JP2010160000A - インピーダンス測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路配線板のインピーダンス測定値に、測定系の規制インピーダンスが含まれたり、校正や補正が困難な外部グラウンドを使用したりしていると、特に高周波帯域では、精度の良い測定が出来ない。
【解決手段】複数の電源の間における結合や干渉が抑制されるように設計された回路配線板では、相互インピーダンスがグラウンドインピーダンスと比較して無視できるほど小さい異電源対が存在する。最小の相互インピーダンスと、グラウンドインピーダンスとの和を測定し、これをグラウンドインピーダンスの良い近似値とみなすことで、全ての電源のインピーダンスが求められる。さらに、そこから得られるモデルや、等価回路の精度を向上することが出来る。
【選択図】図３

Description

本発明は、インピーダンス測定方法と、この方法を用いるインピーダンス測定装置とに係り、特に、回路配線板におけるインピーダンス測定方法と、この方法を用いるインピーダンス測定装置とに係る。

デジタル回路における動作速度の向上に伴い、出力スイッチング時間が短縮される結果、回路内における過渡電流が増加する。さらに、回路内における複数のトランジスタでスイッチングのタイミングが合った際には、無視し得ないＳＳＮ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｎｏｉｓｅ：同時スイッチングノイズ）が発生し、回路の動作に悪影響を及ぼす。

このようなＳＳＯ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｏｕｔｐｕｔ：同時スイッチング出力）によるノイズを防ぐためには、デジタル回路の設計段階が重要である。ここで、デジタル回路の精度の良い等価回路を求めることが有効となり、そのためにはデジタル回路の各構成要素におけるインピーダンスを良い精度で測定する必要がある。

図１は、従来の技術による、回路配線板のインピーダンス測定方法を説明するための概念図である。このインピーダンス測定方法では、ネットワークアナライザのＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：高周波）プローブを使う。まず、プリント配線板や、半導体パッケージ基板などの回路配線板を、これを支持する支持ボードに設置する。次に、良く校正されたＲＦプローブの信号端子を、回路配線板の電源端子に接触させる。同様に、ＲＦプローブのグラウンド端子を、回路配線板のグラウンド端子に接触させる。

この状態のＲＦプローブを介して、ネットワークアナライザで回路配線板のＳパラメータを測定する。その後、得られたＳパラメータを、公式を用いてＹパラメータやＺパラメータに変換する。

なお、ここで用いられる公式は、次のとおりである。
Ｙ＝（Ｉ＋Ｓ）^−１（Ｉ−Ｓ） …（１）
Ｚ＝（Ｉ−Ｓ）^−１（Ｉ＋Ｓ） …（２）
ただし、Ｙ、Ｉ、ＳおよびＺは、Ｙマトリックス、単位マトリックス、ＳマトリックスおよびＺマトリックスをそれぞれ表す。

こうして得られたＹパラメータおよびＺパラメータを、さらに別の公式を用いて変換し、回路配線板の等価回路における各構成要素のパラメータを求める。

なお、ここで用いられる公式は、例えば次のとおりである。
Ｒ_ｉｉ＝Ｒｅ（Ｚ_ｉｉ）｜_ω→０ …（３）
Ｌ_ｉｉ＝∂（Ｉｍ（Ｚ_ｉｉ））／∂ω｜_ω→０ …（４ａ）
Ｌ_ｉ≒ｊ＝∂（Ｉｍ（Ｚ_ｉｊ））／∂ω｜_ω→０ …（４ｂ）
Ｋ_ｉ≒ｊ＝Ｌ_ｉｊ／√（Ｌ_ｉＬ_ｊ） …（４ｃ）
Ｃ_ｉｉ＝∂（Σ_ｊ（Ｉｍ（Ｙ_ｉｊ）））／∂ω｜_ω→０ …（５ａ）
Ｃ_ｉ≒ｊ＝−∂（Ｉｍ（Ｙ_ｉｊ））／∂ω｜_ω→０ …（５ｂ）
ここで、Ｋ_ｉ≒ｊは、グラウンドインピーダンスにおける近似値の精度を示す結合係数を表す。

このインピーダンス測定方法では、高周波帯域まで精度の良いインピーダンス測定が可能であるが、電源インピーダンスにグラウンドインピーダンスが含まれてしまっている。

図２は、従来の別の技術による、回路配線板のインピーダンス測定方法を説明するための概念図である。これは、インピーダンスアナライザを用いて、電源のインピーダンスと、グラウンドのインピーダンスとを、分離して測定する方法である。まず、プリント配線板や、半導体パッケージ基板などの回路配線板を、これを支持するための支持ボードに設置する。次に、インピーダンスアナライザのカソード端子を支持ボードのグラウンド面に取り付ける。同様に、インピーダンスアナライザのアノード端子を、回路配線板の電源端子またはグラウンド端子に接触させる。

これらの状態で、アノード端子とカソード端子との間におけるそれぞれのインピーダンスを測定する。このとき、回路配線板上のグラウンドの他に、支持ボード上のグラウンドが必要となる。この方法では、回路配線板における電源のインピーダンスと、グラウンドのインピーダンスとを、別々に測定することが可能である。

しかし、アノード端子から、インピーダンスアナライザを介して、カソード端子までの距離が長いため、その間に存在する寄生インピーダンスが、測定値に含まれてしまう。その結果、高周波帯域まで良い精度でインピーダンスを測定することが出来ない。

上記に関連して、特許文献１（ＵＳ６７３７８７５Ｂ２）には、電気回路における２つのノード間のインピーダンス測定方法に係る記載が開示されている。特許文献１のインピーダンス測定方法では、３つのプローブを用いる。第１のプローブを、第１のノードに接続して、第１の電流を供給する。同様に、第２のプローブを、第２のノードに接続して、第２の電流を供給する。第１のノードとの間の電流と、第２のノードとの間の電流とが同じになるノードに第３のプローブを接続する。

ＵＳ６７３７８７５Ｂ２

上記の従来技術では、測定値に、測定系の寄生インピーダンスが含まれたり、校正や補正が困難な外部グラウンドを使用したりしている。いずれの場合も、回路配線板における電源のインピーダンスおよびグラウンドのインピーダンスを、分離測定していないので、特に高周波帯域では、精度の良い測定が出来ない。

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付加されたものである。ただし、それらの番号を、（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。

本発明によるインピーダンス測定方法は、（ａ）複数の電源ポートと、複数の電源ポートに共通するグラウンドとを具備する回路における所定のパラメータを求めるステップ（Ｓ１０１、Ｓ２０１）と、（ｂ）所定のパラメータに基づいて、回路における複数の相互インピーダンスを求めるステップ（Ｓ１０２、Ｓ２０２）と、（ｃ）複数の相互インピーダンスに基づいて、グラウンドのインピーダンスの近似値を、所定の精度で求めるステップ（Ｓ１０３、Ｓ２０３）と、（ｄ）複数の相互インピーダンスと、グラウンドのインピーダンスの近似値とに基づいて、複数の電源ポートのインピーダンスを計算するステップ（Ｓ１０４、Ｓ２０４）と、（ｅ）グラウンドのインピーダンスと、複数の電源ポートのインピーダンスとに基づいて、回路の等価回路を生成するステップ（Ｓ１０５、Ｓ２０５）とを具備する。

本発明によるインピーダンス測定装置は、パラメータ取得部（８２、９２）と、マトリクス変換部（８３、９３）と、最小インピーダンス探索部（８４、９４）と、インピーダンス計算部（８５、９５）と、等価回路出力部（８６、９６）とを具備する。ここで、パラメータ取得部（８２、９２）は、複数の電源ポートと、複数の電源ポートに共通するグラウンドとを具備する回路における所定のパラメータを取得するものである。マトリクス変換部（８３、９３）は、所定のパラメータに基づいて、回路における複数の相互インピーダンスを求めるものである。最小インピーダンス探索部（８４、９４）は、複数の相互インピーダンスに基づいて、グラウンドのインピーダンスの近似値を、所定の精度で求めるものである。インピーダンス計算部（８５、９５）は、複数の相互インピーダンスと、グラウンドのインピーダンスの近似値とに基づいて、複数の電源ポートのインピーダンスを計算するものである。等価回路出力部（８６、９６）は、グラウンドのインピーダンスと、複数の電源ポートのインピーダンスとに基づいて、回路の等価回路を生成するものである。

本発明によるインピーダンス測定方法およびインピーダンス測定装置によれば、測定または電磁界解析から得られた電流リターンパス（グラウンド）を含むインピーダンスから、電流リターンパス（グラウンド）のインピーダンスを分離抽出することが可能となる。さらに、そこから得られるモデルや、等価回路の精度を向上することが出来る。

図１は、従来の技術による、回路配線板のインピーダンス測定方法を説明するための概念図である。 図２は、従来の別の技術による、回路配線板のインピーダンス測定方法を説明するための概念図である。 図３は、本発明の第１の実施形態によるインピーダンス測定方法について説明するためのフローチャートである。 図４は、回路配線板の等価回路の一例を説明するための回路図である。 図５は、４つの電源と、これら４つの電源が共有するグラウンドとを具備する回路配線板における、電源インピーダンスの測定例について説明するためのグラフである。 図６は、複数の電源と、これら複数の電源が共有する電流リターンパス（グラウンド）とを含む回路配線板の一例における回路図である。 図７は、本発明による計算装置の構成例について概略的に説明するためのブロック図である。 図８は、本発明の第１の実施形態によるインピーダンス測定装置の構成例を、機能ブロックの集合として説明するためのブロック図である。 図９は、本発明の第２の実施形態によるインピーダンス測定方法について説明するためのフローチャートである。 図１０は、本発明の第２の実施形態によるインピーダンス測定装置の構成例を、機能ブロックの集合として説明するためのブロック図である。

添付図面を参照して、本発明によるインピーダンス測定方法およびインピーダンス測定装置を実施するための最良の形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態によるインピーダンス測定方法について説明するためのフローチャートである。このフローチャートは、ステップＳ１０１と、ステップＳ１０２と、ステップＳ１０３と、ステップＳ１０４と、ステップＳ１０５とを具備する。

ステップＳ１０１と、ステップＳ１０２と、ステップＳ１０３と、ステップＳ１０４と、ステップＳ１０５とは、この順番に実行される。

まず、ステップＳ１０１において、回路配線板における全ての自己インピーダンスおよび全ての相互インピーダンスを、ネットワークアナライザなどを用いて測定する。このステップＳ１０１については特に限定や制限が無く、従来技術による方法を用いても構わないので、詳細な説明を省略する。

次に、ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で得られたＳパラメータにマトリクス変換を施して、Ｚパラメータを得る。このマトリクス変換は、より具体的には、例えば、前述した（２）式を用いて行っても良い。
Ｚ＝（Ｉ−Ｓ）^−１（Ｉ＋Ｓ） …（２）
ここで、Ｚ、Ｉ、およびＳは、Ｚマトリックス、単位マトリックスおよびＳマトリックスをそれぞれ表す。

次に、ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２で得られたＺパラメータに基づいて、目的の周波数帯域内で最小となる相互インピーダンス成分を探索する。

図４は、回路配線板の等価回路の一例を説明するための回路図である。この等価回路は、２つの電源系と、１つのグラウンドとを含み、合計６つの入出力端子６１〜６４をも具備する。

ここで、第１の電源系は、第１の入出力端子６１と、抵抗Ｒ_１１と、インダクタンスＬ_１１と、第４の入出力端子６４とを具備する。第１の電源系において、第１の入出力端子６１と、抵抗Ｒ_１１と、インダクタンスＬ_１１と、第４の入出力端子６４とは、この順番に直列に接続されている。

同様に、第２の電源系は、第２の入出力端子６２と、抵抗Ｒ_２２と、インダクタンスＬ_２２と、第５の入出力端子６５とを具備する。第２の電源系において、第２の入出力端子６２と、抵抗Ｒ_２２と、インダクタンスＬ_２２と、第５の入出力端子６５とは、この順番に直列に接続されている。

また、グラウンドは、第３の入出力端子６３と、抵抗Ｒ_ＧＮＤと、インダクタンスＬ_ＧＮＤと、第６の入出力端子６６とを具備する。グラウンドにおいて、第３の入出力端子６３と、抵抗Ｒ_ＧＮＤと、インダクタンスＬ_ＧＮＤと、第６の入出力端子６６とは、この順番に直列に接続されている。

さらに、第１の電源系と、第２の電源系とは、容量Ｃ_１２によって接続されている。また、第１の電源系と、グラウンドとは、容量Ｃ_１３によって接続されている。また、第２の電源系と、グラウンドとは、容量Ｃ_２３によって接続されている。なお、第１の電源系と、第２の電源系との間には、インダクタンスＬ_１２によってさらに接続されていても良い。

一般化して、２つ以上の電源系と、これらの電源系が共有するグラウンドとを具備する等価回路も、同様の構造を持つと捉えることが可能である。

図５は、４つの電源と、これら４つの電源が共有するグラウンドとを具備する回路配線板における、電源インピーダンスの測定例について説明するためのグラフである。４つの電源の組み合わせであるので、このグラフには６本のカーブが描かれている。

図５のグラフから分かるように、インピーダンスカーブには、インピーダンスの値が「最小」である下限が存在する。

ここで、「最小」の概念は、以下のように定義することが可能である。例えばか、全ての相互インピーダンス成分について、目的の周波数帯域における平均値をそれぞれ求めて、この平均値が最小である相互インピーダンス成分に決定しても良い。

目的の周波数帯域内で最小となる相互インピーダンス成分を探索するための、別の方法について説明する。図５は、全ての相互インピーダンス成分を目的の周波数帯域内で比較した場合のグラフの例である。ここで、全ての相互インピーダンス成分について、それぞれのグラフと、周波数帯域の下限に対応する縦軸と、同じく上限に対応する縦軸と、全てのグラフを下回る横軸とに囲まれた面積を求める。この面積が最小となる相互インピーダンス成分を最小のものと定義しても、上述した平均値を用いる場合と同じ結果が得られる。

次に、ステップＳ１０４において、ステップＳ１０２で得られたＺパラメータと、ステップＳ１０３で得られた最小相互インピーダンス成分とに基づいて、グラウンドのインピーダンスと、電源のインピーダンスとをそれぞれ計算する。

ステップＳ１０４における動作を説明するために、まずは本発明によるインピーダンス測定方法の原理を詳細に説明する。

図６は、複数の電源と、これら複数の電源が共有する電流リターンパス（グラウンド）とを含む回路配線板の一例における回路図である。複数の電源のそれぞれには、１〜ｎの番号が付けられている。電源のインピーダンスをＺ^ＶＤＤ _ｉｊと表す。ここで、ｉおよびｊはそれぞれ１〜ｎの範囲に含まれる整数である。グラウンドのインピーダンスをＺ^ＧＮＤと表す。

ループインピーダンスＺ^ｌｏｏｐ _ｉｊを測定するために、ネットワークアナライザのＲＦプローブを両方とも、電源またはグラウンドの、図６における左側の端子から接触する。このとき、ＲＦプローブが接触する端子に応じて、自己インピーダンスＺ^ＶＤＤ _ｉｉまたは相互インピーダンスＺ^ＶＤＤ _ｉｊが測定される。

自己インピーダンスＺ^ＶＤＤ _ｉｉは、ｉ番目の電源における左側の端子から入って、グラウンドにおける左側の端子に戻って来る経路のインピーダンスである。相互インピーダンスＺ^ＶＤＤ _ｉｊは、ｉ番目の電源における左側の端子から入って、グラウンドを経由して、ｊ番目の電源における左側の端子に戻って来る経路のインピーダンスである。

したがって、ループインピーダンスＺ^ｌｏｏｐ _ｉｊと、自己インピーダンスＺ^ＶＤＤ _ｉｉと、相互インピーダンスＺ^ＶＤＤ _ｉｊと、グラウンドインピーダンスＺ^ＧＮＤとの間には、次の関係が成立する。

ここで、（６）式を解くことは、ｎ＋１個の変数を有するｎ個の連立方程式を解くことに等しい。したがって、一般的には、（６）式をこのまま一意に解くことは出来ない。言い換えれば、１つだけでも変数を減らすことが出来れば、（６）式は一意に解くことが出来る。

ここで、本発明では、実在するプリント基板や半導体パッケージのほとんどにおいて、直接的な電気的結合を無視し得る異電源対が存在することに注目する。すなわち、回路配線板に複数の電源が存在する場合は、電源間の結合と干渉を極力小さくして、電源ノイズの伝播を抑制するようにデザインするのが普通である。言い換えれば、良くデザインされた回路配線板であれば、次のような式の条件を満たす電源対が存在する。
Ｚ^ＧＮＤ _ＩＪ〜０ …（７）
ここで、ＩおよびＪは、電源対におけるそれぞれの電源の番号を表す。

つまり、直接的な電気結合を無視し得る異電源対Ｉ，Ｊにおいて、
Ｚ^ｌｏｏｐ _ＩＪ＝Ｚ^ＶＤＤ _ＩＪ＋Ｚ^ＧＮＤ〜Ｚ^ＧＮＤ …（８）
が得られる。つまり、測定されたループインピーダンスから、グラウンドのインピーダンスが求められたので、ｎ＋１個だった変数がｎ個に減り、（６）式から、グラウンドを含まない電源のインピーダンスを全て求めることが出来る。

なお、異電源Ｉ，Ｊにおける相互インピーダンスＺ^ＶＤＤ _ＩＪが０であることは、あくまでも両電源Ｉ，Ｊの間に結合や干渉が無いことを意味し、両電源Ｉ，Ｊが短絡しているわけではない。

また、直接的な電気結合が無視し得ても、異電源Ｉ，Ｊにおける相互インピーダンスＺ^ＶＤＤ _ＩＪは、厳密に０であると限らない。したがって、正確には、グラウンドのインピーダンスにおける近似値を所定の精度で求めた、と表現すべきかも知れない。この所定の精度は、回路配線板の設計に応じて定まるものである。

次に、ステップＳ１０５において、ステップＳ１０４で得られたグラウンドのインピーダンスと、電源のインピーダンスとに基づいて、回路配線板の等価回路を出力する。

各電源のインピーダンスが求められたら、上記にも説明した公式を用いて、等価回路におけるＲ成分、Ｌ成分、Ｃ成分などが算出できる。
Ｒ_ｉｉ＝Ｒｅ（Ｚ_ｉｉ）｜_ω→０ …（３）
Ｌ_ｉｉ＝∂（Ｉｍ（Ｚ_ｉｉ））／∂ω｜_ω→０ …（４ａ）
Ｌ_ｉ≒ｊ＝∂（Ｉｍ（Ｚ_ｉｊ））／∂ω｜_ω→０ …（４ｂ）
Ｋ_ｉ≒ｊ＝Ｌ_ｉｊ／√（Ｌ_ｉＬ_ｊ） …（４ｃ）
Ｃ_ｉｉ＝∂（Σ_ｊ（Ｉｍ（Ｙ_ｉｊ）））／∂ω｜_ω→０ …（５ａ）
Ｃ_ｉ≒ｊ＝−∂（Ｉｍ（Ｙ_ｉｊ））／∂ω｜_ω→０ …（５ｂ）
ここで、Ｋ_ｉ≒ｊは、グラウンドインピーダンスにおける近似値の精度を示す結合係数を表す。

なお、ここで出力される等価回路に係るデータのフォーマットには特に制限や限定は無く、既存のものであっても構わない。ここでは、上述した図４の等価回路を例に挙げて説明する。

図４の等価回路は、もっとも単純なものである。通常は、図３の等価回路に、いわゆる表皮効果や、誘電損失などの効果を表す別の等価回路をさらに追加して用いるが、ここでは省略する。

また、図３の例のように、片側の入出力端子を短絡または解放せずに、回路配線板の両側の入出力端子から測定すること場合でも、本発明によるインピーダンス測定方法および装置は有効である。ただし、この場合は、（６）式のマトリクスの次元が２倍になることに注意すべきである。また、（３）〜（５）式を用いる前に、以下の（９）式による変換を行う必要がある。
Ｙ’_ｉｊ＝Ｙ_ｉｊ＋Ｙ_ｉｊ’＋Ｙ_ｉ’ｊ’＋Ｙ_ｉ’ｊ …（９ａ）
Ｚ’_ｉｊ＝Ｚ_ｉｊ−Ｚ_ｉｊ’＋Ｙ_ｉ’ｊ’−Ｚ_ｉ’ｊ …（９ｂ）
ここで、ｉおよびｊはそれぞれ、１〜Ｎ／２の範囲に含まれる整数である。また、入出力端子ｉ’は、入出力端子ｉの反対側に位置する。さらに、Ｎは、ＹマトリクスまたはＺマトリクスの次元であって、変換後の次元はその半分になる。

特殊な例として、グラウンドの構成が電気的に複数に分離されていて、それぞれのグラウンドのインピーダンスモデルや、等価回路を求める場合について説明する。この場合、分離された複数のグラウンドが同じ電源を共有していれば、これまでの説明と全く同じ方法で、それぞれのグラウンドのインピーダンスや等価回路を求めることが可能である。すなわち、これまでの説明における電源とグラウンドとの役割を逆転すればよい。

ここで、本実施形態によるインピーダンス測定方法を実施するための装置、すなわち本実施形態によるインピーダンス測定装置について説明する。

ステップＳ１０１は、ネットワークアナライザなどを用いて実行することが好ましい。ステップＳ１０２〜Ｓ１０５は、コンピュータなどの計算装置を用いることが好ましい。したがって、本発明によるインピーダンス測定装置は、ネットワークアナライザと、コンピュータなどの計算装置とを具備することが好ましい。しかし、同じ機能を実現できるなら、本発明によるインピーダンス測定装置の構成を上記のとおりに限定する必要は一切無く、他の構成を用いても全く構わない。

図７は、本発明による計算装置の構成例について概略的に説明するためのブロック図である。この計算装置は、バス４０と、入力部４１と、演算部４２と、記憶部４３と、出力部４４とを具備している。

バス４０は、入力部４１と、演算部４２と、記憶部４３と、出力部４４とに接続されている。

バス４０は、入力部４１と、演算部４２と、記憶部４３と、出力部４４との間で、データを転送するためのものである。入力部４１は、特にステップＳ１０２において、外部、特にネットワークアナライザから、データを入力するためのものである。演算部４２は、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５における各種演算を行うためのものである。記憶部４３は、入力部４１が入力したデータや、演算部４２が演算した結果を記憶するためのものである。出力部４４は、特にステップＳ１０５などにおいて、外部にデータを出力するためのものである。

図８は、本実施形態によるインピーダンス測定装置の構成例を、機能ブロックの集合として説明するためのブロック図である。本実施形態によるインピーダンス測定装置は、バス８１と、測定部８２と、マトリクス変換部８３と、最小インピーダンス探索部８４と、インピーダンス計算部８５と、等価回路出力部８６とを具備する。

測定部８２と、マトリクス変換部８３と、最小インピーダンス探索部８４と、インピーダンス計算部８５と、等価回路出力部８６とは、バス８１に接続されている。

測定部８２は、ステップＳ１０１を行うものであって、例えば、ネットワークアナライザを具備しても良い。マトリクス変換部８３は、ステップＳ１０２を行う。最小インピーダンス探索部８４は、ステップＳ１０３を行う。インピーダンス計算部８５は、ステップＳ１０４を行う。等価回路出力部８６は、ステップＳ１０５を行う。

バス８１は、バス４０に対応する。測定部８２と、マトリクス変換部８３と、最小インピーダンス探索部８４と、インピーダンス計算部８５と、等価回路出力部８６とのそれぞれは、入力部４１と、演算部４２と、記憶部４３と、出力部４４との組み合わせとして構成されても良い。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態によるインピーダンス測定方法について説明する。第１の実施形態では、回路配線板のインピーダンスをネットワークアナライザなどで実際に測定した。本実施形態では、その代わりに、電磁界シミュレータなどを用いたシミュレーションによって回路配線板のインピーダンスを求める。その他については第１の実施形態と同じである。

図９は、本発明の第２の実施形態によるインピーダンス測定方法について説明するためのフローチャートである。このフローチャートは、ステップＳ２０１と、ステップＳ２０２と、ステップＳ２０３と、ステップＳ２０４と、ステップＳ２０５とを具備する。

ステップＳ２０１と、ステップＳ２０２と、ステップＳ２０３と、ステップＳ２０４と、ステップＳ２０５とは、この順番に実行される。

まず、ステップＳ２０１において、回路配線板における全ての自己インピーダンスおよび全ての相互インピーダンスを、電磁界シミュレータなどによるシミュレーションによって求める。このステップＳ２０１については特に限定や制限が無く、従来技術による方法を用いても構わないので、詳細な説明を省略する。

次に、ステップＳ２０２〜Ｓ２０５は、第１の実施形態におけるステップＳ１０２〜Ｓ１０５と実質的に同等であるので、詳細な説明を省略する。

ここで、本実施形態によるインピーダンス測定方法を実施するための装置、すなわち本実施形態によるインピーダンス測定装置について説明する。

ステップＳ２０１は、電磁界シミュレータなどを用いて実行することが好ましい。ステップＳ２０２〜Ｓ２０５は、第１の実施形態におけるステップＳ１０２〜Ｓ１０５と実質的に同等であるので、同様にコンピュータなどの計算装置を用いることが好ましい。

本実施形態によるインピーダンス測定装置の構成例は、第１の実施形態で説明した図４のものと同じである。入力部４１は、特にステップＳ２０２において、外部、特に電磁波シミュレータから、データを入力するためのものである。その他の構成要素については第１の実施形態と同じであるので、詳細な説明を省略する。

図１０は、本実施形態によるインピーダンス測定装置の構成例を、機能ブロックの集合として説明するためのブロック図である。本実施形態によるインピーダンス測定装置は、バス９１と、測定部９２と、マトリクス変換部９３と、最小インピーダンス探索部９４と、インピーダンス計算部９５と、等価回路出力部９６とを具備する。

測定部９２は、ステップＳ２０１を行うものであって、例えば、電磁界シミュレータを具備しても良い。その他、バス９１と、マトリクス変換部９３と、最小インピーダンス探索部９４と、インピーダンス計算部９５と、等価回路出力部９６とは、バス８１と、マトリクス変換部８３と、最小インピーダンス探索部８４と、インピーダンス計算部８５と、等価回路出力部８６とにそれぞれ対応するので、詳細な説明を省略する。

以上に説明したように、本発明によれば、測定または電磁界解析から得られた電流リターンパス（グラウンド）を含むインピーダンスから、電流リターンパス（グラウンド）のインピーダンスを分離抽出することが可能となる。さらに、そこから得られるモデルや、等価回路の精度を向上することが出来る。したがって、モデルや等価回路を利用して設計される回路配線板、例えば半導体デバイスやシステムボードなどにおいて、その設計精度が向上し、したがってその品質も向上する。

１１０ 回路配線板
１１１ ボールグリッド
１１２ ＧＮＤ
１１３ ＶＤＤ
１２０ 支持ボード
１３０ ネットワークアナライザ
１３１ ＺＬｏｏｐＶＤＤ測定用配線
２１０ 回路配線板
２１１ ボールグリッド
２１２ ＧＮＤ
２１３ ＶＤＤ
２２０ 支持ボード
２３０ インピーダンスアナライザ
２３１ ＺＧＮＤ測定用配線
２３２ ＺＶＤＤ測定用配線
４０ バス
４１ 入力部
４２ 演算部
４３ 記憶部
４４ 出力部
５１、５２、５３ 電源系
５９ グラウンド
６１〜６４ 入出力端子
８１ バス
８２ 測定部
８３ マトリクス変換部
８４ 最小インピーダンス探索部
８５ インピーダンス計算部
８６ 等価回路出力部
９１ バス
９２ シミュレーション部
９３ マトリクス変換部
９４ 最小インピーダンス探索部
９５ インピーダンス計算部
９６ 等価回路出力部

Claims (12)

1. （ａ）複数の電源ポートと、前記複数の電源ポートに共通するグラウンドとを具備する回路における所定のパラメータを求めるステップと、
   （ｂ）前記所定のパラメータに基づいて、前記回路における複数の相互インピーダンスを求めるステップと、
   （ｃ）前記複数の相互インピーダンスに基づいて、前記グラウンドのインピーダンスの近似値を、所定の精度で求めるステップと、
   （ｄ）前記複数の相互インピーダンスと、前記グラウンドのインピーダンスの近似値とに基づいて、前記複数の電源ポートのインピーダンスを計算するステップと、
   （ｅ）前記グラウンドのインピーダンスと、前記複数の電源ポートのインピーダンスとに基づいて、前記回路の等価回路を生成するステップと
   を具備する
   インピーダンス測定方法。
2. 請求項１に記載のインピーダンス測定方法において、
   （ｆ）前記回路を、前記複数における電源ポート間の結合または干渉を抑制するように設計することによって、前記所定の精度を決定するステップ
   をさらに具備する
   インピーダンス測定方法。
3. 請求項１または２に記載のインピーダンス測定方法において、
   前記ステップ（ａ）は、
   （ａ−１）前記任意のパラメータを、実測するステップ
   を具備する
   インピーダンス測定方法。
4. 請求項１または２に記載のインピーダンス測定方法において、
   前記ステップ（ａ）は、
   （ａ−２）前記任意のパラメータを、シミュレーションで計算するステップ
   を具備する
   インピーダンス測定方法。
5. 請求項３または４に記載のインピーダンス測定方法において、
   前記任意のパラメータは、Ｓパラメータを含む
   インピーダンス測定方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のインピーダンス測定方法において、
   前記ステップ（ｃ）は、
   （ｃ−１）前記グラウンドのインピーダンスの近似値として、前記複数の相互インピーダンスにおける最小値を探索するステップ
   を具備する
   インピーダンス測定方法。
7. 複数の電源ポートと、前記複数の電源ポートに共通するグラウンドとを具備する回路における所定のパラメータを取得するパラメータ取得部と、
   前記所定のパラメータに基づいて、前記回路における複数の相互インピーダンスを求めるマトリクス変換部と、
   前記複数の相互インピーダンスに基づいて、前記グラウンドのインピーダンスの近似値を、所定の精度で求める最小インピーダンス探索部と、
   前記複数の相互インピーダンスと、前記グラウンドのインピーダンスの近似値とに基づいて、前記複数の電源ポートのインピーダンスを計算するインピーダンス計算部と、
   前記グラウンドのインピーダンスと、前記複数の電源ポートのインピーダンスとに基づいて、前記回路の等価回路を生成する等価回路出力部と
   を具備する
   インピーダンス測定装置。
8. 請求項７に記載のインピーダンス測定装置において、
   前記所定の精度は、前記回路における前記複数の電源ポート間の結合または干渉を抑制するように設計することによって決定する
   インピーダンス測定装置。
9. 請求項７または８に記載のインピーダンス測定装置において、
   前記パラメータ取得部は、
   前記任意のパラメータを実測する測定部
   を具備する
   インピーダンス測定装置。
10. 請求項７または８に記載のインピーダンス測定装置において、
    前記パラメータ取得部は、
    前記任意のパラメータをシミュレーションで計算するシミュレーション部
    を具備する
    インピーダンス測定装置。
11. 請求項７〜１０のいずれかに記載のインピーダンス測定装置において、
    前記任意のパラメータは、Ｓパラメータを含む
    インピーダンス測定装置。
12. 請求項７〜１１のいずれかに記載のインピーダンス測定装置において、
    前記最小インピーダンス探索部は、
    前記グラウンドのインピーダンスの近似値として、前記複数の相互インピーダンスにおける最小値を探索する
    インピーダンス測定装置。

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