CN113287115A - 传送路径设计支援装置、传送路径设计支援方法以及程序 - Google Patents

Abstract

得到一种传送路径设计支援装置，能够支援针对每个频率而决定有不同的反射规定值的传送路径的设计。在传送路径设计支援装置中具备：取得部，取得作为设计对象的传送路径的反射特性的反射规定值和传送路径的特性阻抗分布的限制条件；以及运算处理部，该运算处理部具有：反射特性计算部，根据所输入的特性阻抗分布，计算反射特性；反射特性修正部，根据取得部取得的反射规定值，修正反射特性计算部计算出的反射特性；特性阻抗分布计算部，根据反射特性修正部修正后的反射特性，计算特性阻抗分布；以及特性阻抗分布修正部，根据取得部取得的限制条件来修正特性阻抗分布计算部计算出的特性阻抗分布，并输出到反射特性计算部。

Description

传送路径设计支援装置、传送路径设计支援方法以及程序

技术领域

本发明涉及对信号的传送路径的设计进行支援的传送路径设计支援装置以及传送路径设计支援方法。

背景技术

在利用印刷基板的布线来传送高速的信号的情况下，如果包含途中的连接器的传送路径的特性阻抗与输入电路的输出阻抗或者输出电路的输入阻抗不匹配，则信号会反射，成为传送波形变差的要因。

传送路径中的信号线的特性阻抗是由信号线的截面构造、材料所决定的电参数，一般而言通过恰当地设计信号线的宽度来管理特性阻抗，从而防止与不匹配部的反射相伴的波形变差。

在发送电路和接收电路安装于不同的印刷基板的情况下，发送电路与接收电路的连接是经由各自的基板所安装的连接器以及在各自的基板进行布线而将基板上的电路和连接器进行连接的信号线来进行的。

这样，在将发送电路与接收电路之间利用包括信号线和连接器的传送路径来连接的情况下，需要设计与发送电路以及接收电路实现阻抗匹配的传送路径。能够通过信号线宽的设计来调整信号线的特性阻抗，另一方面，在所使用的连接器被决定的情况下，无法调整连接器的阻抗，因此即便设计与发送电路以及接收电路匹配的信号线而只是将它们与连接器进行连接，也无法得到作为全体而匹配性良好的传送路径。

针对这样的课题，在专利文献1中公开了如下技术：通过将长度不同的变压器多级连接到连接器那样的不匹配部的两端，从而设计在宽频带中抑制了反射的影响的传送路径。

现有技术文献

专利文献1：日本专利6385316号公报

发明内容

然而，在专利文献1所公开的技术中，抑制反射的影响的特性阻抗被唯一地决定，因此存在无法设计与针对每个频率而决定有不同的反射规定值那样的反射规定对应的传送路径这样的问题。

本发明是为了解决如上所述的课题而作出的，其目的在于，得到一种能够支援针对每个频率而决定有不同的反射规定值的传送路径的设计的传送路径设计支援装置。

在本发明所涉及的传送路径设计支援装置中具备：取得部，取得作为设计对象的传送路径的反射特性的反射规定值和传送路径的特性阻抗分布的限制条件；以及运算处理部，该运算处理部具有：反射特性计算部，根据所输入的特性阻抗分布，计算反射特性；反射特性修正部，根据取得部所取得的反射规定值，修正反射特性计算部计算出的反射特性；特性阻抗分布计算部，根据反射特性修正部修正后的反射特性，计算特性阻抗分布；以及特性阻抗分布修正部，根据取得部所取得的限制条件来修正特性阻抗分布计算部计算出的特性阻抗分布，并输出到反射特性计算部。

在本发明所涉及的传送路径设计支援方法中具有：取得步骤，取得作为设计对象的传送路径的反射特性的反射规定值和传送路径的特性阻抗分布的限制条件；反射特性计算步骤，根据所输入的特性阻抗分布，计算反射特性；反射特性修正步骤，根据通过取得步骤取得的反射规定值，修正通过反射特性计算步骤计算出的反射特性；特性阻抗分布计算步骤，根据通过反射特性修正步骤修正后的反射特性，计算特性阻抗分布；以及特性阻抗分布修正步骤，根据通过取得步骤取得的限制条件来修正通过特性阻抗分布计算步骤计算出的特性阻抗分布，并将修正后的特性阻抗分布作为反射特性计算步骤的输入特性阻抗。

根据本发明所涉及的传送路径设计支援装置，具备运算处理部，其中该运算处理部具有：反射特性计算部，根据所输入的特性阻抗分布，计算反射特性；反射特性修正部，根据反射规定值，修正反射特性计算部计算出的反射特性；特性阻抗分布计算部，根据反射特性修正部修正后的反射特性，计算特性阻抗分布；以及特性阻抗分布修正部，根据限制条件来修正特性阻抗分布计算部计算出的特性阻抗分布，并输出到反射特性计算部，因此根据基于反射规定值来修正后的反射特性而计算传送路径的特性阻抗分布，从而能够支援针对每个频率而决定有不同的反射规定值的传送路径的设计。

附图说明

图1是示出实施方式1中的传送路径设计支援装置的结构的结构图。

图2是示出实施方式1中的传送路径设计支援装置的硬件结构的结构图。

图3是示出包含成为实施方式1中的传送路径设计支援装置的设计对象的传送路径的印刷基板的布线结构的结构图。

图4是示出由实施方式1中的传送路径设计支援装置1求出传送路径的设计支援结果的动作的流程图。

图5是示出在实施方式1中传送路径的反射规定值的具体例的说明图。

图6是示出在实施方式1中作为设计支援结果而得到的特性阻抗分布的具体例的分布图。

图7是示出与图6的特性阻抗分布对应的反射特性的特性图。

(符号说明)

1：传送路径设计支援装置；2：取得部；3：运算处理部；4：控制部；5：检测单元；6：输出部；7：反射特性计算部；8：反射特性修正部；9：特性阻抗分布计算部；10：特性阻抗分布修正部；11：印刷基板；12：发送电路；13：印刷基板；14：接收电路；15：信号线；16：连接器；17：信号线；18：反射规定值；19：特性阻抗分布；20：初始分布；21：反射特性；22：反射特性；100：处理装置；101：存储装置；102：输入装置。

具体实施方式

实施方式1.

本实施方式所涉及的传送路径设计支援装置1通过反复实施根据所输入的特性阻抗分布来计算反射特性、根据反射规定值来修正计算出的反射特性、根据修正后的反射特性来计算特性阻抗分布、并根据限制条件来修正计算出的特性阻抗分布这样的一连串的处理，从而具有满足反射规定值的反射特性，能够高效地探索满足限制条件的特性阻抗分布，在宽的频率范围中支援针对每个频率而决定有不同的反射规定值的传送路径的设计。

图1是示出本实施方式中的传送路径设计支援装置1的结构的结构图。

图1所示的传送路径设计支援装置1具备：取得部2，取得各种信息；运算处理部3，根据取得部2所取得的信息进行各种运算；控制部4，对运算处理部3的动作进行控制；检测单元5，检测取得部2所取得的结束条件被满足的情形；输出部6，输出运算处理部3的运算处理结果。

传送路径设计支援装置1如上所述构成，以下详细地说明各部分。

取得部2取得作为设计对象的传送路径的反射规定值和该传送路径的特性阻抗的限制条件。此处，反射规定值指定针对每个频率而所容许的反射特性的绝对值。另外，特性阻抗分布的限制条件是指在设计对象的传送路径中能够实现的特性阻抗的条件，例如是负的特性阻抗值的禁止、特定的部位的特性阻抗值的固定、急剧的特性阻抗变化的禁止等。

另外，本实施方式中的取得部2取得该传送路径的特性阻抗分布的初始分布和后述的反复处理的结束条件。

该取得部2既可以由使用该传送路径设计支援装置1的使用者输入上述的反射规定值、限制条件、结束条件的输入装置构成，也可以由通过通信功能从外部取得反射规定值、限制条件、结束条件的通信装置构成。另外，取得特性阻抗分布的初始分布的结构不限于通过输入装置、通信装置从外部取得的结构，也可以设为利用随机数等而由取得部2生成的结构。

运算处理部3具备：反射特性计算部7，根据所输入的特性阻抗分布来计算反射特性；反射特性修正部8，根据取得部2所取得的反射规定值来修正反射特性计算部7计算出的反射特性；特性阻抗分布计算部9，根据反射特性修正部8修正后的反射特性来计算特性阻抗分布；以及特性阻抗分布修正部10，根据取得部2所取得的限制条件来修正特性阻抗分布计算部9计算出的特性阻抗，并输出到反射特性计算部7。

反射特性计算部7根据所输入的特性阻抗分布来计算反射特性。关于具体的计算方法，例如能够使用基于以下的文献1所记载的傅立叶变换的方法。

[文献1]

Robert E.Collin著“FOUNDATIONS FOR MICROWAVE ENGINEERING”SecondEdition，1992年，p.370-375

反射特性修正部8根据取得部2所取得的反射规定值，修正反射特性计算部7计算出的反射特性。作为反射特性，使用输入侧的反射系数。这例如考虑2端子对电路网，在将输入侧的端子对设为端子1并将输出侧的端子设为端子2时，是S矩阵的(1，1)分量S₁₁。作为由针对波形的反射引起的影响的指标，也可以代替反射系数而使用透射系数，或者使用S矩阵以外的表现方法。

作为反射特性的具体的修正方法，例如有通过将超过反射规定值的频域的反射特性的值置换为反射规定值以下的适当的值、或者将超过反射规定值的频域的反射特性的值减小预定的比例而实施的方法。

特性阻抗分布计算部9根据反射特性修正部8修正后的反射特性来计算特性阻抗分布。关于具体的计算方法，与反射特性计算部7同样地能够使用基于文献1所记载的傅立叶逆变换的方法。

特性阻抗分布修正部10根据取得部2所取得的特性阻抗分布的限制条件，修正特性阻抗分布计算部9计算出的特性阻抗分布。作为特性阻抗分布的具体的修正方法，例如有将特性阻抗的负值置换为适当的正值、将安装有连接器等的部位的特性阻抗值置换为预定的值、将急剧的特性阻抗值的变化修正为缓慢的变化等的方法。

控制部4执行如下的反复处理，即，在该反复处理中反复进行包括由反射特性计算部7实施的反射特性的计算、由反射特性修正部8实施的反射特性的修正、由特性阻抗分布计算部9实施的特性阻抗分布的计算以及由特性阻抗分布修正部10实施的特性阻抗分布的修正的一连串的处理。

取得部2所取得的特性阻抗分布的限制条件非常严格，在特性阻抗分布修正部10对由特性阻抗计算部计算出的特性阻抗分布的值进行非常大的修正那样的情况下，根据修正后的特性阻抗分布计算出的反射特性有可能不满足取得部2所取得的反射规定值。这样，在即便执行一次上述一连串的处理也得不到期望的计算结果的情况下，进行反复处理，使计算出的作为解的特性阻抗分布、反射特性收敛，从而能够得到对于设计的支援更有效的计算结果。

检测单元5检测取得部2所取得的结束条件被满足的情形，使控制部4的反复处理结束。例如根据进行反复处理的次数、作为目标的反射特性及特性阻抗分布与计算结果之差、通过反复处理得到的计算结果的收敛度等来决定结束条件。

在由检测单元5检测到所述结束条件被满足的情况下，输出部6输出在反复处理中计算出的特性阻抗分布作为设计支援结果。

如以上那样构成本实施方式中的传送路径设计支援装置1。

该传送路径设计支援装置1的各功能通过计算机来实现。图2是示出实现传送路径设计支援装置1的计算机的硬件结构的例子的结构图。在图2所示的硬件中具备CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)等处理装置100和ROM(Read Only Memory，只读存储器)、硬盘等存储装置101、输入装置102。

图1所示的取得部2通过输入装置102来实现，运算处理部3、控制部4、检测单元5、输出部6通过由处理装置100执行存储于存储装置101的程序来实现。

此外，如上所述，取得部2也可以并非是输入装置102，而是设为由未图示的通信装置来实现的结构、或通过由处理装置100执行存储于存储装置101的程序来实现的结构。

另外，实现传送路径设计支援装置1的各功能的方法不限于上述的硬件和程序的组合，既可以通过使处理装置执行程序的LSI(Large Scale Integrated Circuit，大规模集成电路)那样的硬件单体来实现，也可以将一部分功能用专用的硬件来实现，并将一部分通过处理装置和程序的组合来实现。

接下来，说明本实施方式中的传送路径设计支援装置1的动作。

图3是示出包括成为设计对象的传送路径的印刷基板的布线结构的结构图。

在印刷基板11上安装有发送电路12，在印刷基板13上安装有接收电路14，发送电路12和接收电路14通过信号线15、连接器16a、连接器16b、信号线17而被连接。以下，把将连接器16a和连接器16b进行了连接的状态称为连接器16。在本实施方式中，进行包括信号线15、连接器16、信号线17的传送路径的设计支援。

图4是示出由本实施方式中的传送路径设计支援装置1求出传送路径的设计支援结果的动作的流程图。

在传送路径设计支援装置1开始进行求出传送路径的设计支援结果的动作时，首先在步骤S1中，取得部2取得各种信息。即，取得部2取得作为设计对象的传送路径的反射规定值、该传送路径的特性阻抗分布的限制条件、特性阻抗分布的初始分布、反复处理的结束条件。

本实施例中的传送路径的反射规定值18是传送路径的反射特性的上限值，例如如图5所示利用阶梯函数(step function)来定义。

另外，本实施例中的特性阻抗分布的限制条件是“禁止特性阻抗成为负值”、“将连接器16的特性阻抗的值固定为预定的值”、“禁止急剧的特性阻抗的变化”这三个。根据在设计对象的传送路径中使用的连接器来适当设定将连接器16的特性阻抗进行固定的预定值。另外，通过决定变化的斜率等的上限值，还设定特性阻抗的变化。

关于初始分布，在本实施例中将信号线15以及信号线17的特性阻抗的值设为50Ω，将连接器的特性阻抗的值设为40Ω。

另外，反复处理的结束条件是成为如下状态，即，反射特性计算部7计算出的反射特性和特性阻抗分布计算部9计算出的特性阻抗分布分别在一个循环内满足由取得部2取得的反射规定值和限制条件这双方。此处，循环是指包括由反射特性计算部7实施的反射特性的计算、由反射特性修正部8实施的反射特性的修正、由特性阻抗分布计算部9实施的特性阻抗分布的计算、由特性阻抗分布修正部10实施的特性阻抗分布的修正的一连串的处理，在该一连串的处理是从反射特性计算部7开始的情况下，将从由反射特性计算部7实施的计算起至将特性阻抗分布修正部10修正后的特性阻抗分布输出到反射特性计算部7为止设为一个循环。因此，在传送路径设计支援装置1内反复进行上述循环，在相同的一个循环中成为反射特性满足反射规定值并且特性阻抗分布满足限制条件的状态时，结束循环处理。

接下来，在步骤S2中，反射特性计算部7根据所输入的特性阻抗分布，通过傅立叶变换来计算反射特性。输入到该反射特性计算部7的特性阻抗分布仅在最初的循环中是取得部2所取得的初始分布，在其以后的循环中是特性阻抗分布修正部10修正后的特性阻抗分布。

接下来，在步骤S3中，反射特性修正部8根据取得部2所取得的反射规定值来修正反射特性计算部7计算出的反射特性。具体而言，将超过反射规定值的频域的反射特性的值置换为反射规定值。

接下来，在步骤S4中，特性阻抗分布计算部9根据反射特性修正部8修正后的反射特性，通过傅立叶逆变换来计算特性阻抗分布。

接下来，在步骤S5中，特性阻抗分布修正部10根据取得部2所取得的限制条件来修正特性阻抗分布计算部9计算出的特性阻抗分布。具体而言，将成为负值的部位的特性阻抗的值设为1Ω，将安装有连接器的部位的特性阻抗的值置换为40Ω。另外，将特性阻抗急剧地变化的部位修正为缓慢的变化。

接下来，在步骤S6中，检测单元5检测是否满足结束条件。在不满足结束条件的情况下，检测单元5向控制部4通知不满足结束条件。控制部4在接收到上述通知时，使控制返回到步骤S2，使反射特性计算部7计算反射特性，由此再次进行步骤S2至步骤S5的处理。

进行使步骤S2至步骤S5的处理重复的反复处理直至由检测单元5检测到满足结束条件为止。在检测单元5检测到满足结束条件的情况下，检测单元5向控制部4通知满足结束条件，从而控制部4在接收到上述通知时结束反复处理并进入到步骤S7。

然后，在步骤S7中，输出部6作为设计支援结果而输出由特性阻抗分布计算部9计算出的特性阻抗分布。

通过以上那样的传送路径设计支援装置1的动作，具有满足反射规定值的反射特性，能够高效地探索满足限制条件的特性阻抗分布，能够在宽的频率范围中支援针对每个频率而决定有不同的反射规定值的传送路径的设计。

图6和图7示出通过本实施方式所涉及的传送路径设计支援装置1的动作而得到的设计支援结果的例子。

图6是示出作为设计支援结果而得到的特性阻抗分布的分布图。

在图6中，实线是作为设计支援结果而得到的特性阻抗分布19，虚线是初始分布20，成为直线状的特性阻抗分布19a是安装有连接器且值被固定的部位的特性阻抗。

特性阻抗严格来讲是复数，但一般而言在高频带中处置为实数，在本实施方式中也处置为实数。另外，也可以设置当由特性阻抗分布计算部9通过傅立叶逆变换来计算特性阻抗分布时特性阻抗分布成为实数那样的条件。

图7是示出与图6的特性阻抗分布19对应的反射特性21的特性图。纵轴用分贝来标明反射特性的绝对值，如式(1)那样表示。此处，S₁₁是在图6中位置0cm的部位的反射系数。

[数1]

20log₁₀(|S₁₁|)[dB]…(1)

在图7中，虚线是与初始分布对应的反射特性22，实线是作为设计支援结果而得到的反射特性21，单点划线是反射规定值18，可知作为设计支援结果而得到的反射特性21在所有的频域中低于反射规定值18。

此外，在本实施方式中，构成为取得部2取得特性阻抗分布的初始分布，反射特性计算部7根据该初始分布来计算反射特性，之后按照反射特性修正部8、特性阻抗分布计算部9、特性阻抗分布修正部10的顺序使各部进行各动作，但也可以构成为取得部2取得反射特性的初始值，特性阻抗分布计算部9根据该初始值来计算特性阻抗分布，之后按照特性阻抗分布修正部10、反射特性计算部7、反射特性修正部8的顺序使各部进行各动作。

另外，在本实施方式中，示出了求出由1条线路构成的传送路径的设计支援结果的动作，但还能够应用于由2条线路构成的传送路径。换言之，此处的特性阻抗显然包括差动阻抗。

另外，本实施方式中的输出部6构成为作为设计支援结果而输出特性阻抗分布计算部9计算出的特性阻抗分布，但输出部6输出的设计支援结果不限于此，例如也可以是用于实现特性阻抗分布修正部10修正后的特性阻抗分布、特性阻抗分布计算部9计算出的特性阻抗分布的布线宽度。即，也可以构成为取得部2取得作为设计对象的传送路径的介电常数、磁导率这样的电磁性的参数，输出部6根据这些参数来计算并输出布线宽度。

本发明着眼于在支援仅针对反射特性的绝对值而规定有对传送路径决定的反射规定值且不考虑相位时的传送路径的设计的情况下，通过应用在物理区域和频域中一边补充既知的信息一边反复进行傅立叶变换和傅立叶逆变换并求出各区域的恰当值的傅立叶反复法，从而能够导出可实现的传送路径的设计值。

[产业上的利用可能性]

本发明所涉及的传送路径设计支援装置能够应用于传送路径的设计支援。

Claims (11)

1.一种传送路径设计支援装置，具备：

取得部，取得作为设计对象的传送路径的反射特性的反射规定值和所述传送路径的特性阻抗分布的限制条件；以及

运算处理部，

所述运算处理部具有：

反射特性计算部，根据所输入的特性阻抗分布，计算反射特性；

反射特性修正部，根据所述取得部所取得的所述反射规定值，修正所述反射特性计算部计算出的反射特性；

特性阻抗分布计算部，根据所述反射特性修正部修正后的反射特性，计算特性阻抗分布；以及

特性阻抗分布修正部，根据所述取得部所取得的所述限制条件来修正所述特性阻抗分布计算部计算出的特性阻抗分布，并将修正后的特性阻抗分布输出到所述反射特性计算部。

2.根据权利要求1所述的传送路径设计支援装置，其特征在于，

所述传送路径设计支援装置具备执行反复处理的控制部，在该反复处理中使所述运算处理部反复进行包括由所述反射特性计算部进行的反射特性的计算、由所述反射特性修正部进行的反射特性的修正、由所述特性阻抗分布计算部进行的特性阻抗分布的计算以及由所述特性阻抗分布修正部进行的特性阻抗分布的修正的一连串的处理。

3.根据权利要求2所述的传送路径设计支援装置，其特征在于，

所述取得部取得使由所述控制部执行的所述反复处理结束的结束条件，

所述传送路径设计支援装置具备：

检测单元，检测所述取得部所取得的所述结束条件被满足的情形，使所述控制部的反复处理结束；以及

输出部，在由所述检测单元检测到所述结束条件被满足的情况下，输出在所述反复处理中计算出的所述特性阻抗分布作为设计支援结果。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的传送路径设计支援装置，其特征在于，

所述反射特性计算部通过傅立叶变换，根据特性阻抗分布来计算反射特性。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的传送路径设计支援装置，其特征在于，

所述特性阻抗分布计算部通过傅立叶逆变换来计算特性阻抗分布。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的传送路径设计支援装置，其特征在于，

所述取得部取得禁止特性阻抗成为负值的所述限制条件。

7.根据权利要求1至5中的任一项所述的传送路径设计支援装置，其特征在于，

所述取得部取得将不匹配部的特性阻抗的值固定为预定的值的所述限制条件。

8.根据权利要求1至5中的任一项所述的传送路径设计支援装置，其特征在于，

所述取得部取得禁止急剧的特性阻抗的变化的所述限制条件。

9.根据权利要求3所述的传送路径设计支援装置，其特征在于，

所述输出部还输出所述传送路径的布线宽度作为设计支援结果。

10.一种传送路径设计支援方法，具有：

取得步骤，取得作为设计对象的传送路径的反射特性的反射规定值和所述传送路径的特性阻抗分布的限制条件；

反射特性计算步骤，根据所输入的特性阻抗分布，计算反射特性；

反射特性修正步骤，根据通过所述取得步骤取得的所述反射规定值，修正通过所述反射特性计算步骤计算出的反射特性；

特性阻抗分布计算步骤，根据通过所述反射特性修正步骤修正后的反射特性，计算特性阻抗分布；以及

特性阻抗分布修正步骤，根据通过所述取得步骤取得的所述限制条件来修正通过所述特性阻抗分布计算步骤计算出的特性阻抗分布，并将修正后的特性阻抗分布作为所述反射特性计算步骤的输入特性阻抗。

11.一种程序，用于使计算机执行：

取得步骤，取得作为设计对象的传送路径的反射特性的反射规定值和所述传送路径的特性阻抗分布的限制条件；

反射特性计算步骤，根据所输入的特性阻抗分布，计算反射特性；

反射特性修正步骤，根据通过所述取得步骤取得的所述反射规定值，修正通过所述反射特性计算步骤计算出的反射特性；

特性阻抗分布计算步骤，根据通过所述反射特性修正步骤修正后的反射特性，计算特性阻抗分布；以及

特性阻抗分布修正步骤，根据通过所述取得步骤取得的所述限制条件来修正通过所述特性阻抗分布计算步骤计算出的特性阻抗分布，并将修正后的特性阻抗分布作为所述反射特性计算步骤的输入特性阻抗。

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