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バイアスTインダクタ設計支援ツール
操作マニュアル1
1

2020年8月
株式会社村田製作所
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12 August 2020
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12 August 2020

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ツール概要

PoCバイアスTインダクタの選定が簡単な操作だけで実現します。
操作・条件設定(回路、クライテリア、電流、ケーブル(ケーブル有の場合))
・Optimizeボタンを押す
回路とクライテリア選択

電流値入力

結果

ケーブル種類と長さ入力(With cableの場合)・最適な製品の組み合わせ
・S21(IL)、S11(RL)、S21/S11、Zのグラフ表示
・クリアしたい基準に対するPass/Fail・基準に対する最小マージン、フィルタのトータルDCR/面積、最大高さ
選定品番

S21,S11,S21/S11,Z
結果グラフ表記

クライテリアに対するマージン

クライテリアに対する
Pass or Failトータル専有面積
トータルDCR
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目次

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1, はじめに
1. PoCとは
2. PoCシステムの代表的な回路図
3. バイアスTインダクタ特性が信号品位に与える影響
4. PoCバイアスTフィルタ選定の重要性
2, ツール機能について
1. シミュレーション可能な回路
2. クライテリアについて
3. ケーブルについて
4. 基板の浮遊容量設定
5. 最適化自動選定
3, ツール概要
1. 各セクションの説明
2. 各項目の詳細説明
4, ツール活用事例
1. 使用事例1 (With cable回路で自動選定)
2. 使用事例2 (Without cable回路で自動選定)
3. 使用事例3 (自動選定条件を変更して比較する)
4. 使用事例4 (自動選定後にLを手動で選びなおす)
5. 使用事例5 (判定がFailになり条件緩和する)
6. 使用事例6 (L1の並列抵抗素子を削減する)
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1, はじめに
1. PoCとは
2. PoCシステムの代表的な回路図
3. バイアスTインダクタ特性が信号品位に与える影響
4. PoCバイアスTフィルタ選定の重要性
目次に戻る

2, ツール機能について
1. シミュレーション可能な回路
2. クライテリアについて
3. ケーブルについて
4. 基板の浮遊容量設定
5. 最適化自動選定
3, ツール概要
1. インターフェースの説明
2. 各項目の設定と結果表示
4, ツール活用事例
1. 使用事例1 (With cable回路で自動選定)
2. 使用事例2 (Without cable回路で自動選定)
3. 使用事例3 (自動選定条件を変更して比較する)
4. 使用事例4 (自動選定後にLを手動で選びなおす)
5. 使用事例5 (判定がFailになり条件緩和する)
6. 使用事例6 (L1の並列抵抗素子を削減する)

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1-1, PoCとは
通常

SignalBoard1Signal cable
Power cable

Power

Board2

GND

DC
Power

PoC

SignalBoard1

Power

Coaxial cable
Board2DCPower
PoC(Power over Coax)は1本の同軸ケーブルで電源と信号を同時に伝送する技術です。(ケーブル本数削減に寄与します)
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1-2, PoCシステムの代表的な回路

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DC-DC
コンバータ

DC-DC
コンバータ

Power
sourceBias-T回路

Camera,Sensoretc

SerDes* IC(Des)

SerDes* IC
(Ser)

ECU
etc

Coaxial cable

Power
SignalBias-T回路で高周波のSignalとDCのPowerが分離されます。
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1-3, PoCシステムのBias-Tインダクタの役割

DCをブロック××

高周波をブロック

コンデンサでDC成分のICへの流入を防ぎ、インダクタで高周波成分の電源ラインへの流入を防ぎます。

Bias-T回路

特に伝送特性に影響の大きいBias-Tインダクタの選定は重要です
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1-4, Bias-Tインダクタ特性が信号品質に与える影響
信号品質の測定

Vload

ランダム信号
3Gbps

Vin
Bias-T
インダクタ

オシロスコープ

特性の良好なBias-Tインダクタ

特性の不十分なBias-Tインダクタ
信号品質を確保できるBias-Tインダクタの選定が必要です。
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1, はじめに
1. PoCとは
2. PoCシステムの代表的な回路図
3. バイアスTインダクタ特性が信号品位に与える影響
4. PoCバイアスTフィルタ選定の重要性
2, ツール機能について
1. シミュレーション可能な回路
2. クライテリアについて
3. ケーブルについて
4. 基板の浮遊容量設定
5. 最適化自動選定

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3, ツール概要
1. インターフェースの説明
2. 各項目の設定と結果表示
4, ツール活用事例
1. 使用事例1 (With cable回路で自動選定)
2. 使用事例2 (Without cable回路で自動選定)
3. 使用事例3 (自動選定条件を変更して比較する)
4. 使用事例4 (自動選定後にLを手動で選びなおす)
5. 使用事例5 (判定がFailになり条件緩和する)
6. 使用事例6 (L1の並列抵抗素子を削減する)
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92-1, シミュレーション可能な回路

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3種類の回路でのシミュレーションが可能です。
DC-DC
コンバータ

DC-DC
コンバータ

[2]
SerDes* IC(Ser)[1] With cable

[1]

[3]

Power
source[2][3]

SerDes* IC(Des)

Coaxial cable[2] Without cable[3] Only circuit

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2-2, クライテリアについて

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信号品質を保つためにクリアすべきS21、S11、S21/S11の基準値が、各ICメーカやお客様独自で設定されています。
この基準をクリアするインダクタの組み合わせを自動選定します。

このツールでは下記から選択が可能です。

• ICメーカー推奨のクライテリア選択• 村田独自で設定したクライテリア選択• 御社独自のクライテリアをアップロード

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2-3, 同軸ケーブルについて

ケーブル種類と長さにより損失が異なります。
ケーブル有りの回路でシミュレーションを実施する場合は、ケーブル自体の特性を考慮した設定が必要です。

0

0

-10

-10

S21(dB)

S21(dB)

Cable lengthとS-parameterの関係

-20

-30

-20

-30
Cable for high speed (10m)Cable for low speed (10m)

-40

1

10

100
Freq.(MHz)1000

本シミュレーターでは2種類のケーブルを選択できるようにしています。

-40

5m
10m
15m
1

10

100
Freq.(MHz)1000

Cable lengthは適正な値を入力してください。
(通常≦15meter)

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2-4, 電流・温度・サイズの設定について

The number of selectable inductors

条件設定により、条件にあうインダクタに絞られます。
周囲温度条件・電流条件を緩和することで選択できるインダクタの数が増えます。

Lower Ambient
temperature

Higher Ambient
temperature

DC current

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2-5, Bias-Tインダクタの直列接続について

Bias-T回路として低周波から高周波まで広い帯域で損失を低減し信号品質を確保するには、Bias-Tインダクタを複数直列に使用する必要があります
大L＋中L＋フェライトビーズ
による良好な特性
0-1

S21(Insertion loss)[dB]・低周波をカバーする大Lインダクタ、・中間周波数をカバーする中Lインダクタ、・高周波をカバーするフェライトビーズの組み合わせで広帯域で損失が低減できる

中L外すと中間周波が悪くなる

-2
-3
-4

大Lを外すと低周波が悪くなる-5-6-7

フェライトビーズ
を外すと高周波が悪くなる

BLM18DN601SH1,LQW32FT220M0H,LQH44PH470MPR-8

BLM18DN601SH1,LQW32FT220M0H
BLM18DN601SH1,LQH44PH470MPR-9

LQW32FT220M0H,LQH44PH470MPR
-10
0.01

0.1

1

10

Fresuency[MHz]

100

1000

10000

電流300mAの場合

本ツールでは最大5個のインダクタを直列接続した場合のシミュレーションが可能です。
またこのBias-Tインダクタの選定を自動で行います
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2-6, 並列抵抗の選び方

Bias-Tインダクタを複数個直列につなぐと反共振が発生します。
各インダクタに並列抵抗を追加することで反共振を抑制できます。
一方で反共振点以外の特性は悪化します。
適切な抵抗値を選定することで目標特性を満たすフィルタ特性が得られます。

L1
L2
LQW32FT100

並列抵抗

R2

Better

L1:LQW18CNR47、L2:LQW32FT100とし、その並列抵抗R1,R2をOpen,1000ohm,2000ohm,4000ohmにした場合の結果が下記になります。

R1

LQW18CNR47

Anti-resonance

R1,R2:1000ohm

R1,R2:1000ohm

R1,R2:Open

Anti-resonanceBetter

R1,R2：

R1,R2:Open

OPEN
4000 ohm
2000 ohm
1000 ohm

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2-7, 基板の浮遊容量の影響1
シミュレーション値(理想状態)と実測値(基板実装)では特性結果に差が発生します。

実測値では反共振がより顕著に表れます。

シミュレーション値(理想特性) vs. 実測値(基板実装)

実際の基板レイアウトと測定状態
クロスセクション

各層のレイアウト
Port1

Inductor

Port2

Upper

DC portUpper layer

Cupper(GND)

Cupper(GND)

Inner layer

Bottom layer

Inner

FR4

Bottom測定状態
0.033uF

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2-7, 基板の浮遊容量の影響1
実際の状態では、インダクタと基板内層の間に発生する浮遊容量の影響が特性に現れます。
浮遊容量を考慮してシミュレーションすると、計算値は実測値に近づきます

Inductor

浮遊容量
基板の層間厚み
d＝0.2mm

基板の誘電率εr=4.5

部品サイズと基板情報から浮遊容量を計算。
[C＝ε×S/d] (S：面積)
今回のケースでは
C1

C2

C3

C4

0.25pF

1.6pF

1.6pF

1.8pF

シミュレーションに反映
シミュレーション値(浮遊容量加味) vs. 実測値(基板実装)

C1～C5：
浮遊容量

本シミュレーターではできるだけ実際の特性に近い計算ができるように、
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浮遊容量の設定を可能にしました。

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2-7, 基板による浮遊容量の影響2
浮遊容量が小さいほど反共振は小さくなります。

実装基板の内層グランドを削除することで反共振を抑制することができます

改善基板
通常基板(実測) vs

改善基板(実測)

Remove GND

Port1

DC portUpper layer

通常基板
改善基板

Inductor

Port2

Port1

Upper

Inner layer

Bottom layer

Inductor

Port2

通常基板 Upper layer
DC port

BottomUpper

Inner layer

Bottom layer

Bottom

本シミュレーターでは、改善基板での浮遊容量値をDefaultとして設定しています。
部品サイズ、基板特性によって変化する値であるため、ユーザーが自由に値を変更してシミュレーションを実施することも可能です。
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1, はじめに
1. PoCとは
2. PoCシステムの代表的な回路図
3. バイアスTインダクタ特性が信号品位に与える影響
4. PoCバイアスTフィルタ選定の重要性
2, ツール機能について
1. シミュレーション可能な回路
2. クライテリアについて
3. ケーブルについて
4. 基板の浮遊容量設定
5. 最適化自動選定
3, ツール概要
1. インターフェースの説明
2. 各項目の設定と結果表示

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4, ツール活用事例
1. 使用事例1 (With cable回路で自動選定)
2. 使用事例2 (Without cable回路で自動選定)
3. 使用事例3 (自動選定条件を変更して比較する)
4. 使用事例4 (自動選定後にLを手動で選びなおす)
5. 使用事例5 (判定がFailになり条件緩和する)
6. 使用事例6 (L1の並列抵抗素子を削減する)
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3-1, インターフェースの説明

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条件設定

構成素子設定と選定品番表示

結果表示

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3-2, 各項目の説明

条件設定

回路とクライテリア

プルダウンメニューから回路とクライテリアを選択可能です 選択可能な回路
 With cable Without cable Only circuit

選択可能なクライテリア

 ICメーカー様推奨のクライテリア
 村田独自で設定したクライテリア
 御社独自のクライテリアをアップロード
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3-2, 各項目の説明
条件設定
電流・周囲温度、ケーブル条件＜－部品に求められる定格電流値の入力＜ー周囲温度の選択(25、85、105、115、125℃から選択可能)
回路選択でWith cable選択の場合＜ケーブルの選択(High speed:Max20GHz、Low speed:Max8.5GHz)＜ケーブル長の入力
ケーブルファクター(ケーブル選択で“Edit”を選んだ場合編集可能)
・Z0：特性インピーダンス
・Relative permittivity：ケーブルの誘電率εZ0・Damping constant ：ケーブルのロス
Damping constant
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3-2, 各項目の説明
構成素子設定と選定品番表示

Sim.1~5すべての選
択品番を削除する
選択中の品番をコピーするコピーした品番を張り付ける

フィルタ構成する素子の高さ制限値を設定する

選択中の品番を削除する
最適品番の組み合わせ
自動選定実行

選定メソッドMaximize Margin：最も特性の良くなる品番の組み合わせを求める
Minimize Size
：クライテリアを満たした上で最もサイズの小さくなる品番の組み合わせを求める

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3-2, 各項目の説明
構成素子設定と選定品番表示

L1~L5 : バイアスTフィルタを構成する品番
R1~R5 : 並列抵抗
C1
：DC カットコンデンサ
C2,C3 : デカップリングコンデンサ
FB: フェライトビーズ(ノイズフィルタ用途)

With cable

Without cable

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3-2, 各項目の説明

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構成素子設定と選定品番表示

並列抵抗値の入力
品番の選択

コンデンサ値の入力

選択品番の表示
Optimization setup◎Status⇒ 各素子の状態を選択。
・Optim.：“Optimize”ボタンを押すと、この素子に最適品番を自動選定
・Fix. ：Optimizeボタンを押しても品番固定
・None ：自動選定されない◎Size code⇒ 各素子のサイズを選択。

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3-2, 各項目の説明
結果表示

グラフデータの
CSV出力

S21,S11,S21/S1
1,Zのグラフ表示
選択品番の直流抵抗値の合計(Maxとtyp.)

選択品番のサイズ合計と高さ最大値

クライテリアに対して最もマージンの小さい値(グラフ内のマーカー表示)
グラフスムージング機能

クライテリアに対する判定(Pass/Fail)“With cableの場合、計算結果グラフにケーブルでの反射の影響が出る。スムージングボタンでグ
ラフを平滑にすることが可能。

選定品番一覧とリンク

品番の情報にリンクできる
・Reference Spec・Product detailページ
・Simsurfing(単品の特性確認ができる)

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3-2, 各項目の説明

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その他の機能セクションごとに移動
セクションを開閉

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1, はじめに
1. PoCとは
2. PoCシステムの代表的な回路図
3. バイアスTインダクタ特性が信号品位に与える影響
4. PoCバイアスTフィルタ選定の重要性
2, ツール機能について
1. シミュレーション可能な回路
2. クライテリアについて
3. ケーブルについて
4. 基板の浮遊容量設定
5. 最適化自動選定
3, ツール概要
1. インターフェースの説明
2. 各項目の設定と結果表示
4, ツール活用事例
1. 使用事例1 (With cable回路で自動選定)
2. 使用事例2 (Without cable回路で自動選定)
3. 使用事例3 (自動選定条件を変更して比較する)
4. 使用事例4 (自動選定後にLを手動で選びなおす)
5. 使用事例5 (判定がFailになり条件緩和する)
6. 使用事例6 (L1の並列抵抗素子を削減する)

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使用事例1 (With cable回路で自動選定) 1/2

ADASカメラ向けPoCバイアスTフィルタの設計(ケーブルあり)
・電流：300mA・周囲温度：105℃
・Cable length：5m
・クライテリア：Reference criteria
自動選定を行う①Circuit & criteriaでWith cable/Reference criteriaを選択③Cable length:5を入力②Current:300入力、Temperature:105℃を選択④Optimizeボタンをおす

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使用事例1 (With cable回路で自動選定) 2/2⑤結果が表示される
この事例では
L1：LQW18CNR47J0Z
L2：LQW32FT470M0H
L3：LQH3NPZ680MME
FB：BLM18KG102SH1
が自動選定される

S21,S11,S21/S11,Zグラフ表示

クライテリアに対するPass or Fail, マー
ジン,トータルDCRと面積が表示される

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使用事例2 (Without cable回路で自動選定) 1/2
ADASカメラ向けPoCバイアスTフィルタの設計(ケーブルなし)
・電流：300mA・周囲温度：85℃
・クライテリア：Reference criteria
自動選定を行う①Circuit & criteriaでWithout cable/Reference criteriaを選択②Current:300入力、Temperature:85℃を選択③Optimizeボタンをおす

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使用事例2 (Without cable回路で自動選定) 2/2⑤結果が表示される
この事例では
L1：LQW18CNR47J0Z
L2：LQW32FT100M0H
L3：LQH44PH151HPR
FB：BLM18KG102SH1
が自動選定される

S21,S11,S21/S11,Zグラフ表示

クライテリアに対するPass or Fail, マージン,
トータルDCRと面積が表示される
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使用事例3 (自動選定条件を変更して比較する) 1/2

ADASカメラ向けPoCバイアスTフィルタの設計
・電流：500mA・周囲温度：105℃
・Cable length ：10m
・クライテリア：Reference criteria”Optimization method”として最大マージンと最小サイズを選択した場合の結果を比較①Circuit & criteriaでWith cable/Reference criteriaを選択③Cable length:10を入力②Current:500入力、Temperature:105℃を選択※入力前の電流値が500mAより小さい
場合メッセージが表示。
“Delete items that do not meetthe condition”選択肢OKクリック
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使用事例3 (自動選定条件を変更して比較する) 2/2④Sim1のOptimization method：Maximize margin
Sim2のOptimization method：Minimize size
でOptimizeボタンクリック⑤結果が表示される
この事例では“Maximize margin”では
L1 : LQW18CNR21J0Z
L2 : LQW32FT220M0H
L3： LQH44PH330MPR“Minimize size”では
L1： BLM18EG181SH1
L2： LQW18CNR27J0Z
L3：LQW32FT220M0Hが自動選定される

グラフ、マージン値、サイズイメージ、トータル
DCR値、トータルサイズ値などが比較可能
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使用事例4 (自動選定後にLを手動で選びなおす) 1/3
ADASカメラ向けPoCバイアスTフィルタの設計
・電流 ：400mA・周囲温度：105℃
・基板のみ
・クライテリア：Reference Criteria
自動選定後、L1の素子を選びなおして比較する。

①Circuit & criteriaでWithout cable/Reference criteriaを選択②Current:400入力、Temperature:105℃を選択③Optimizeボタンをおす④結果が表示される
この事例では“Maximize margin”では
L1 : LQW18CNR39J0Z
L2 : LQW32FT4R7M0H
L3： LQH44PH330MPRが自動選定される
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使用事例4 (自動選定後にLを手動で選びなおす) 2/3⑤Sim1で選択された品名をCopyする⑥Sim2を選択⑦PasteをクリックしSim1の品番を張り付ける⑧L1のSelectをクリック⑨インダクタを選択する
LQW18CNR39J0Zを
BLM18HE152SH1に変更してみる

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使用事例4 (自動選定後にLを手動で選びなおす) 3/3(10)結果が表示される
L1が
LQW18CNR39J0Zの場合とBLM18HE152SH1の場合の比較ができる

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使用事例5 (判定がFailになり条件緩和する) 1/3
ADASカメラ向けPoCバイアスTフィルタの設計
・電流 400mA
・周囲温度：125℃
・Cable(for high speed) : 15m
・Reference Criteria
自動選定でFailになり、温度条件を緩和する事例①Circuit & criteriaでWith cable/Reference criteriaを選択③Cable length:15を入力②Current:400入力、Temperature:125℃を選択④Optimizeボタンをおす⑤Resultが“Fail”になる
このケースでは温度条件125℃、ケーブル長15m条件が厳しいため
クライテリアをPassする組み合わせが存在しない
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使用事例5 (判定がFailになり条件緩和する) 2/3
ⅰ温度を緩和(125℃->105℃)⑥Temperatureを125℃⇒105℃に緩和⑦Optimizeボタンをおす⑧結果が表示される
このケースでは温度条件緩和により
L1: LQW18CNR33J0Z
L2: LQW32FT220M0H
L3: LQH44PH330MPR
FB1：BLM18KG102SH1の組み合わせでクライテリアPassとなる。

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使用事例5 (判定がFailになり条件緩和する) 3/3
ⅱ, 温度を緩和(125℃->115℃)＋インダクタ直列数増やす⑥Temperatureを125℃⇒115℃に緩和(115℃に緩和だけではPassしない)⑧Optimizeボタンをおす⑦L4のStatusを“Optim.”選択(インダクタ並列数を4つにする)⑧結果が表示される
このケースでは
L1: BLM18HE152SH1
L2: LQW32FT100M0H
L3: LQM21PH2R2NGC
L4： LQW32FT100M0Hの組み合わせでクライテリアPassとなる。

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使用事例6 (L1の並列抵抗素子を削減する) 1/2
ADASカメラ向けPoCバイアスTフィルタの設計(Without cable)
・電流 400mA
・周囲温度：105℃
・Reference Criteria
L1の並列抵抗素子を削減する事例①Circuit & criteriaでWithout cable/Reference criteriaを選択②Current:400入力、Temperature:105℃を選択③Optimizeボタンをおす④結果が表示される
この事例では
L1：LQW18CNR39J0Z
L2：LQW32FT2R7M0H
L3：LQH44PH330HPR
FB：BLM18KG102SH1
が自動選定される

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使用事例6 (L1の並列抵抗素子を削減する) 2/2⑤Sim2を選択する⑧Optimizeボタンをおす⑦Optimization methodでMaximize margin を選択する⑥R1の値を削除する④結果が表示される
R1を削除した場合
L1：BLM18HE152SH1
L2：LQW32FT2R7M0H
L3：LQH44PH470HPR
FB：BLM18KG102SH1
が自動選定される(※)L1にフェライトビーズを選択
すればL1の並列抵抗(R1)を削減できるケースがある。

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