものであって、
前記配線方向特定手段は、前記指定された信号線の輪郭上にある前記各セルの格子点周囲の前記物質情報に基づき、前記指定された信号線の配線方向を特定する、請求項１記載のシミュレーション装置。
【請求項３】
前記電流検出手段は、前記電磁界解析手段の解析結果に基づき、前記解析空間の電流値として、過渡応答値の所定の時刻の電流値を用いる、請求項１または２に記載のシミュレーション装置。
【請求項４】
前記電流検出手段は、前記電磁界解析手段の解析結果に基づき、前記解析空間の電流値として、過渡応答値を周波数変換して得られた所定の周波数の電流値を用いる、請求項１または２に記載のシミュレーション装置。
【請求項５】
前記結合箇所出力手段は、前記電気的結合箇所と、前記電気的結合箇所における前記電流成分との、少なくとも一方を表示するための表示手段を含む、請求項１または２に記載のシミュレーション装置。
【請求項６】
前記結合箇所出力手段は、前記電流成分が所定の閾値よりも大きな箇所を、前記電気的結合箇所として出力する、請求項１または２に記載のシミュレーション装置。
【請求項７】
前記電磁界解析手段は、有限時間差分領域法を用いて電磁界解析を行なう、請求項１または２に記載のシミュレーション装置。
【請求項８】
演算部を有するコンピュータに、回路基板上の信号線の電気的結合について解析する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、基板設計データから前記回路基板上の信号線名および前記回路基板上における信号線の位置を含む配線情報を取得するステップと、
前記演算部が、前記基板設計データに基づき、前記回路基板を含む解析空間について電磁界解析を実行するステップと、
前記演算部が、前記電気的結合について解析対象となる信号線を指定するステップと、
前記演算部が、前記信号線を指定するステップで指定された信号線の配線方向を特定するステップと、
前記演算部が、前記電磁界解析を実行するステップの解析結果に基づき、前記指定され
た信号線内の点において、前記配線方向を特定するステップで特定された配線方向に垂直な方向の電流成分を検出するステップと、
前記演算部が、前記電流成分を検出するステップで前記電流成分が検出された箇所を電気的結合箇所として出力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９】
請求項８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１０】
回路基板上の信号線の電気的結合について解析する処理を実行させるためのシミュレーション方法であって、
基板設計データから前記回路基板上の信号線名および前記回路基板上における信号線の位置を含む配線情報を取得するためのステップと、
前記基板設計データに基づき、前記回路基板を含む解析空間について電磁界解析を実行するためのステップと、
前記電気的結合について解析対象となる信号線を指定するためのステップと、
前記信号線を指定するためのステップで指定された信号線の配線方向を特定するためのステップと、
前記電磁界解析手段の解析結果に基づき、前記指定された信号線内の点において、前記配線方向を特定するためのステップで特定された配線方向に垂直な方向の電流成分を検出するための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、回路基板におけるクロストークの発生箇所を解析する技術に関する。
【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、電源品質およ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電気回路上に存在する伝送路の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】
ノイズ問題の一つに、高速な信号線または電源の近傍に配線された信号線に不要なノイズが漏洩するクロストーク問題がある。クロストーク問題は、ノイズが漏洩した信号の誤動作や不要輻射などの元となるため、設計段階で発生箇所を予測する技術がこれまでにも増して重要視されている。
【０００４】
たとえば、特許文献１には、設計した基板の配線パターンの解析対象となる部分を２平行線標準基板モデル等の配線パターンを近似し、その結合係数を各標準基板モデル毎に予め算出した結合係数テーブルによって求め、クロストーク雑音電圧をシミュレーションする方法が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２では、レイアウトパターンデータから、クロストークの発生しやすい箇所を推定表示する技術が開示されている。
【０００６】
ここで、本発明の中核をなす、電気回路を対象とした３次元電磁界解析の背景技術について述べる。電磁界解析手法のうち代表的なものとして、たとえば非特許文献１に開示されているようなＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain）法がある。
【０００７】
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。
【０００８】
より具体的には、電磁界解析を行いたい解析領域をセルと呼ばれる微小な直方体に分割する。このとき、各セルに対して、セルを構成する物質に応じて透磁率、誘電率および導電率が与えられる。セルのｘ，ｙ，ｚ方向の各辺の長さはそれぞれΔｘ，Δｙ，Δｚとする。また、時刻ｔについても、時間刻み幅をΔｔとして離散化する。
【０００９】
以下では、位置ｘ＝ｉΔｘ，ｙ＝ｊΔｙ，ｚ＝ｋΔｚ、時刻ｔ＝ｎΔｔにおける量Ｆ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）をＦｎ（ｉ，ｊ，ｋ）と書く。
【００１０】
図１２にＦＤＴＤ法における電界および磁界の時間配置を示す。ＦＤＴＤ法では、電界および磁界の一方（本説明では電界）を整数次の時刻ｔ＝（ｎ−１）Δｔ，ｎΔｔ，（ｎ＋１）Δｔ，…に割り当て、電界および磁界のもう一方（本説明では磁界）を半奇数次の
時刻ｔ＝（ｎ−１／２）Δｔ，（ｎ＋１／２）Δｔ，…に割り当てる。
【００１１】
これらの電場および磁場の間には、微分形式のマクスウェルの電磁界方程式を時間について中心差分化することにより得られる次の関係式が成り立つ。ここでσ，ε，μはそれぞれ導電率、誘電率、透磁率を表わす。
【００１２】
【数１】
2009003790.tif 000003
【００１３】
【数２】
2009003790.tif 000004
【００１４】
Ｅｎ−１、Ｈｎ−１／２が既知であるとすると、時刻ｎΔｔでの電界強度Ｅｎは式（１）にＥｎ−１、Ｈｎ−１／２を代入することにより算出される。続いて、時刻（ｎ＋１／２）Δｔでの磁界強度Ｈｎ＋１／２は式（２）にＥｎ、Ｈｎ−１／２を代入することにより算出される。このように、ＦＤＴＤ法における電界強度Ｅおよび磁界強度Ｈは時間的に交互に算出される。
【００１５】
なお、ＦＤＴＤ法における時間刻み幅Δｔは、セルのサイズに対して式（３）に示すＣｏｕｒａｎｔ安定条件を満たす必要がある。ここでｖは電磁波の伝搬速度である。
【００１６】
【数３】
2009003790.tif 000005
【００１７】
時間刻み幅に対して式（３）が満たされない場合、算出された値が発散してしまうことが一般に知られている。
【００１８】
次に、ＦＤＴＤ法における電界および磁界の空間配置を示す。ＦＤＴＤ法では図１３に示すように、ベクトル量である電界強度Ｅおよび磁界強度Ｈの一方（以下の説明の場合は電界強度）のｘ，ｙ，ｚの各成分（Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚ）をセルの格子の各辺上に、もう一方（以下の説明の場合は磁界強度）のｘ，ｙ，ｚの各成分（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）をセルの格子面の中央に格子面に対して垂直に配置する。
【００１９】
微分形式のマクスウェルの電磁界方程式を位置について中心差分化して得られる関係式により、各辺上の電界を、その周りの磁界から求めることができる。また、磁界もその周りの電界から計算される。また、電流Iも、Ｉ＝σＥの関係式に、上記のように求めた各辺上の電界の値を代入することで算出できる。
【００２０】
電磁界解析は電気回路の配線構造に起因する電磁気的影響を詳細に解析できるため、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。一方で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。
【００２１】
たとえば、非特許文献１では、ＦＤＴＤ法による電磁界解析に必要な総演算回数は、およそセルの総数の４／３乗に比例することが述べられている。
【００２２】
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２では、複数台のコンピュータを用いてＦＤＴＤ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が述べられている。
【特許文献１】特開平８−２２１４５４号公報
【特許文献２】特開平３−２０８１７７号公報
【非特許文献１】宇野亨  「ＦＤＴＤ法による電磁界及びアンテナ解析」  第１版  コロナ社  １９９８年２月  ｐ１−５７
【非特許文献２】日経ＢＰ社刊  日経エレクトロニクス  ２００５年１月３１日号  ｐ１１７−１３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
一方で、多層プリント基板などではビア構造などの高密度配線化技術によって、配線経路が複雑化し、平行２配線以外の箇所で発生するクロストークが問題となる場合がある。特許文献１で開示された方法では、そうした部分のクロストークを扱うことは不可能である。
【００２４】
また、クロストークは、２つの信号線が近接する部分で信号線同士が電気的に結合して発生するため、配線の構造によるところが大きい。そのため、基板設計段階での機器のクロストーク対策では、クロストーク量を算出するだけでなく、クロストークが発生している箇所（以下、「結合箇所」と呼ぶ）を特定することができれば、配線経路変更等の対策を施す箇所が特定されるため、設計者に対して有用な情報となる。
【００２５】
特許文献１では、従来技術として電磁界シミュレータを用いてクロストーク解析の対象となる等価４端子回路網を抽出し、回路解析によりクロストーク量を算出する方法について記載されているが、結合箇所の抽出については記載されていない。
【００２６】
特許文献２では、結合箇所の抽出方法について記述しているが、対象となる構造が限られており、多層配線基板の複雑な構造に対応できない場合がある。
【００２７】
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、クロストークが発生している箇所を効率的に解析する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】
【００２８】
上記課題を解決するため、１つの局面における本発明は、回路基板上の信号線の電気的結合について解析するシミュレーション装置であって、基板設計データから回路基板上の信号線名および回路基板上における信号線の位置を含む配線情報を取得するための配線情報取得手段と、基板設計データに基づき、回路基板を含む解析空間について電磁界解析を実行するための電磁界解析手段と、電気的結合について解析対象となる信号線を指定するための信号線指定手段と、信号線指定手段によって指定された信号線の配線方向を特定する配線方向特定手段と、電磁界解析手段の解析結果に基づき、指定された信号線内の点に
おいて、配線方向特定手段によって特定された配線方向に垂直な方向の電流成分を検出する電流検出手段と、電流検出手段で電流成分が検出された箇所を電気的結合箇所として出力する結合箇所出力手段とを備える。
【００２９】
また、配線情報は、解析領域をセル単位に分割して得られる各セルに、各セル中に存在する物質に応じた物質情報を与えたものであって、配線方向特定手段は、指定された信号線の輪郭上にある各セルの格子点周囲の物質情報に基づき、指定された信号線の配線方向を特定してもよい。
【００３０】
また、電流検出手段は、電磁界解析手段の解析結果に基づき、解析空間の電流値として、過渡応答値の所定の時刻の電流値を用いてもよい。
【００３１】
また、電流検出手段は、電磁界解析手段の解析結果に基づき、解析空間の電流値として、過渡応答値を周波数変換して得られた所定の周波数の電流値を用いてもよい。
【００３２】
また、結合箇所出力手段は、電気的結合箇所と、電気的結合箇所における電流成分との、少なくとも一方を表示するための表示手段を含んでもよい。
【００３３】
また、結合箇所出力手段は、電流成分が所定の閾値よりも大きな箇所を、電気的結合箇所として出力してもよい。
【００３４】
また、電磁界解析手段は、有限時間差分領域法を用いて電磁界解析を行なってもよい。
他の局面における本発明は、演算部を有するコンピュータに、回路基板上の信号線の電気的結合について解析する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、基板設計データから回路基板上の信号線名および回路基板上における信号線の位置を含む配線情報を取得するステップと、演算部が、基板設計データに基づき、回路基板を含む解析空間について電磁界解析を実行するステップと、演算部が、電気的結合について解析対象となる信号線を指定するステップと、演算部が、信号線を指定するステップで指定された信号線の配線方向を特定するステップと、演算部が、電磁界解析を実行するステップの解析結果に基づき、指定された信号線内の点において、配線方向を特定するステップで特定された配線方向に垂直な方向の電流成分を検出するステップと、演算部が、電流成分を検出するステップで電流成分が検出された箇所を電気的結合箇所として出力するステップとを備える。
【００３５】
さらに他の局面における本発明は、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。
【００３６】
さらに他の局面における本発明は、回路基板上の信号線の電気的結合について解析する処理を実行させるためのシミュレーション方法であって、基板設計データから回路基板上の信号線名および回路基板上における信号線の位置を含む配線情報を取得するためのステップと、基板設計データに基づき、回路基板を含む解析空間について電磁界解析を実行するためのステップと、電気的結合について解析対象となる信号線を指定するためのステップと、信号線を指定するためのステップで指定された信号線の配線方向を特定するためのステップと、電磁界解析手段の解析結果に基づき、指定された信号線内の点において、配線方向を特定するためのステップで特定された配線方向に垂直な方向の電流成分を検出するためのステップとを備える。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、クロストークが発生している結合箇所を効率的に解析することができる。これにより、平行２配線以外の部分を考慮した結合箇所を抽出することが可能となる
。したがって、クロストークの影響が少ない、高品質のプリント基板を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明のクロストーク発生箇所抽出手順について具体的に説明する。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。それらの名称及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。
【００３９】
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表す図である。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。
【００４０】
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。
【００４１】
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２５０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）２６０と、電磁界解析を実行するプログラム１６０と、解析結果を分析するプログラム１６１と、解析するための条件が格納された解析条件２７０と、設計対象となるプリント基板の解析モデル２８０と、解析結果を格納するための解析結果２９０と、任意の配線間の結合情報が格納された分析結果２９５を含む。
【００４２】
ここで、たとえば、基板ＣＡＤデータ２５０、モデルＤＢ２６０、解析条件２７０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。解析条件２７０については、ユーザがマウス１１２およびキーボード１１０等の入力装置を介して設定してもよい。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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、コンピュータ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。
【００４６】
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。
【００４７】
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についての機能的構成について説明する。
【００４８】
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２２０と、解析結果を分析するプログラム１６１に従い電磁界解析の結果から結合箇所を分析する解析結果分析部２３０と、電磁界解析部２２０および解析結果分析部２３０の制御を行なう制御部２１０とから構成される。
【００４９】
電磁界解析部２２０は、設計対象の解析モデルを作成するモデル作成部２２１と、電磁界解析を実行する解析部２２２とを含む。
【００５０】
解析結果分析部２３０は、指定された信号線の配線方向を特定する配線方向特定部２３１と、配線方向特定部２３１が特定した配線方向に垂直な方向の電流成分を検出する電流検出部２３２と、電流検出部２３２が配線方向に垂直な方向の電流成分を検出した箇所を結合箇所として出力する結合箇所出力部２３３とを含む。
【００５１】
まず、電磁界解析部２２０について説明する。
モデル作成部２２１は、基板ＣＡＤデータ２５０、または、解析条件２７０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する。そして、解析条件２７０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。
【００５２】
本実施の形態では、電磁界解析の手法としてＦＤＴＤ法を用いる場合を説明する。したがって、モデル作成部２２１は、対象となる多層プリント基板をセルと呼ばれる単位格子によって分割し、各セルを満たす物質に応じて物性値を与えた解析モデル２８０を作成する。ただし、本発明では、他の方法で電磁界解析を行なってもよく、モデル作成部２２１が作成する解析モデルも上記のものに限られない。
【００５３】
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２５０から該回路素子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ＤＢ２６０より読み出し、電流源法または電圧源法に基づいた回路の解析モデル２８０を作成する。
【００５４】
なお、解析モデル２８０には、解析結果分析部２３０で使用される配線名および配線の基板上の位置情報を表す配線情報を含む。
【００５５】
解析部２２２は、解析モデル２８０と解析条件２７０とを参照して電磁界解析を実行する。
【００５６】
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に波源を設定して解析を実行する。解析の用途によって、波源に、インパルス信号等の波形を入力し広帯域の挙動を求める場合や、半導体素子回路モデルを用いて実動作の現象を模した解析を行なう場合等があるが、本発明はいずれの場合にも適用できる。
【００５７】
解析部２２２は、解析領域、または、解析条件２７０で予め指定された領域の電界強度分布を解析結果２９０としてハードディスク１２４上に格納する。
【００５８】
次に、解析結果分析部２３０について説明する。ここでは、まず、平面状の回路での解析結果分析について説明する。３次元構造を持つ回路の解析結果分析については後述する。
【００５９】
配線方向特定部２３１は、解析モデル２８０内の配線情報を参照し、全格子点を順に走査し、各格子点において周囲４セルのいずれか１セル以上に解析対象の導体セルが存在し、かつ、４セルすべてが導体セルでなければその格子点は輪郭であると判断し、輪郭であると判断した格子点をハードディスク１２４上に配列などとして保存しておく。そして、保存された格子点を順に輪郭として辿っていき、保存された各格子点上の配線方向を特定する。この配線方向の特定方法の詳細については後述する。また、上記の方法は一例であり、その他の手法により輪郭の走査、検出を行なってもよい。例えば、解析条件２７０で、クロストーク解析対象として指定された領域中で輪郭の走査、検出を行なってもよい。
【００６０】
続いて、電流検出部２３２について説明する。まず、格子点上での電流値を算出する方法について図３を用いて説明する。図３は、ＦＤＴＤ法における一平面内での各セルに対する電流の割り当て方を示す図である。図３に示すように、セルの各辺上に電流が定義される。格子点（ｉ，ｊ）の周囲には４つの電流変数Ｉｘ（ｉ＋１／２，ｊ），Ｉｘ（ｉ−１／２，ｊ），Ｉｙ（ｉ，ｊ＋１／２），Ｉｙ（ｉ，ｊ−１／２）が存在する。本実施例では格子点（ｉ，ｊ）の電流Ｉ（ｉ，ｊ）を式（４）のベクトルとして扱う。
【００６１】
【数４】
2009003790.tif 000006
【００６２】
電流検出部２３２は、式（４）を輪郭上にある格子点に適用することで、配線の輪郭から発生する電流ベクトルを算出する。
【００６３】
なお、上記の計算で用いられる電流値は、解析の用途に従って、過渡応答値の所定の時刻における電流値、あるいは、過渡応答値を周波数変換して得られた所定の周波数の電流値のいずれを用いてもよい。
【００６４】
格子点の電流のうち、配線方向の成分は配線自身を伝わる電流とし、配線方向に垂直な成分をクロストークにより発生する電流と考える。電流検出部２３２は、配線方向に垂直な電流成分のＩｎｏｉｓｅの値を式（５）によって算出する。ここで、θ（０≦θ≦π）は配線方向に対する電流ベクトルの角度である。
【００６５】
【数５】
2009003790.tif 000007
【００６６】
ただし、クロストーク自体は配線のいたる所で発生する可能性があり、その中で結合の強いものが問題となる危険性がある。従って、値の小さい電流をクロストーク発生箇所として検出することは、不必要な情報量の増大になりかねない。そこで、結合箇所出力部２３３は、式（５）によって算出された電流値が、予め解析条件２７０で設定された閾値よりも低い値である場合には、クロストークが発生箇所から除外することもできる。
【００６７】
結合箇所出力部２３３は、クロストーク発生箇所の座標および算出された電流値のうち少なくとも１つの情報を分析結果２９５に格納する。
【００６８】
解析結果分析部２３０は、以上の処理を、少なくとも１つの信号線に対して行い、クロストーク発生箇所を抽出する。また、上記処理を全ての信号線、あるいは解析条件２７０で指定される領域に含まれる信号線に対して逐次的に行ってもよい。
【００６９】
さて、ここからは、配線方向特定部２３１の行う処理について具体例を挙げて詳しく説明するのに先立って、図４を参照して、電磁界解析の解析対象となる回路基板についての解析モデルについて説明する。
【００７０】
図４は、多層プリント基板のある配線層の一部を示す図である。特に、図４（ａ）は配線層をメッシュ分割した図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）における配線パターンと信号名とインデックスとを対応付けた表である。
【００７１】
図４を参照して、多層プリント基板の配線層について説明する。
図４（ａ）に示すように、配線層のある領域において、信号４１０、４２０、４３０が配線されている。また、ＦＤＴＤ法を用いて電磁界解析を行なう際のセルの格子配置が併せて破線にて示されている。ここでは、セルの位置座標を、左上のセルを（０，０）、右下のセルを（１１，９）と定義する。
【００７２】
また、コンピュータ上での管理を容易にするため、各信号名に対し、インデックスを割り当てる。
【００７３】
図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）で示した配線層における信号線のパターン４２と、そのパターンに対応する信号線の信号名４４と、コンピュータ上で管理するためのインデックス４６とが対応付けられている。
【００７４】
ここでは、信号４１０，４２０，４３０に対して、インデックス１，２，３がそれぞれ割り当てられる。
【００７５】
図５は、図４（ａ）で示す領域に対応する配線位置情報を示した図である。
図５を参照して、配線位置情報について説明する。
【００７６】
図５において、１行目は、セル座標（ｘ，０）に対応する配線位置情報で、（０，０）を始点として、セル座標ｘ軸方向のインデックスとその位置座標を示している。なお、信号線を含まないセルについては、インデックス０で示されている。
【００７７】
つまり、図４（ｂ）で示した各信号線を含むセルに対応するインデックスと、信号線を含まないセルに対応するインデックスとから、配線構造との対応関係が示される。
【００７８】
２行目以降も同様に、各信号線の位置座標を表わす。このような配線位置座標は、基板ＣＡＤデータ２５０を参照することにより、取得することが可能である。
【００７９】
以上が、配線情報に関する説明である。
続いて、配線方向特定の詳細について説明する。配線方向の特定は、上記配線情報を用いて行なわれる。
【００８０】
図６は、信号線の配線方向の特定方法を示す図である。配線の輪郭上の格子点における配線方向のパターンは、信号線を含む導体セル６１０と信号線を含まない絶縁体セル６２０が、格子点の周囲４セルにどのように配置されるかによって、大きくは、図６に示されるａ）〜ｄ）の４つのケースに分けられる。ａ）は、格子点の周囲４セルが、絶縁体セル１つと導体セル３つからなる場合である。ｂ）は、格子点の周囲４セルが、絶縁体セル２つと導体セル２つからなり、導体セル同士の１辺が接して並んでいる場合である。ｃ）は、格子点の周囲４セルが、絶縁体セル２つと導体セル２つからなり、導体セル同士は１つの頂点のみで接している場合である。ｄ）は格子点の周囲４セルが、絶縁体セル３つと導体セル１つからなる場合である。
【００８１】
それぞれの場合について、以下のように配線方向６３０を定める。
ａ）の場合、対角線上に配置された２つの導体セルの、接している頂点とその対角の位置にある頂点とを結ぶ線の方向を配線方向とする。ｂ）の場合は導体セルと絶縁体セルとが接する辺の方向、ｃ）の場合は対角線上に配置された２つの導体セルの、接している頂点とその対角の位置にある頂点とを結ぶ線の方向、ｄ）の場合は対角線上に配置された２つの絶縁体セルの、接している頂点とその対角の位置にある頂点とを結ぶ線の方向をそれぞれ配線方向とする。
【００８２】
ただし、配線方向の特定方法は、上記の例に限られない。例えば、基板ＣＡＤデータ２５０に予め配線方向の情報が含まれている場合には、配線方向特定部２３１は配線方向の情報を読み出すことで配線方向を特定できる。また、例えば、一本の配線を「ＬＩＮＥ（始点座標）（終点座標）」と記述するようなＣＡＤデータなどから、配線方向を解析してもよい。あるいは、解析対象の配線の一端に波源を配置し、他端を適当な条件で終端してシミュレーションを行ない、シミュレーション中に流れた電流の方向を配線方向としてもよい。
【００８３】
以上では、平面状の回路に対する配線方向の特定および電流検出について説明を行った。ここからは、３次元構造をもつ回路における配線方向の特定および電流検出について説明する。
【００８４】
まず、図７〜９に従って配線情報について説明する。図７は、多層プリント基板の一部を抜粋した図である。図７（ａ）は、多層プリント基板の斜視図、図７（ｂ）は多層プリント基板をｘ方向から見た図である。図７に示すように、信号７１０、信号７２０がこの領域内に配線されている。
【００８５】
配線は３層の導体層を持ち、各導体層の間に絶縁体層を持つ計５層構造で、各層を上から順にＬ１、Ｌ２、…、Ｌ５と呼ぶことにする。信号７１０はＬ１とＬ５に配線されており、垂直方向にビアで接続されている。信号７２０はＬ３に配線されている。
【００８６】
図８（ａ１）〜（ａ５）は、それぞれ、この領域に含まれるＬ１からＬ５までの各層を
表す図である。これらの図には、ＦＤＴＤ法を用いて電磁界解析を行う際のセルの格子配置が併せて破線にて示されている。ここでは、セルの位置座標を、左上のセルを（０，０），右下のセルを（１１，９）として定義する。
【００８７】
また、コンピュータ上での管理を容易にするため、各信号名に対し、インデックスを割り当てる。図８（ｂ）に示すように、図８（ａ１）〜（ａ５）で示した各配線層における信号線のパターン８２と、そのパターンに対応する信号線の信号名８４と、コンピュータで管理するためのインデックス８６とが対応付けられている。ここでは、信号７１０，７２０に対して、インデックス１，２がそれぞれ割り当てられている。
【００８８】
図９は図８（ａ１）〜（ａ５）で示す領域に対応する配線情報を示した図である。図９を参照して配線情報について説明する。Ｌ１からＬ５までの各層の配線情報は、それぞれ、図９（ａ）〜（ｅ）のように表される。
【００８９】
図９（ａ）〜（ｅ）のそれぞれにおいて、１行目は、セル座標（ｘ，０）に対応する配線情報で、（０，０）を始点として、セル座標ｘ軸方向のインデックスとその位置座標を示している。なお、信号線を含まないセルについては、インデックス０で示されている。
【００９０】
つまり、図８（ｂ）で示した各信号線を含むセルに対応するインデックスと、信号線を含まないセルに対応するインデックスとから、配線構造との対応関係が示される。
【００９１】
２行目以降も同様に各信号線の配線情報を表す。上記配線情報は、基板ＣＡＤデータ２５０を参照することにより、取得することが可能である。
【００９２】
配線方向は、上記配線情報から得られる各格子点周囲の物質情報に基づき、次のように定められる。まず、配線が、基板水平方向の配線と、基板垂直方向のビアとのいずれであるかを判定する。この判定は、基板ＣＡＤデータ２５０に含まれる情報を基に行なうことができる。基板水平方向の配線の方向は、基板の各層内で、２次元での配線方向を決定した方法と同様の方法で決定する。なお、配線の上面および下面のみで配線方向の分析を行なうものとしてもよい。また、ビアの配線方向は基板垂直方向とする。ただし、ビアと配線層のいずれにも含まれる領域中の配線の方向は、ビアの配線方向とせず、配線層内の配線方向決定方法を用いて決定するものとする。例として、図１０を用いて３次元構造を持つ回路における配線方向分析について説明する。図１０は、多層プリント基板のある領域中の配線を示す図である。図１０（ａ）は、多層プリント基板の斜視図、図１０（ｂ）は、多層プリント基板をｘ方向から見た断面図である。図１０に示す領域中には、信号９１０と、信号９２０が存在し、信号９１０の配線層内の配線端は、ビアに接続されている。図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）中点線枠で囲った領域の配線方向を示す断面図である。基板水平方向の配線方向は、ｘ−ｙ平面内で、各格子点の周囲４セルの物質情報から決定される。また、この例では、配線は２セルにわたる厚みを持っている。そこで、上下２セルの間にある格子点は解析せず、配線上面、下面のそれぞれの輪郭について解析を行なうものとしている。ビア内の格子点上の配線方向は、基板垂直方向、すなわち、ｚ軸方向である。
【００９３】
また、配線方向に垂直な方向の電流成分を検出するにあたって必要となる電流ベクトルは、次のように求められる。まず、配線層内の電流ベクトルについては、２次元の場合の電流ベクトルの算出と同様に算出する。また、ビア部分の電流ベクトルは、平面状の回路で格子点の電流ベクトルを式（４）で求めたのと同様に、格子点周囲の６つの電流変数から３次元的に求める。
【００９４】
以上の発明に係るクロストークの解析は、以下の手続きによってコンピュータソフトウ
ェアとして実装できる。以下に、その手続きについてまとめる。
【００９５】
図１１は、シミュレーション装置１００の処理を示したフローチャートである。
図１１を参照して、シミュレーション装置１００が行なうクロストークの解析処理について説明する。
【００９６】
ステップＳ１００において、制御部２１０は、ユーザがマウス１１２およびキーボード１１０等の入力装置を介して設定した解析のための条件を、ハードディスク１２４の解析条件２７０またはメモリ１２２に格納する。
【００９７】
次いで、ステップＳ１０２において、モデル作成部２２１は、基板ＣＡＤデータ２５０または解析条件２７０を読み込み解析モデルを作成する。そして、ハードディスク１２４の解析モデル２８０またはメモリ１２２に格納する。
【００９８】
続いて、ステップＳ１０４において、解析部２２２は、解析条件２７０と解析モデル２８０とを読み込み、電磁界解析を実行するプログラム１６０に従って、電磁界解析を行なう。そして、解析結果をハードディスク１２４の解析結果２９０またはメモリ１２２に格納し、制御部２１０に対し電磁界解析終了のメッセージを送信する。
【００９９】
そして、ステップＳ１０６において、制御部２１０は、電磁界解析終了のメッセージを確認する。
【０１００】
次いで、ステップＳ１０８において、制御部２１０は、電磁界解析終了のメッセージを受信したかどうかを判定する。
【０１０１】
受信していないと判断すれば（ステップＳ１０８において、ＮＯ）、ステップＳ１０６の処理に戻る。
【０１０２】
一方、受信したと判断すれば（ステップＳ１０８において、ＹＥＳ）、ステップＳ１１０において、制御部２１０から実行指示をうけた解析結果分析部２３０は、解析条件２７０および解析結果２９０を読み込み、上述したように、指定された信号線についてクロストークの解析を行なう。そして、分析した結果をハードディスク１２４の分析結果２９５またはメモリ１２２に格納し、制御部２１０に分析終了のメッセージを送信する。
【０１０３】
続いて、ステップＳ１１２において、制御部２１０は、分析終了のメッセージを確認する。
【０１０４】
そして、ステップＳ１１４において、制御部２１０は、分析終了のメッセージを受信したかどうかを判定する。
【０１０５】
受信していないと判断すれば（ステップＳ１１４において、ＮＯ）、ステップＳ１１２の処理に戻る。
【０１０６】
受信したと判断すれば（ステップＳ１１４において、ＹＥＳ）、ステップＳ１１６において、制御部２１０は、ユーザがキーボード１１０やマウス１１２の操作によって入力した命令に従い、メモリ１２２、または、ハードディスク１２４上に保存された分析結果をモニタ１０４や、ユーザが読み取り可能なファイル形式にてハードディスク１２４上に出力する。表示の方法として、クロストーク発生箇所と、クロストーク発生箇所における配線方向に垂直な電流成分のうち、少なくとも一方を基板配線パターンと合わせて表示することとする。
【０１０７】
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、クロストーク発生箇所を抽出し、ユーザに対してクロストーク発生箇所をモニタ１０４上に表示することが可能となる。この装置は、信号線内でクロストーク発生箇所を抽出するので、ある信号線が他の信号線と結合しており、かつ、第３の信号線とより強く結合しているような場合に、強い結合のみならず弱い結合についてもクロストーク発生箇所を抽出することができる。ユーザは抽出された箇所を確認しながら、配線形状変更等の改善を行うことで、プリント基板の設計を行うことが可能となる。従って、クロストークの少ない高品質の電子回路を提供することができる。
【０１０８】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
電子機器の電気回路設計に本手法を適用した場合、試作機を作成することなく、クロストークの少ない電気回路を設計することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【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】ＦＤＴＤ法における一平面内での各セルに対する電流の割り当て方を示す図である。
【図４】平面状のプリント基板の一部を示す図である。
【図５】図４で示す領域の配線情報を示す図である。
【図６】信号線の配線方向の特定方法を示す図である。
【図７】多層プリント基板のある領域中の配線を示す図である。
【図８】図７で示す領域中の各層の配線を示す図である。
【図９】図８で示す領域中の各層に対応する配線情報を示す図である。
【図１０】多層プリント基板のある領域中の配線を示す図である。
【図１１】シミュレーション装置１００の処理を示すフローチャートである。
【図１２】ＦＤＴＤ法における電界および磁界の時間配置を示す図である。
【図１３】ＦＤＴＤ法における電界および磁界の空間配置を示す図である。
【符号の説明】
【０１１１】
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  解析結果を分析するプログラム、２１０  制御部、２２０  電磁界解析部、２２１  モデル作成部、２２２  解析部、２３０  解析結果分析部、２３１
配線方向特定部、２３２  電流検出部、２３３  結合箇所出力部、２５０  基板ＣＡＤデータ、２６０  モデルＤＢ、２７０  解析条件、２８０  解析モデル、２９０  解析結果、２９５  分析結果。
【図１】
2009003790.tif 000008
【図２】
2009003790.tif 000009
【図３】
2009003790.tif 000010
【図４】
2009003790.tif 000011
【図５】
2009003790.tif 000012
【図６】
2009003790.tif 000013
【図７】
2009003790.tif 000014
【図８】
2009003790.tif 000015
【図９】
2009003790.tif 000016
【図１０】
2009003790.tif 000017
【図１１】
2009003790.tif 000018
【図１２】
2009003790.tif 000019
【図１３】
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