JP2000259694A - プリント配線板設計装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電源またはグランド層領域上のクリアランスの
連鎖により、電磁波ノイズの発生要因となるデザインル
ール違反箇所を検出するプリント配線板設計装置を提供
することにある。 【解決手段】クリティカルネットの座標情報、電源また
はグランド層領域上のクリアランス形状と座標、及びク
リアランス連鎖形状を取り出し、電磁波ノイズの違反を
検出する諸条件として、クリアランス連鎖数、連鎖とす
るクリアランス相互の間隔、及び、クリティカルネット
のパターン形状とクリアランス連鎖との干渉を考慮すべ
き間隔から、条件を満たした箇所を電磁波ノイズの発生
要因となるデザインルール違反箇所として検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層プリント配線
板の設計を行うＣＡＤシステムに用いるプリント配線板
設計装置に関り、特にプリント配線板上の配線パターン
を検出するプリント配線板設計装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】多層プリント配線板において、信号線に
流れた電流は、信号帰路電流やリターン電流と言われる
グランド配線層の直下を通過する経路ループ状に帰って
くる。このリターン電流は、通過する経路上のグランド
配線層パターンに隙間があると、この隙間を迂回する経
路ループとなり、インピーダンスが上がって、反射や電
流の不平衡により、ノイズとなる。このノイズは、図１
に示す磁界測定結果で明らかになっている。こうしたノ
イズは、信号線が特に高い周波数で振幅すると電磁波ノ
イズの大きな発生要因となる。

【０００３】多層プリント配線板の設計を行うＣＡＤシ
ステムにおいて、こうしたノイズ発生要因を検出する方
式として、伝送線路シミュレーションや電磁界解析／測
定と言った技術が知られている。また、パターンデザイ
ンの配置配線機能を有するＣＡＤシステムにおいて、特
開平９−１８６４６５、特開平６−１６８２９７などが
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、こうしたＣＡ
Ｄシステムにおいて、シミュレーション装置や測定装置
は、多層プリント配線板上のどのパターンデザインに問
題があるのかを特定することができないという問題があ
った。

【０００５】そして、パターンデザインの配置配線機能
においては、経路ループを最少化する、もしくは経路ル
ープを小さくする為に必要な冗長領域を必要とする。従
って配線パターン経路が複雑になり、配線工程の期間が
大きくなる問題がある。また、挿入型部品のピン、電源
及びグランド層の形状、及び、ビアホールとの相関条件
が複雑になると、十分にパターンデザインを守った配線
を行うことが難しいという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、プリント配線板の配線設
計段階において、電磁波ノイズの発生箇所を調べ、電磁
波ノイズの発生を抑止することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、多層プリント配線板設計装置において、
電源またはグランド層領域上を複数の信号配線用スルー
ホールが通過する際、該スルーホールが電源及びグラン
ド層のいずれかに接続されていない場合は、該スルーホ
ールの座標周りに、非伝導領域としてスルーホールの穴
半径より大きいクリアランスを形成し、電源およびグラ
ンド層のいずれかに接続されている場合は、前記スルー
ホールの穴半径に等しい半径のクリアランスを形成する
形成手段と、該形成手段により形成されたクリアランス
の中心座標の位置およびクリアランス形状を用いて、前
記クリアランス同士の干渉を検知する検知手段と、該検
知手段によって互いに干渉すると検知されたクリアラン
スの連鎖個数が、あらかじめ設定したチェック条件の個
数を越えた場合、該当箇所の座標を検出する第１の検出
手段と、該検出手段により検出されたクリアランス連鎖
と、該連鎖の存在する層の上又は下の配線層上の信号配
線パターンを検出する第２の検出手段とを有する構成と
した。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例であるプリント
配線板設計装置の実施例を図２を用いて説明する。

【０００９】一般にプリント配線板設計装置は、パソコ
ン及びワークステーションなどの計算機上で動作するＣ
ＡＤシステムのひとつとして知られている。設計者は、
プリント配線板の設計情報としての回路データ6を回路
入力用ＣＡＤシステムによって作成する。プリント配線
板は以下の工程で設計する。

【００１０】部品配置１は回路データ6を入力して、プ
リント配線板上に搭載する部品座標を決め、座標情報を
格納した配置座標データ7を作成する。配線設計２で
は、配置座標データ７を入力し、ネット情報に従って電
源及びグランド領域の形状や部品ピン間の配線パターン
を決める。また、複数の配線層を持つプリント配線板に
おいては、層間を電気的に接続する為の信号接続用スル
ーホールを設け、こうした配線パターンとスルーホール
を持った配線パターンデータ８を作成する。スルーホー
ルにおいては、電気的に接続させたくない電源及びグラ
ンド層上に、スルーホール座標周りに任意の半径を持つ
非電導のクリアランスを発生させ、クリアランス座標デ
ータ９を作成する。スルーホールとクリアランスの関係
を図１１に示す。配線設計２で作成したクリアランスが
連鎖すると、プリント配線板上で高速な周波数で動作す
るクリティカルネットに対し、先述したように反射や電
流の不平衡により、波形のひずみが発生する。本発明の
特徴は、これらクリアランス連鎖とクリティカルネット
の座標関係をチェックして電磁波ノイズを防ぐことであ
る。

【００１１】クリアランス連鎖チェック３は、配線パタ
ーンデータ８とクリアランス座標データ９とチェック条
件データ１０を入力して、クリアランス相互の連鎖関係
を調べ、チェック結果データ１１を作成する。プリント
配線板設計者は、チェック結果表示４により、チェック
結果データ１１を表示装置１２を用いて表示させ、放射
ノイズの発生箇所を検証する。エラー判定５により、問
題の箇所に対して、部品配置１に戻り部品の配置を修正
するか、配線設計２に戻り配線パターンを修正する。こ
れにより、プリント配線板設計段階で放射ノイズ発生要
因を減じることが可能となる。

【００１２】クリアランス連鎖チェック３の処理のう
ち、個々のクリアランスを番号で識別する為のクリアラ
ンス座標テーブルの作成方式について、図４を用いて説
明する。まず、クリアランス座標データ９から、クリア
ランス番号、クリアランス中心座標ｘ,ｙ、クリアラン
ス半径を読み込み、クリアランス座標テーブルを作成す
る。この時クリアランス連鎖テーブルの全連鎖番号に例
えば１からの追番のように、個々のクリアランスで異な
る値を入れておく。次にクリアランス連鎖テーブルか
ら、２つのクリアランス情報を順次取り出し、全ての組
合わせが完了するまで、クリアランス間の接触有無の判
定を繰り返す。接触の有無は、図３の連鎖条件判定式に
より判定する。各クリアランスの半径２１ｒ，２２ｒと
チェック条件データ１０の連鎖条件距離２３の和より、
クリアランス中心座標間絶対距離（（２２ｘ−２１ｘ）
の２乗と（２２ｙ−２１ｙ）の２乗の和の平方根）が小
さい場合、連鎖と判定する。なお、微少間隔離れたクリ
アランス同士を連鎖とみなす為に、連鎖条件距離２３の
指定をすることにより、同様に連鎖と判定することも可
能である。連鎖と判定した２つのクリアランスは、大き
い(又は小さい)方のクリアランス連鎖番号の値を、小さ
い(又は大きい)方の連鎖番号の値で書き換える。この値
の更新は、大きい(又は小さい)方のクリアランス連鎖番
号の値となっている全てのクリアランスに対して行う。
クリアランス座標テーブル作成の実施例として、図５に
クリアランス座標データの例、及び、図６にクリアラン
ス座標テーブルの例を示す。クリアランス座標テーブル
の項目の連鎖番号の値は、先述のアルゴリズムによって
計算した結果である。図５の例で、クリアランス３１と
３２と３３の群、及び、クリアランス３４と３５は同一
の連鎖番号の値を得ることとなり、各々のクリアランス
群は連鎖することを示す。

【００１３】クリアランス連鎖チェック３の処理のう
ち、クリアランス連鎖とクリティカルネットの座標関係
のチェック方式について図７を用いて説明する。クリア
ランス連鎖は、円弧形状の集合となる為、計算機上で取
り扱うことが難しい。そこで、クリアランス群に外接す
る矩形を計算することで、クリアランス連鎖形状を矩形
のチェック領域に近似することにより、チェック処理を
容易にすることができる。まず、クリアランス３１と３
２と３３に外接する矩形４１を計算する。なお、クリア
ランス連鎖形状４１と信号配線の微少な干渉を検出する
為に、条件間隔４２ｘと４２ｙを指定することにより、
クリアランス連鎖形状を領域４３に拡大し、クリアラン
ス連鎖形状と信号配線の干渉の状態を設計者が任意に指
定することができる。チェック領域作成の実施例とし
て、図７にクリアランス連鎖座標データの例、及び、図
８にチェック領域テーブルの例を示す。図８の例で、チ
ェック形状４３は図に示す値となる。

【００１４】クリアランス連鎖チェック３の処理のう
ち、チェック領域とクリティカルネットの干渉比較処理
を図９を用いて説明する。信号配線５２ａは部品ピン５
１ａと５１ｃを電気的に接続した配線パターンである。
同様に信号配線５２ｂは、部品ピン５１ｂと５１ｄを接
続した配線パターンである。図９の例において、信号配
線５２ａは、チェック領域４３と座標上重複している。
この重複は、信号配線５２ａの座標とチェック領域４３
の座標との比較により容易に計算することができる。ク
リアランス連鎖チェック３は、先述の比較結果を検出
し、エラー個所としてチェック結果データ１１を作成す
る。チェック結果データ１１は、テキストデータとして
出力しても良いし、対話型のパターンデザインＣＡＤシ
ステムの画面上に、ハイライト表示しても良い。設計者
はチェック結果データ１１の結果を基に、電磁波ノイズ
の発生要因である信号配線５２ａを修正する。その修正
結果を図１０を用いて説明する。信号配線５２ｃは、表
示されたエラー個所を基に、チェック領域４３に関わら
ないようにパターンデザインを修正した例である。

【００１５】

【発明の効果】電磁波ノイズの発生個所を調べて、エラ
ー個所を表示することにより、プリント配線版の配線設
計段階において、電磁波ノイズの発生を抑止する手段を
提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】グランド層のスリットによる近傍磁界測定結果
を示す図である。

【図２】クリアランス連鎖チェック機能を有するプリン
ト配線板設計装置の原理図を示す。

【図３】クリアランス連鎖チェックの処理方式フローを
示す。

【図４】クリアランス連鎖を判定するクリアランスの配
置パターンを示す。

【図５】クリアランス座標データの一例を示す。

【図６】クリアランス座標テーブルを示す。

【図７】クリアランス連鎖結果の形状データの一例を示
す。

【図８】クリアランス連鎖結果テーブルを示す。

【図９】クリアランスチェック前の配線形状の一例を示
す。

【図１０】クリアランスチェックのエラーを修正した配
線形状の一例を示す。

【図１１】スルーホールとクリアランスの関係を示す。

【符号の説明】 １：部品配置部、２：配線設計部、３：クリアランス連
鎖チェック部、４：チェック結果表示部、５：エラー判
定部、６：回路データ、７：配線座標データ、８：配線
パターンデータ、９：クリアランス座標データ、１０：
チェック条件データ、１１：チェック結果データ、１
２：表示装置、２１：クリアランス１、２１ｒ：クリア
ランス１の半径、２１ｘ：クリアランス１のｘ座標、２
１ｙ：クリアランス１のｙ座標、２２：クリアランス
２、２２ｒ：クリアランス２の半径、２２ｘ：クリアラ
ンス２のｘ座標、２２ｙ：クリアランス２のｙ座標、２
３：クリアランス１とクリアランス２の連鎖条件距離、
３１〜３５：クリアランス座標データ例、３１ｒ〜３５
ｒ：クリアランス例の半径、３１ｘ〜３５ｘ：クリアラ
ンス例のｘ座標、３１ｙ〜３５ｙ：クリアランス例のｙ
座標

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 敦 愛知県尾張旭市晴丘町池上１番地 株式会 社日立製作所情報機器事業部内 (72)発明者 平井 一広 愛知県尾張旭市晴丘町池上１番地 株式会 社日立製作所情報機器事業部内 Ｆターム(参考） 5B046 AA08 BA06 JA02 5E338 CC01 CC04 CC06 EE13 EE60 5E346 GG01 GG12 GG31 HH01 HH31

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プリント配線板設計装置において、電源ま
   たはグランド層領域上を複数の信号配線用スルーホール
   が通過する際、該スルーホールが電源及びグランド層の
   いずれかに接続されていない場合は、該スルーホールの
   座標周りに、非伝導領域としてスルーホールの穴半径よ
   り大きいクリアランスを形成し、電源およびグランド層
   のいずれかに接続されている場合は、前記スルーホール
   の穴半径に等しい半径のクリアランスを形成する形成手
   段と、 該形成手段により形成されたクリアランスの中心座標の
   位置およびクリアランス形状を用いて、前記クリアラン
   ス同士の干渉を検知する検知手段と、 該検知手段によって互いに干渉すると検知されたクリア
   ランスの連鎖個数が、あらかじめ設定したチェック条件
   の個数を越えた場合、該当箇所の座標を検出する第１の
   検出手段と、 該検出手段により検出されたクリアランス連鎖と、該連
   鎖の存在する層の上又は下の配線層上の信号配線パター
   ンを検出する第２の検出手段とを有することを特徴とす
   るプリント配線板設計装置。