JP2007207168A - Ｅｍｉシミュレーションモデル、ｅｍｉシミュレーションシステムと方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＭＩシミュレーションの精度の向上。
【解決手段】本発明によれば、ＥＭＩシミュレーションに用いられ、ＬＳＩの電源系を表すモデルデータ１，３０が提供される。そのモデルデータ１，３０は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１０に記録されている。本発明に係るモデルデータ１，３０は、複数の周波数と電源系の複素数電流ｉ（ｆ）との対応関係を示す電流テーブル１１と、同じ複数の周波数と電源系の複素数インピーダンスＺ（ｆ）との対応関係を示すインピーダンステーブル１２とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）シミュレーションに関する。特に、本発明は、ＬＳＩにおけるＥＭＩをシミュレートするための技術に関する。

ＬＳＩから発生する電磁放射ノイズは、他の機器への電磁妨害（ＥＭＩ：Electro Magnetic Interference）の原因となるばかりではなく、自身の回路動作へも悪影響を与える。従って、電源放射ノイズを可能な限り抑制することが望まれている。特に、ＬＳＩの高速化、高集積化に伴って、トランジスタの数や入出力ピンの数、及び動作周波数が増加しており、ＬＳＩからのノイズ量も必然的に増加してきている。また、プロセスの微細化に伴って、半導体素子は、同じレベルのノイズを受けてもより誤動作しやすくなってきている。従って、ＥＭＩの低減は、ＬＳＩ設計において最重要の課題となってきている。

ＥＭＩ対策のため、多くの設計者がＥＭＩシミュレータを取り入れている。ＥＭＩシミュレータは、信号レベルやＬＳＩの動作速度、プリント回路基板上の配線経路などを考慮し、ＬＳＩから発生する電磁放射ノイズを計算する。電磁放射ノイズの計算には、基板配線の伝送線路モデルと、プリント回路基板に実装されるＬＳＩのモデルが必要である。

プリント回路基板から放射されるＥＭＩの主な原因のひとつは、多くの高周波成分を含んでいる電源電流である。従って、ＬＳＩの電源系を流れる高周波電源電流により発生する放射電磁界を正確にシミュレートすることが特に重要である。正確なシミュレーションを行うためには、できる限り正確な「ＬＳＩ電源系モデル」を提供することが必要である。そのようなＬＳＩの電源系モデルに関連する従来技術として、以下のものが知られている。

特許文献１に記載された技術によれば、ＬＳＩ電源電流波形に基づいて、ＬＳＩ電源系が１個の可変抵抗、もしくはトランジスタとしてモデル化される。その抵抗値（電源系のインピーダンス）は、電源端子の「電圧」および「時間」によって変化し、対象となるＬＳＩの電源系と同様の挙動を示す。そのようなＬＳＩ電源系モデルを用いることによって、電源系から発生する電磁界のシミュレーションが行われる。

非特許文献１には、デバイス電源系の線形マクロモデルであるＬＥＣＣＳ（Linear Equivalent Circuit and Current Source）モデルが記載されている。ＬＥＣＣＳモデルによれば、ＲＬＣ直列回路が並列に数段つなげられた線形回路によって、デバイス電源系のインピーダンスが近似される。すなわち、並列に接続された複数段のＲＬＣ回路によって、電源系の内部インピーダンスが表現される。また、非特許文献１には、それらＲＬＣ直列回路の段数や各ＲＬＣパラメータ値を最適化するためのアルゴリズムが記載されている。

特開２０００−１３７７４２号公報 野村洋平他，"ＩＣ／ＬＳＩ電源系ＥＭＣマクロモデルＬＥＣＣＳのためのパラメータ最適化アルゴリズムの提案"，電子情報通信学会技術研究報告，ＥＭＣＪ２００４−１１４，ｐｐ．７１−７６，Ｄｅｃ．２００４．

本願発明者は、次の点に着目した。上述の通り、正確なＥＭＩシミュレーションを行うためには、できる限り正確な「ＬＳＩ電源系モデル」を提供することが必要である。しかしながら、従来技術によるＬＳＩ電源系モデルの精度は、未だ充分であるとは言えなかった。特に、非特許文献１の場合、電源系の内部インピーダンスは複数段のＲＬＣ回路の接続によって近似されているので、ＥＭＩシミュレーションにおいて誤差が生じる。また、ＬＳＩ電源系の内部インピーダンスの周波数特性がより複雑になると、従来のＬＳＩ電源系モデルでは対応しきれなくなる。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明の第１の観点において、ＥＭＩシミュレーションに用いられ、ＬＳＩの電源系を表すモデルデータ（１，３０）が提供される。そのモデルデータ（１，３０）は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体（１０）に記録されている。本発明に係るモデルデータ（１，３０）は、複数の周波数と電源系の複素数電流（ｉ（ｆ））との対応関係を示す電流テーブル（１１）と、同じ複数の周波数と電源系の複素数インピーダンス（Ｚ（ｆ））との対応関係を示すインピーダンステーブル（１２）とを有している。

このように、本発明によれば、内部インピーダンスの周波数特性が考慮されている。電源電流及び内部インピーダンスは、周波数に依存する関数（ｉ（ｆ），Ｚ（ｆ））で与えられる。従って、ＬＳＩ電源系モデルの精度が向上する。また、従来技術によれば、内部インピーダンスは複数段のＲＬＣ回路で近似されていた。この近似が、ＥＭＩシミュレーションにおける誤差の原因となってしまう。特に、ＬＳＩ電源系の内部インピーダンスの周波数特性が複雑になってくると、ＲＬＣ回路による近似では対応しきれず、誤差は増大する。本発明によれば、ＲＬＣ回路による近似は行われず、周波数の関数としてのインピーダンス関数（Ｚ（ｆ））がそのまま用いられる。従って、ＬＳＩ電源系モデルの精度が向上する。

本発明の第２の観点において、ＥＭＩシミュレーション方法が提供される。そのＥＭＩシミュレーション方法は、（Ａ）ＬＳＩの電源系を表す上述のモデル（１，３０）を提供するステップと、（Ｂ）そのモデル（１，３０）を用いるシミュレータ（３１）により、ＬＳＩに関するＥＭＩをシミュレートするステップとを有する。

本発明によれば、このＥＭＩシミュレーションの中間処理において、ＡＣ解析を用いることが可能となる。それは、ＬＳＩ電源系モデルが周波数の関数（ｉ（ｆ），Ｚ（ｆ））により提供されるからである。ＥＭＩシミュレーションの中間処理に過渡解析ではなくＡＣ解析が行われることによって、解析時間が短縮される。その理由は次の通りである。

過渡解析では、時間経過につれての回路応答が解析され、解析結果を示すグラフの横軸は時間となる。フーリエ変換により、周波数領域の波形が得られる。ここで、時間経過につれての回路応答を計算するためには、所定の時間ステップごとに計算を行う必要がある。このことが、計算時間の増大につながる。特に、高周波信号の場合、その時間ステップをかなり細かく設定することが必要となってくる。その場合、計算時間は膨大になってしまう。

一方、ＡＣ解析では、周波数毎の回路応答が解析され、解析結果を示すグラフの横軸は周波数となる。ただし、そのＡＣ解析は、ＬＳＩ電源系モデル（１）に対応している。本発明によれば、１つの周波数に対して、１つの電源電流（ｉ（ｆ））及び１つの内部インピーダンス（Ｚ（ｆ））が与えられる。つまり、１つの周波数に対する計算回数は１回だけである。よって、過渡解析よりもＡＣ解析の方が格段に速くなる。

本発明に係るＬＳＩ電源系モデルによれば、モデル精度が向上する。従って、ＥＭＩシミュレーションの精度も向上する。また、本発明によれば、ＬＳＩ電源系モデルが周波数の関数により提供されるため、ＥＭＩシミュレーションの中間処理においてＡＣ解析を用いることが可能となる。その結果、ＥＭＩシミュレーションに要する時間が短縮される。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係るＥＭＩシミュレーション用ＬＳＩ電源系モデル、及びそれを用いたＥＭＩシミュレーション方法を説明する。

１．ＥＭＩシミュレーション用ＬＳＩ電源系モデル
図１は、本実施の形態に係るＬＳＩの電源系モデル１を概念的に示している。図１に示されるように、ＬＳＩ電源系モデル１は、電源電流を流す電流源と、電源系の内部インピーダンスを有している。電流源及び内部インピーダンスは、電源端子ＶＤＤ，ＧＮＤ間に接続されている。

より詳細には、本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデル１において、電源電流は、周波数ｆの関数ｉ（ｆ）で与えられる。ここで、関数ｉ（ｆ）は、複数数電流を表している。このような関数ｉ（ｆ）は、以下「電流関数ｉ（ｆ）」と参照される場合がある。

電流関数ｉ（ｆ）の一例が、図２Ａに示されている。図２Ａにおいて、縦軸は電源電流ｉ（ｆ）の実部及び虚部を示し、横軸は周波数ｆを示している。図２Ａに示されるように、電流関数ｉ（ｆ）は、ＬＳＩ電源系の複素数電流を、周波数ｆの関数として表している。また、電流関数ｉ（ｆ）をテーブル化することによって、図２Ｂに示されるような「複素数電流テーブル１１」が得られる。複素数電流テーブル１１において、周波数毎に複素数電流ｉ（ｆ）の実部と虚部が示されている。この複素数電流テーブル１１は、複数の周波数ｆと複素数電流ｉ（ｆ）との対応関係を示していると言える。

また、本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデル１において、内部インピーダンスも、周波数ｆの関数Ｚ（ｆ）で与えられる。電流関数ｉ（ｆ）と同様に、関数Ｚ（ｆ）は、複素数インピーダンスを表している。このような関数Ｚ（ｆ）は、以下「インピーダンス関数Ｚ（ｆ）」と参照される場合がある。

インピーダンス関数Ｚ（ｆ）の一例が、図３Ａに示されている。図３Ａにおいて、縦軸はインピーダンスＺ（ｆ）の実部及び虚部を示し、横軸は周波数ｆを示している。図３Ａに示されるように、インピーダンス関数Ｚ（ｆ）は、ＬＳＩ電源系の複素数インピーダンスを、周波数ｆの関数として表している。また、インピーダンス関数Ｚ（ｆ）をテーブル化することによって、図３Ｂに示されるような「複素数インピーダンステーブル１２」が得られる。複素数インピーダンステーブル１２において、周波数毎に複素数インピーダンスＺ（ｆ）の実部と虚部が示されている。この複素数インピーダンステーブル１２は、複数の周波数ｆと複素数インピーダンスＺ（ｆ）との対応関係を示していると言える。尚、上述の複素数電流テーブル１１に現れる複数の周波数と、複素数インピーダンステーブル１２に現れる複数の周波数は、同一である。

また、複素数インピーダンスＺ（ｆ）を、等価的に、抵抗及びインダクタンスで記載することも可能である。ここでは、インピーダンスＺの等価回路として、抵抗ＲとインダクタンスＬの直列回路が用いられる。図４には、等価的なＬＳＩ電源系モデル１が概念的に示されている。この等価的なＬＳＩ電源系モデル１によれば、インピーダンス関数Ｚ（ｆ）の代わりに、抵抗関数Ｒ（ｆ）及びインダクタンス関数Ｌ（ｆ）が用いられる。これら関数Ｒ（ｆ）及びＬ（ｆ）も周波数ｆの関数であり、それぞれ電源系の抵抗及びインダクタンスを表している。インピーダンス関数Ｚ（ｆ）と、抵抗関数Ｒ（ｆ）及びインダクタンス関数Ｌ（ｆ）とは、下記の関係で互いに等価的に結び付けられる。図１に示されたＬＳＩ電源系モデル１から、図４に示された等価的なＬＳＩ電源系モデル１への変換の際、変換誤差が無いことに留意されるべきである。

Ｒ（ｆ）＝Ｒｅ｛Ｚ（ｆ）｝
Ｌ（ｆ）＝Ｉｍ｛Ｚ（ｆ）｝／２πｆ
ここで、Ｒｅ｛Ｚ（ｆ）｝は複素数インピーダンスＺ（ｆ）の実部であり、Ｉｍ｛Ｚ（ｆ）｝は複素数インピーダンスＺ（ｆ）の虚部である。また、抵抗関数Ｒ（ｆ）及びインダクタンス関数Ｌ（ｆ）の値は、すべて実数である。

抵抗関数Ｒ（ｆ）の一例が、図５Ａに示されている。図５Ａにおいて、縦軸は抵抗Ｒ（ｆ）を示し、横軸は周波数ｆを示している。図５Ａに示されるように、抵抗関数Ｒ（ｆ）は、ＬＳＩ電源系の抵抗を、周波数ｆの関数として表している。また、抵抗関数Ｒ（ｆ）をテーブル化することによって、図５Ｂに示されるような抵抗テーブル１３が得られる。抵抗テーブル１３において、周波数毎に電源系の抵抗が示されている。この抵抗テーブル１３は、複数の周波数ｆと抵抗Ｒ（ｆ）との対応関係を示していると言える。尚、既出の各テーブル１１，１２に現れる複数の周波数と、抵抗テーブル１３に現れる複数の周波数は、同一である。また、インダクタンス関数Ｌ（ｆ）に対応するインダクタンステーブルの構成も同様である。

本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデル１を示すＬＳＩ電源系モデルデータは、好適には、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。図６には、ＬＳＩ電源系モデルデータが記録された記録媒体１０の内容が概念的に示されている。図６に示されるように、記録媒体１０には、図２Ｂに示された電流テーブル１１及び図３Ｂに示されたインピーダンステーブル１２が格納されている。インピーダンステーブル１２は、抵抗テーブル１３とインダクタンステーブル１４から構成されていてもよい（図５Ｂ参照）。

以上に説明されたように、本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデル１は、周波数ｆに依存する電流関数ｉ（ｆ）及びインピーダンス関数Ｚ（ｆ）を有している。それら関数ｉ（ｆ）、Ｚ（ｆ）は、テーブル群で与えられてもよい。尚、ＬＳＩ電源系モデル１の作成方法は、後の第３節において述べられる。

２．ＥＭＩシミュレーション
次に、上述のＬＳＩ電源系モデル１を用いるＥＭＩシミュレーション、及びそれによる効果を説明する。ＥＭＩシミュレーションは、レイアウト設計の直後に行われてもよいし、ＬＳＩの実装段階で行われてもよい。

図７は、ＥＭＩシミュレーションを実行するＥＭＩシミュレーションシステム２０の構成例を示すブロック図である。図７に示されるように、ＥＭＩシミュレーションシステム２０は、記憶装置２１、演算処理装置２２、入力装置２３、及び表示装置２４を備えている。記憶装置２１としては、ＨＤＤやＲＡＭが例示される。演算処理装置２２は、記憶装置２１にアクセス可能であり、ソフトウェア・プログラムの命令に従って各種処理を行う。入力装置２３としては、キーボードやマウスが例示される。ユーザは、表示装置２４に表示された情報を参照しながら、入力装置２３を用いることによってデータやコマンドを入力することができる。

記憶装置２１には、上述のＬＳＩ電源系モデル１を示すＬＳＩ電源系モデルデータ３０が格納されている。ＬＳＩ電源系モデルデータ３０は、図２Ｂに示された電流テーブル１１及び図３Ｂに示されたインピーダンステーブル１２を含んでいる。インピーダンステーブル１２は、抵抗テーブル１３及びインダクタンステーブル１４で置換されてもよい（図５Ｂ，図６参照）。

更に、記憶装置２１には、ＥＭＩシミュレーションを実行するためのソフトウェアであるＥＭＩシミュレータ３１が格納されている。ＥＭＩシミュレータ３１には、ＳＰＩＣＥ（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）回路シミュレータが含まれている。ＥＭＩシミュレータ３１は、演算処理装置２２によって読み出され実行される。また、記憶装置２１には、プリント回路基板の回路情報を表すボードモデルデータ３２が格納されている。

このようなＥＭＩシミュレーションシステム２０の動作は、次の通りである。まず、演算処理装置２２は、ＥＭＩシミュレータ３１を記憶装置２１から読み出し実行する。次に、ＥＭＩシミュレータ３１の命令に従い、演算処理装置２２は、ＬＳＩ電源系モデルデータ３０とボードモデルデータ３２を記憶装置２１から読み出す。図４に示された等価的なＬＳＩ電源系モデル１、すなわちＲ（ｆ）及びＬ（ｆ）で提供されるＬＳＩ電源系モデル１は、ＳＰＩＣＥを利用したＥＭＩシミュレータ３１への入力に適している。

更に、ＥＭＩシミュレータ３１の命令に従い、演算処理装置２２は、ＬＳＩ電源系モデルデータ３０及びボードモデルデータ３２に基づいて、ＥＭＩに関するシミュレーションを行う。具体的には、電流テーブル１１やインピーダンステーブル１２に示された複数の周波数毎に、放射される電界強度Ｅ（ｆ）の計算が行われる。電界強度Ｅ（ｆ）の計算において、周波数ｆに対応する複素数電流ｉ（ｆ）及び複素数インピーダンスＺ（ｆ）の値が用いられる。図８は、電界強度Ｅ（ｆ）の計算結果の一例を示している。図８において、縦軸は算出された電界強度Ｅ（ｆ）を示し、横軸は周波数ｆを示している。図８に示されるように、複数の周波数毎に電界強度Ｅ（ｆ）が算出されている。

以上に説明されたＬＳＩ電源系モデル１及びそれを用いたＥＭＩシミュレーションによる効果は、次の通りである。

特許文献１に記載された従来技術によれば、電源系の内部インピーダンスは、電源端子の「電圧」および「時間」に依存するようにモデル化されていた。しかしながら、内部インピーダンスは、周波数ｆに依存している。本発明によれば、内部インピーダンスの周波数特性が考慮されており、電源電流及び内部インピーダンスは、周波数ｆに依存する関数で与えられる。従って、ＬＳＩ電源系モデルの精度が向上する。

また、非特許文献１に記載された従来技術によれば、内部インピーダンスは複数段のＲＬＣ回路で近似されていた。この近似が、ＥＭＩシミュレーションにおける誤差の原因となってしまう。特に、ＬＳＩ電源系の内部インピーダンスの周波数特性が複雑になってくると、ＲＬＣ回路による近似では対応しきれず、誤差は増大する。本発明によれば、ＲＬＣ回路による近似は行われず、周波数の関数としてのインピーダンス関数Ｚ（ｆ）がそのまま用いられる。従って、ＬＳＩ電源系モデルの精度が向上する。あるいは、そのインピーダンス関数Ｚ（ｆ）から等価的に算出される抵抗関数Ｒ（ｆ）及びインダクタンス関数Ｌ（ｆ）が用いられる。ここで、インピーダンス関数Ｚ（ｆ）から、抵抗関数Ｒ（ｆ）及びインダクタンス関数Ｌ（ｆ）への変換は、既出の関係式に基づいて行われ、変換誤差は生じない。変換誤差がないため、モデル精度向上の効果が得られる。

更に、本発明に係るＬＳＩ電源系モデル１は、電流関数ｉ（ｆ）やインピーダンス関数Ｚ（ｆ）から構成されており、ＬＳＩ内部の機密情報を含んでいない。また、そのようなＬＳＩ電源系モデル１は、ユーザに提供しやすい。

更に、ＬＳＩ電源系モデル１が周波数の関数ｉ（ｆ）、Ｚ（ｆ）等によって提供されることにより、ＥＭＩシミュレーションに要する計算時間が短縮されるという効果が得られる。計算時間の短縮について、以下に詳細に説明する。

図９には、従来技術と本発明との間のＥＭＩシミュレーション時間の比較が示されている。ＥＭＩシミュレーションにおいて、プリント回路基板とそれに実装されたＬＳＩが用いられた。プリント回路基板の電源系は、約５０００ネットのネットワーク伝送線でモデル化された。伝送線は、ＲＬＣマトリックスのモデルであった。

図９に示されるように、従来技術によれば、ＥＭＩシミュレーションの中間処理において「過渡解析」が行われる。すなわち、時間軸に沿って解析が行われる。その結果、計算時間（CPU Time）は約３９．５時間であった。一方、本発明によれば、ＥＭＩシミュレーションの中間処理において「ＡＣ解析」が行われる。すなわち、周波数軸に沿って解析が行われる。その結果、計算時間は約３．８分である。このように、本発明によれば、ＥＭＩシミュレーションに要する計算時間が著しく短縮されている。

このように計算時間に大きな差が生じる理由は、ＥＭＩシミュレーションの中間処理において、「過渡解析」ではなく「ＡＣ解析」が行われたからである。過渡解析では、時間経過につれての回路応答が解析され、解析結果を示すグラフの横軸は時間となる。フーリエ変換処理により、周波数領域の波形が得られる。ここで、時間経過につれての回路応答を計算するためには、所定の時間ステップごとに計算を行う必要がある。このことが、計算時間の増大につながる。特に、高周波信号の場合、その時間ステップをかなり細かく設定することが必要となってくる。その場合、計算時間は膨大になってしまう。

一方、ＡＣ解析では、周波数毎の回路応答が解析され、解析結果を示すグラフの横軸は周波数となる。本発明によれば、１つの周波数ｆに対して、１つの電源電流ｉ（ｆ）及び１つの内部インピーダンスＺ（ｆ）が与えられる。つまり、１つの周波数ｆに対する計算回数は１回だけである。よって、過渡解析よりもＡＣ解析の方が格段に速くなる。本発明によれば、ＬＳＩ電源系モデルが周波数の関数により提供されるため、このＡＣ解析が可能となる。その結果、解析時間が著しく短縮される。ただし、そのＡＣ解析は、ＬＳＩ電源系モデル１に対応している。

また、過渡解析の場合、応答が安定するまでに時間がかかる。一方、ＡＣ解析によれば、定常状態での回路応答が解析される。このことも、解析時間の短縮に寄与する。一方、本発明によれば、電流関数ｉ（ｆ）及びインピーダンス関数Ｚ（ｆ）が用いられるので、計算が単純になる。特に、電流テーブル１１やインピーダンステーブル１２（抵抗テーブル１３，インダクタンステーブル１４）が用いられる場合、計算は簡略化され、解析時間はより短縮される。更に、過渡解析の問題として特有の“収束性”が存在する。最悪の場合、収束せず、解析が不可能となる。ＡＣ解析の場合、過渡解析特有の“収束”に関する問題は発生しない。

以上に説明されたように、本発明に係るＬＳＩ電源系モデル１によれば、モデル精度が向上する。従って、ＥＭＩシミュレーションの精度も向上する。また、本発明に係るＬＳＩ電源系モデル１を利用することによって、ＥＭＩシミュレーションに要する時間が短縮される。

３．ＬＳＩ電源系モデルの作成方法
次に、本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデル１の作成方法を説明する。

３−１．電流関数ｉ（ｆ）
実際のＬＳＩを用いて、時間領域の電源電流ｉ（ｔ）が測定された後、その電源電流ｉ（ｔ）をフーリエ変換することにより電流関数ｉ（ｆ）が算出されてもよい。あるいは、ＳＰＩＣＥ回路シミュレータを用いることによって、電流関数ｉ（ｆ）が算出されてもよい。ＳＰＩＣＥ回路シミュレータは、図７に示されたようなＥＭＩシミュレータ３１に含まれる。図１０は、ＳＰＩＣＥ回路シミュレータを用いた電流関数ｉ（ｆ）の算出方法を説明するための図である。図１１は、その算出方法を要約的に示すフローチャートである。

図１０において、ＬＳＩモデル４１の電源端子には所定のＤＣ電源４２が接続されている。これにより、所定のＤＣ電圧が電源端子に供給される（ステップＳ１１）。また、ＬＳＩモデル４１の出力端子ＯＵＴには負荷４３が接続されている。また、ＬＳＩモデル４１の入力端子ＩＮには、実動作信号ＲＳが順番に入力される（ステップＳ１２）。この実動作信号ＲＳに応答して流れる電源電流ｉ（ｔ）が、過渡解析により計算される（ステップＳ１３）。算出される電源電流ｉ（ｔ）は、時間領域の電源電流である。算出された電源電流ｉ（ｔ）の波形を表す波形データをフーリエ変換することによって、図２Ａで示されたような周波数領域の電流関数ｉ（ｆ）が生成される（ステップＳ１４）。

また、実測あるいはシミュレーションにより得られた電流関数ｉ（ｆ）をテーブル化すれば、図２Ｂで示されたような複素数電流テーブル１１が得られる。

３−２．インピーダンス関数Ｚ（ｆ）
インピーダンス測定装置を用いることによって、内部インピーダンスが実際に測定されてもよい。あるいは、ＳＰＩＣＥ回路シミュレータを用いることによって、インピーダンス関数Ｚ（ｆ）が算出されてもよい。ＳＰＩＣＥ回路シミュレータは、図７に示されたようなＥＭＩシミュレータ３１に含まれる。図１２は、ＳＰＩＣＥ回路シミュレータを用いたインピーダンス関数Ｚ（ｆ）の算出方法を説明するための図である。図１３は、その算出方法を要約的に示すフローチャートである。

図１２において、ＬＳＩモデル４１の入力端子ＩＮには、所定のバイアスＤＣ源４４が接続されている。これにより、所定のバイアス電圧が入力端子ＩＮに供給される（ステップＳ２１）。このバイアス電圧は、ＬＳＩ中のトランジスタを動作させるために入力される。また、ＬＳＩモデル４１の出力端子ＯＵＴには負荷４３が接続されている。また、ＬＳＩモデル４１の電源端子には所定のＤＣ電源４２及び発振源４５が接続されている。これにより、様々な周波数の信号（正弦波信号）を電源端子に供給することが可能となる（ステップＳ２２）。そして、それら入力信号に応答して発生する電圧Ｖｚ（ｆ）及び電流ｉｚ（ｆ）が、ＡＣ解析により計算される（ステップＳ２３）。そして、計算された電圧Ｖｚ（ｆ）及び電流ｉ（ｆ）を次式：Ｚ（ｆ）＝Ｖｚ（ｆ）／ｉｚ（ｆ）に入力することによって、図３Ａで示されたような周波数領域のインピーダンス関数Ｚ（ｆ）が算出される（ステップＳ２４）。

実測あるいはシミュレーションによりインピーダンス関数Ｚ（ｆ）が得られると、次式に従って抵抗関数Ｒ（ｆ）及びインダクタンス関数Ｌ（ｆ）を導出することが可能である：
Ｒ（ｆ）＝Ｒｅ｛Ｚ（ｆ）｝
Ｌ（ｆ）＝Ｉｍ｛Ｚ（ｆ）｝／２πｆ
ここで、Ｒｅ｛Ｚ（ｆ）｝は複素数インピーダンスＺ（ｆ）の実部であり、Ｉｍ｛Ｚ（ｆ）｝は複素数インピーダンスＺ（ｆ）の虚部である。

また、インピーダンス関数Ｚ（ｆ）、抵抗関数Ｒ（ｆ）及びインダクタンス関数Ｌ（ｆ）をそれぞれテーブル化すれば、複素数インピーダンステーブル１２（図３Ｂ参照）、抵抗テーブル１３（図５Ｂ参照）及びインダクタンステーブル１４が得られる。

インピーダンス関数Ｚ（ｆ）は、抵抗関数Ｒ（ｆ）及び容量関数Ｃ（ｆ）で等価的に置き換えることも可能である。この場合、上記説明において、すべてのインダクタンスを容量に、すべてのＬ（ｆ）をＣ（ｆ）に読み替えればよい。ただし、容量Ｃ（ｆ）は、次式：Ｃ（ｆ）＝−１／（２πｆ・Ｉｍ｛Ｚ（ｆ）｝）により導出される。

４．まとめ
本発明に係るＬＳＩ電源系モデル１によれば、モデル精度が向上する。従って、ＥＭＩシミュレーションの精度も向上する。また、本発明によれば、ＬＳＩ電源系モデル１が周波数ｆの関数により提供されるため、ＥＭＩシミュレーションの中間処理においてＡＣ解析を用いることが可能となる。その結果、ＥＭＩシミュレーションに要する時間が短縮される。

図１は、本発明の実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデルを示す概念図である。 図２Ａは、本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデルの電流関数ｉ（ｆ）を示すグラフである。 図２Ｂは、本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデルの電流テーブルを示す図である。 図３Ａは、本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデルのインピーダンス関数Ｚ（ｆ）を示すグラフである。 図３Ｂは、本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデルのインピーダンステーブルを示す図である。 図４は、本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデルを等価的に示す概念図である。 図５Ａは、本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデルの抵抗関数Ｒ（ｆ）を示すグラフである。 図５Ｂは、本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデルの抵抗テーブルを示す図である。 図６は、本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデルが格納された記録媒体を示すブロック図である。 図７は、本実施の形態に係るＥＭＩシミュレーションシステムの構成を示すブロック図である。 図８は、本実施の形態に係るＥＭＩシミュレーションの結果を示すグラフである。 図９は、ＥＭＩシミュレーションに関する従来技術と本発明との比較を表す図表である。 図１０は、本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデルの電流関数ｉ（ｆ）の算出方法を説明するための概念図である。 図１１は、本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデルの電流関数ｉ（ｆ）の算出方法を示すフローチャートである。 図１２は、本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデルのインピーダンス関数Ｚ（ｆ）の算出方法を説明するための概念図である。 図１３は、本実施の形態に係るＬＳＩ電源系モデルのインピーダンス関数Ｚ（ｆ）の算出方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ＬＳＩ電源系モデル
１０ 記録媒体
１１ 複素数電流テーブル
１２ 複素数インピーダンステーブル
１３ 抵抗テーブル
１４ インダクタンステーブル
２０ ＥＭＩシミュレーションシステム
２１ 記憶装置
２２ 演算処理装置
２３ 入力装置
２４ 表示装置
３０ ＬＳＩ電源系モデルデータ
３１ ＥＭＩシミュレータ
３２ ボードモデルデータ
４１ ＬＳＩモデル
４２ ＤＣ電源
４３ 負荷
４４ バイアスＤＣ源
４５ 発振源

Claims (10)

1. ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）シミュレーションに用いられ、ＬＳＩの電源系を表すモデルデータが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
   前記モデルデータは、
   複数の周波数と前記電源系の複素数電流との対応関係を示す電流テーブルと、
   前記複数の周波数と前記電源系の複素数インピーダンスとの対応関係を示すインピーダンステーブルと
   を有する
   記録媒体。
2. 請求項１に記載の記録媒体であって、
   前記インピーダンステーブルは、
   前記複数の周波数に対する抵抗を示す抵抗テーブルと、
   前記複数の周波数に対するインダクタンスまたは容量を示すテーブルと
   を含む
   記録媒体。
3. （Ａ）ＬＳＩの電源系を表すモデルを提供するステップと、
   ここで、前記モデルは、前記電源系の複素数電流を周波数の関数として示す電流関数と、前記電源系の複素数インピーダンスを周波数の関数として示すインピーダンス関数とを含み、
   （Ｂ）前記モデルを用いるシミュレータにより、前記ＬＳＩに関するＥＭＩをシミュレートするステップと
   を有する
   ＥＭＩシミュレーション方法。
4. 請求項３に記載のＥＭＩシミュレーション方法であって、
   前記電流関数は、複数の周波数と前記複素数電流との対応関係を示す電流テーブルで与えられ、
   前記インピーダンス関数は、前記複数の周波数と前記複素数インピーダンスとの対応関係を示すインピーダンステーブルで与えられる
   ＥＭＩシミュレーション方法。
5. 請求項４に記載のＥＭＩシミュレーション方法であって、
   前記インピーダンステーブルは、
   前記複数の周波数に対する抵抗を示す抵抗テーブルと、
   前記複数の周波数に対するインダクタンスまたは容量を示すテーブルと
   を含む
   ＥＭＩシミュレーション方法。
6. 請求項３乃至５のいずれかに記載のＥＭＩシミュレーション方法であって、
   前記（Ａ）ステップは、
   （ａ１）前記ＬＳＩをシミュレートする回路シミュレータを用い、所定のバイアス電圧を前記ＬＳＩの入力端子に供給し、また、所定のＤＣ電圧及び周波数可変の正弦波信号を前記ＬＳＩの電源端子に供給するステップと、
   （ａ２）前記ステップ（ａ１）に応答して発生する電圧Ｖｚ（ｆ）及び電流ｉｚ（ｆ）を計算するステップと、
   （ａ３）次式：Ｚ（ｆ）＝Ｖｚ（ｆ）／ｉｚ（ｆ）により得られる関数Ｚ（ｆ）を、前記インピーダンス関数として算出するステップと
   を含む
   ＥＭＩシミュレーション方法。
7. 請求項３乃至６のいずれかに記載のＥＭＩシミュレーション方法であって、
   前記（Ａ）ステップは、
   （ａ４）前記ＬＳＩをシミュレートする回路シミュレータを用い、所定のＤＣ電圧を前記ＬＳＩの電源端子に供給し、また、実動作信号を前記ＬＳＩの入力端子に入力するステップと、
   （ａ５）前記実動作信号に応答して流れる電源電流ｉ（ｔ）を計算するステップと、
   （ａ６）前記電源電流ｉ（ｔ）の波形を表す波形データをフーリエ変換することによって、前記電流関数を生成するステップと
   を含む
   ＥＭＩシミュレーション方法。
8. ＬＳＩの電源系を表すモデルデータを記憶した記憶装置と、
   前記記憶装置から前記モデルデータを読み込み、前記モデルデータを用いてＥＭＩシミュレーションを実行する演算処理装置と
   を備え、
   前記モデルデータは、
   前記電源系の複素数電流を周波数の関数として示す電流関数と、
   前記電源系の複素数インピーダンスを周波数の関数として示すインピーダンス関数と
   を含む
   ＥＭＩシミュレーションシステム。
9. 請求項８に記載のＥＭＩシミュレーションシステムであって、
   前記電流関数は、複数の周波数と前記複素数電流との対応関係を示す電流テーブルであり、
   前記インピーダンス関数は、前記複数の周波数と前記複素数インピーダンスとの対応関係を示すインピーダンステーブルである
   ＥＭＩシミュレーションシステム。
10. 請求項９に記載のＥＭＩシミュレーションシステムであって、
    前記インピーダンステーブルは、
    前記複数の周波数に対する抵抗を示す抵抗テーブルと、
    前記複数の周波数に対するインダクタンスまたは容量を示すテーブルと
    を含む
    ＥＭＩシミュレーションシステム。

Images