JP2008242724A - シミュレーション装置、シミュレーションプログラム、シミュレーションプログラムが格納された記録媒体およびシミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

【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輪郭部から発生する電界の向きを追跡する電界追跡部２３１と、電界追跡部２３１が追跡した経路から、解析対象として指定された信号線と電気的に結合する信号線を出力する結合箇所出力部２３２とを備える。
【選択図】図２

Description

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。

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、電源品質及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。

ノイズ問題の一つに、高速な信号線及び／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。

たとえば、特許文献１では、配線パターンの解析対象となる部分を２つの平行する信号線等の標準基板モデルとして近似し、その結合係数を予め算出した結合係数テーブルによって求め、２線間のクロストーク量をシミュレーションする方法について記載されている。

ここで、本発明の中核を為す、プリント基板を対象とした３次元電磁界解析の背景技術について述べる。３次元電磁界解析はプリント基板の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が、プリント基板の様に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。

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。たとえば、非特許文献１では、複数台のコンピュータを用いてＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain）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について述べられている。
特開平８−２２１４５４号公報 日経ＢＰ社刊 日経エレクトロニクス ２００５年１月３１日号 １１７頁〜１３０頁

一方で、多層プリント基板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で開示されたシミュレーション方法では、クロストーク解析対象部を平行２配線として扱うため、それ以外の箇所で発生するクロストーク量を算出することは困難である。

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。

しかし、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。

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。

本発明の１つの局面に従うと、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配線名および回路基板上における配線の位置を取得するための配線位置情報取得手段と、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配線を指定するための配線指定手段と、電磁界解析手段の解析結果に基づき、配線指定手段が指定した第１の信号線の輪郭部から生じる電界を導体に到達するまで追跡するための電界追跡手段と、電界追跡手段が電界を追跡して到達した導体に対応する信号線を、第１の信号線と電気的に結合する第２の信号線として出力するための結合箇所出力手段とを備える。

好ましくは、電界追跡手段は、第１の信号線の輪郭部から発生する電界を始点とし、解析結果の電界強度に基づいて算出した電界の向きに応じて、電界の追跡経路を決定する。

好ましくは、電界追跡手段は、電磁界解析手段の解析結果に基づき、解析空間の電界強度として、過渡応答値の所定の時刻の電界強度を用いる。

好ましくは、電界追跡手段は、電磁界解析手段の解析結果に基づき、解析空間の電界強度として、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界強度を用いる。

好ましくは、結合箇所出力手段は、第１の信号線と電気的に結合する配線として予め設定された信号線の配線を除いた配線の中から第２の信号線を出力する。

好ましくは、結合箇所出力手段は、電界追跡手段が追跡した経路と、追跡した経路における電界強度の少なくとも一方を表示するための表示手段を含む。

好ましくは、電界追跡手段は、追跡した経路における電界強度を積分した電界積分値を算出し、結合箇所出力手段は、第１の信号線から、電界積分値が所定の閾値よりも大きな経路をたどって到達した信号線を第２の信号線として出力する。

好ましくは、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。
好ましくは、電磁界解析手段は、基板を含む領域をメッシュ分割してできたセルにおける電界を求め、電界追跡手段は、追跡済みの最新の第１のセルにおける電界ベクトルの向きに基づき、追跡する方向を予め定められた複数の向きから選択する手段と、第１のセルに対し選択された向きに近接する第２のセルを、次に追跡するセルとして決定する手段とを含む。

本発明の他の局面に従うと、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配線名および回路基板上における配線の位置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配線を指定するステップと、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、配線を指定するステップで指定された第１の信号線の輪郭部から生じる電界を導体に到達するまで追跡するステップと、演算部が、電界を追跡して到達した導体に対応する信号線を、第１の信号線と電気的に結合する第２の信号線として出力するステップとを備える。

本発明のさらに他の局面に従うと、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。

本発明のさらに他の局面に従うと、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配線名および回路基板上における配線の位置を取得するステップと、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ステップと、電気的結合について解析対象となる配線を指定するステップと、電磁界解析を実行するステップの解析結果に基づき、配線を指定するステップで指定された第１の信号線の輪郭部から生じる電界を導体に到達するまで追跡するステップと、電界を追跡して到達した導体に対応する信号線を、第１の信号線と電気的に結合する第２の信号線として出力するステップとを備える。

本発明によれば、クロストークが発生している箇所を効率的に解析する。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できる。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。

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。それらの名称およ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。
（１．本発明のシステム構成）
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。
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。

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の情報が格納された解析モデル２８０と、解析結果を格納するための解析結果２９０と、配線間の結合情報が格納された分析結果２９５を含む。

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。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。

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。

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。

本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、ＣＤ−ＲＯＭ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、シミュレーション装置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。

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。

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の機能的構成について説明する。

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クロストークの発生している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。

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。

解析結果分析部２３０は、指定された信号線の所定箇所から発生する電界の向きを追跡する電界追跡部２３１と、電界追跡部２３１が追跡した経路により、その指定された信号線と電気的に結合する信号線を出力する結合箇所出力部２３２とを含む。

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。たとえば、ＦＤＴＤ法を用いて電磁界解析を行なう場合は、対象となる多層プリント基板をセルと呼ばれる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を作成する。

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から該部品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。

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位置情報を含む。

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。本実施の形態では、電磁界解析の手法としてＦＤＴＤ法を用いるが、他の方法で電磁界解析を行なってもよい。

ここで、ＦＤＴＤ法について簡単に述べる。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。

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。

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。

次いで、解析結果分析部２３０について説明する。
電界追跡部２３１は、解析条件２７０で、クロストークを解析する対象の信号線が指定されている場合に、解析モデル２８０内の配線位置情報を参照し、指定された信号線の表面（輪郭）から発生する電界が存在する１セルを指定する。なお、以下の説明では、指定されたセルと信号線の表面との接する箇所全体または指定されたセルとを併せて（総称して）単に「輪郭部」と呼ぶ。また、セルの指定は、信号線の輪郭全体について順次行なってもよいし、解析条件２７０で予め指定される一部の領域に対応する輪郭部に対して行なってもよい。

そして、電界追跡部２３１は、解析結果２９０に基づき、そのセルにおける電界ベクトルの向きを算出し、その方向において当該セルに最近接のセルを、次に電界ベクトルの向きを算出するセルとして決定する。このように、電界ベクトルの向きを順次求めながら、他の導体に到達するまで追跡する。つまり、輪郭部から発生する電気力線をたどることとなる。

本実施の形態では、上述したように、電磁界解析の手法としてＦＤＴＤ法を用いる。ＦＤＴＤ法では、解析領域内の電界が空間に対して離散的に設定されている。このため、本実施の形態において、電界ベクトルの向きを追跡することは、言い換えると、上記電気力線に沿ってその電界ベクトルに対応するセルをたどることである。電界ベクトルの追跡の詳細については後述する。

結合箇所出力部２３２は、クロストークを解析する対象として指定された信号線と電気的に結合する信号線（クロストーク発生箇所）を出力する。

信号伝送では、信号伝送を行なう信号線に対応して、帰路電流が流れる信号が必要となる。一般的なシングルエンド伝送では接地信号が、差動伝送ではペアとなる信号線がこれにあたる。信号伝送を行なう信号と、帰路電流が流れる信号との間には強い結合が発生するが、これは、信号を伝送するために必要なもので、クロストークの発生箇所を出力する際には除外されていることが望ましい。

そこで、電界を追跡した際に到達した導体に対応する信号線が、予め解析条件２７０で設定された、解析対象の信号線についての帰路電流が流れる信号線であった場合は、クロストークの発生箇所から除外する。

また、プリント基板を設計する際には、電気的な結合の強い箇所を抽出することが、ノイズ対策を行なう上で効果的である。そこで、電界追跡部２３１は、電界を追跡した経路に沿って電界強度を線積分した積分値を算出する。そして、結合箇所出力部２３２は、電界強度の積分値が解析条件２７０で予め設定された閾値よりも大きい場合にクロストーク発生箇所として出力する。

結合箇所出力部２３２は、電界追跡時の始点（となるセル）の座標、電界追跡経路における電界強度の積分値、追跡して到達した信号線の信号名および位置、電界追跡経路のうち少なくとも一つの情報を分析結果２９５に格納する。
（２．電界追跡の方法）
ここでは、電界追跡部２３１の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、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。

図３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３（ａ）は配線層をメッシュ分割した図であり、図３（ｂ）は図３（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。

図３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３（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。

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３（ｂ）に示すように、図３（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。

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。

図４は、図３（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４を参照して、配線位置情報について説明する。

図４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。

つまり、図３（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。

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。

図５は、信号線４１０の輪郭部分から発生する電界が存在するセルを示す図である。
図５に示すように、信号線４１０を含むセルと隣接するセルを、信号線４１０の輪郭部分から発生する電界が存在するセル６１０とする。

以上のようなデータを用いて、電界の追跡を行なう。
続いて、電界追跡の詳細について説明する。

図６は、ＦＤＴＤ法において、各セルに対し未知変数である電界の割り当てを示した図である。

図６を参照して、セルに対する電界の割り当てについて説明する。なお、本実施の形態におけるＦＤＴＤ法では、セルの各辺上に未知変数である電界が、ｘ軸、ｙ軸ごとに割り当てられているものとする。

セル（ｉ，ｊ）の周囲には４つの電界変数Ｅｘ（ｉ，ｊ），Ｅｙ（ｉ，ｊ），Ｅｘ（ｉ，ｊ＋１），Ｅｙ（ｉ＋１，ｊ）が存在している。本実施の形態では、セル（ｉ，ｊ）の電界Ｅ（ｉ，ｊ）を次式（１）で表わされるベクトルとして扱う。

電界追跡部２３１は、式（１）を輪郭部から発生する電界が存在するセルに適用することで、輪郭部から発生する電界ベクトルを算出する。

なお、上記の計算で用いられる電界値は、解析の用途に従って、過渡応答値の任意の時刻における電界強度値、あるいは、過渡応答値を周波数変換して得られた任意の周波数の電界強度値のいずれを用いてもよい。

次に輪郭部から発生する電界Ｅ（ｉ，ｊ）の追跡について説明する。
まず、式（１）で定義される電界ベクトルＥ（ｉ，ｊ）の角度θについて定義する。ｘ軸の正の方向を０度とし、反時計回りに角度が増加するものとすると、θは次式（２）によって算出される。

次に、電界追跡に用いる電界追跡角度θchsの算出について説明する。
上記で求めた、輪郭部から発生する電界が信号の導体から誘電体に向かっている場合、信号の電位は周囲より高く、θの向きを追跡することで結合している導体を特定することが可能となるため、電界追跡角度θchsを次式（３）の様に設定する。

θchs ＝ θ …（３）
一方、電界ベクトルが、信号の導体に隣接する誘電体からその信号の導体に向いている場合、その信号の電位は周囲より低く、θから１８０°反転した方向に対して電界を追跡する必要がある。そこで電界追跡角度θchsを次式（４）の様に設定する。

次に、電界を追跡する際のセルの移動方法について説明する。
上述したように、ＦＤＴＤ法では、解析領域内の電界が空間に対して離散的に設定されているため、本実施の形態では電界を追跡する経路を、セル単位で行なうこととする。

図７は、電界追跡角度θchsと追跡するセルの方向との対応関係を示す図である。特に、図７（ａ）は電界追跡角度θchsと追跡するセルの移動方向とが対応付けられた表であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に対応する角度と移動方向をＸＹ座標系において示した図である。

図７を参照して、電界追跡角度θchsと追跡するセルの方向との対応関係について説明する。

図７（ａ）では、電界追跡角度θchs８０１〜８０８と、セルの移動方向を示すセル移動方向８１１〜８１８とがそれぞれ対応付けられている。

図７（ｂ）では、図７（ａ）で示した角度と方向とがそれぞれ対応付けられている。なお、上述したように、角度は、ｘ軸の正の方向を０度とし、反時計回りに角度が増加するものとする。

追跡の始点は、解析対象として指定された信号線の輪郭部のセルとなる。そのセルについて、電界ベクトルから電界追跡角度θchsを求め、図７（ａ）の対応関係に基づき、指定されたセルを、次に電界ベクトルの向きを算出するセルとして決定する。以降、当該決定されたセルにおいて、式（３）および式（４）を用いて電界追跡角度θchsを求め、逐次的にセルをたどり、導体に達するまでの経路（セル）を追跡する。

導体に達したかの判定方法について図４の例を用いて説明する。
電界追跡部２３１は、既追跡したセルの位置について図４の配線位置情報を参照し、セル座標のインデックス値が０以外の場合であれば、導体に達したと判定する。

以上の説明では説明の簡略化のため、角度の電界ベクトルの角度を２次元で行なったが、３次元であっても、θとφの２つの角度を用いて同様に算出できることは言うまでもない。
（３．シミュレーション装置１００への実装）
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。

図８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８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。

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。

次いで、ステップＳ１０２において、モデル作成部２１０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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、電界追跡手段で追跡した経路と、追跡した経路における電界のうち、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。
（４．適用例）
ここでは、図８で説明した解析処理の具体例について説明する。

図９は、電界追跡の例を示す図である。
図９を参照して、電界追跡について説明する。

図９は、配線層のある領域を示しており、各セルには電界ベクトルが示される。また、輪郭部Ｗ１は、クロストークの解析対象の信号線１０について指定された輪郭部である。そして、輪郭部Ｗ１と接するセルの電界ベクトルの向きに基づいて、電界を追跡し、導体Ｃ１に到達する。導体Ｃ１は、信号線１２の一部である。電界ベクトルと追跡する向きについては、図７で示した対応関係に従ってセルをたどる。このようにして輪郭部Ｗ１に接するセルから電界ベクトルをたどると、経路Ｐ１のようになる。

図１０は、図９とは異なる電界追跡の例を示す図である。
図９と同様に図１０は、配線層のある領域を示しており、各セルには電界ベクトルが示される。また、輪郭部Ｗ２は、クロストークの解析対象の信号線１０について指定された、輪郭部Ｗ１とは異なる輪郭部である。そして、輪郭部Ｗ２と接するセルの電界ベクトルの向きに基づいて、電界を追跡し、導体Ｃ２に到達する。導体Ｃ２は、信号線１２の一部である。電界ベクトルと追跡する向きについては、図７で示した対応関係に従ってセルをたどる。このようにして輪郭部Ｗ２に接するセルから電界ベクトルをたどると、経路Ｐ２のようになる。

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、任意の信号線間に発生する結合個所を抽出し、ユーザに対してクロストーク発生箇所を提示する。これにより、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なうことで、プリント基板の設計を行な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。

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。

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。 ＣＰＵ１２０の機能的構成を示すブロック図である。 多層プリント基板のある配線層の一部を示す図である。 図３（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。 信号線４１０の輪郭部分から発生する電界が存在するセルを示す図である。 ＦＤＴＤ法において、各セルに対し未知変数である電界の割り当てを示した図である。 電界追跡角度θchsと追跡するセルの方向との対応関係を示す図である。 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。 電界追跡の例を示す図である。 図９とは異なる電界追跡の例を示す図である。

符号の説明

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 電界追跡部、２３２ 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。

Claims (12)

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配線名および前記回路基板上における配線の位置を取得するための配線位置情報取得手段と、
   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配線を指定するための配線指定手段と、
   前記電磁界解析手段の解析結果に基づき、前記配線指定手段が指定した第１の信号線の輪郭部から生じる電界を導体に到達するまで追跡するための電界追跡手段と、
   前記電界追跡手段が前記電界を追跡して到達した導体に対応する信号線を、前記第１の信号線と電気的に結合する第２の信号線として出力するための結合箇所出力手段とを備える、シミュレーション装置。
2. 前記電界追跡手段は、前記第１の信号線の輪郭部から発生する電界を始点とし、前記解析結果の電界強度に基づいて算出した前記電界の向きに応じて、電界の追跡経路を決定する、請求項１記載のシミュレーション装置。
3. 前記電界追跡手段は、前記電磁界解析手段の解析結果に基づき、前記解析空間の電界強度として、過渡応答値の所定の時刻の電界強度を用いる、請求項２記載のシミュレーション装置。
4. 前記電界追跡手段は、前記電磁界解析手段の解析結果に基づき、前記解析空間の電界強度として、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界強度を用いる、請求項２記載のシミュレーション装置。
5. 前記結合箇所出力手段は、前記第１の信号線と電気的に結合する配線として予め設定された信号線の配線を除いた配線の中から前記第２の信号線を出力する、請求項１記載のシミュレーション装置。
6. 前記結合箇所出力手段は、前記電界追跡手段が追跡した経路と、前記追跡した経路における電界強度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記載のシミュレーション装置。
7. 前記電界追跡手段は、追跡した経路における電界強度を積分した電界積分値を算出し、
   前記結合箇所出力手段は、前記第１の信号線から、前記電界積分値が所定の閾値よりも大きな前記経路をたどって到達した信号線を前記第２の信号線として出力する、請求項１記載のシミュレーション装置。
8. 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記載のシミュレーション装置。
9. 前記電磁界解析手段は、前記基板を含む領域をメッシュ分割してできたセルにおける電界を求め、
   前記電界追跡手段は、
   追跡済みの最新の第１のセルにおける電界ベクトルの向きに基づき、追跡する方向を予め定められた複数の向きから選択する手段と、
   前記第１のセルに対し前記選択された向きに近接する第２のセルを、次に追跡するセルとして決定する手段とを含む、請求項８記載のシミュレーション装置。
10. 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配線名および前記回路基板上における配線の位置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配線を指定するステップと、
    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、前記配線を指定するステップで指定された第１の信号線の輪郭部から生じる電界を導体に到達するまで追跡するステップと、
    前記演算部が、前記電界を追跡して到達した導体に対応する信号線を、前記第１の信号線と電気的に結合する第２の信号線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。
11. 請求項１０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。
12. 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配線名および前記回路基板上における配線の位置を取得するステップと、
    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ステップと、
    前記電気的結合について解析対象となる配線を指定するステップと、
    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、前記配線を指定するステップで指定された第１の信号線の輪郭部から生じる電界を導体に到達するまで追跡するステップと、
    前記電界を追跡して到達した導体に対応する信号線を、前記第１の信号線と電気的に結合する第２の信号線として出力するステップとを備える、シミュレーション方法。

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