JP2011008677A

JP2011008677A - 設計支援装置

Info

Publication number: JP2011008677A
Application number: JP2009153629A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Soejima; 裕一副島; Makoto Okumura; 誠奥村; Toyoji Chiba; 豊治千葉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】ＦＰＧＡのように出力バッファを選択可能な部品にて、回路図設計段階で
伝送線路シミュレーションをすることなく最適なバッファを選定する。
【解決手段】プリント基板上で、伝送線路を介してレシーバ部品と接続され、出力バッファの特性について複数の候補から選択するドライバ部品の出力バッファの選定を支援し、複数の候補の特性情報と、入力された検索条件とに基づいて、複数の候補の整合度を演算し、演算した整合度が予め定めた閾値以下のとき、該当する候補とその整合度を表示する設計支援装置により、達成できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、設計支援装置に係り、特にＦＰＧＡの出力バッファを選定する設計支援装置に関する。

プリント基板の信号高速化に伴ない、信号波形のリンギングおよび鈍りが発生しやくすなり、誤動作の一因となっている。従来、信号波形のリンギングまたは鈍りを取り除くには、適正なダンピング抵抗を付与する方法がある。
特許文献１は、本発明に関連するＩＢＩＳ（I/O Buffer Information Specification）を利用する設計支援装置を開示している。

特開２００８−２１７２３１号公報

従来、リンギングや鈍りは適正なダンピング抵抗を付与して対策していたが、ＦＰＧＡは、出力ピンの出力特性をプログラマブルに変更可能である。したがって、ＦＰＧＡは、出力ピンに適正な出力バッファを選定する事でダンピング抵抗を付与せずに信号のリンギングおよび鈍りを取り除く事ができる。

一方、出力バッファの選択肢が１００種類以上提供されているＦＰＧＡは、最適なバッファの選択には、実機での測定、伝送線路シミュレーションといった選定作業が必要である。これらの選定作業は、多大な時間を要する。

また、同一のＦＰＧＡ品名または同一の動作ロジックのＦＰＧＡでも、搭載するプリント基板により最適な出力バッファは異なる。このため、搭載するプリント基板毎に毎回最適な出力バッファの選定作業が発生する。
本発明は、容易に適正な出力バッファを選定できる設計支援装置を提供する。

一般に、プリント基板上の信号のリンギングおよび鈍りを取り除くには、プリント基板の線路インピーダンスと、ドライバの出力インピーダンスを整合させればよい。ドライバの出力特性は、伝送線路シミュレータ用のＩＢＩＳモデルで記述されている。ＩＢＩＳモデルを利用すれば、ドライバで採用可能な出力バッファの出力インピーダンスが算出できる。

プリント基板上の線路インピーダンスは、プリント配線板の層構成と配線幅の仕様から選択肢が事前に定まる。したがって、配線インピーダンスと整合の取れる出力バッファを演算により選定することによって、容易に選定できる。

また、部品の管理手法として、同一品名または同一ロジックのＦＰＧＡでも、選定した出力バッファにより異なる部品ＩＤ（図番）を付与する。同一品名または同一ロジックのＦＰＧＡについて、対応可能なプリント基板情報と対応付けて管理する。対応可能なプリント基板情報と対応付けることにより、該当部品を異なるプリント基板での流用時の確認作業を省略できる。

上述した課題は、プリント基板上で、伝送線路を介してレシーバ部品と接続され、出力バッファの特性について複数の候補から選択するドライバ部品の出力バッファの選定を支援し、複数の候補の特性情報と、入力された検索条件とに基づいて、複数の候補の整合度を演算し、演算した整合度が予め定めた閾値以下のとき、該当する候補とその整合度を表示する設計支援装置により、達成できる。

本発明の設計支援装置により、容易に適正な出力バッファを選定できる。

プリント基板と、ドライバ部品の出力バッファ選択肢と、ＩＢＩＳフィルの関係を説明する図である。出力バッファ選定支援装置の処理動作を説明するフローチャートである。出力バッファ選定支援装置のハードウェアブロック図である。出力バッファ選定支援装置の入力に関するＧＵＩ画面である。出力バッファ選定支援装置の出力に関するＧＵＩ画面である。ＩＢＩＳデータを説明する図である。ＰｕｌｌＤｏｗｎのＶ／Ｉ特性である。部品品名、図番、出力バッファ制約の関係を管理する表を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。

まず、図１を参照して、出力バッファ選定支援装置の処理動作を説明する。図１において、プリント基板１０１に搭載されたドライバ部品１０２は、伝送線路となる配線パターン１０４を介してレシーバ部品１０８と接続されている。ドライバ部品１０２の出力バッファ１０３は、複数の選択肢１０５があり、この中で適正な出力バッファ１０７を選定しなければならない。また、ドライバ部品１０２は、伝送線路シミュレーション用ＩＢＩＳファイル１０６がある。ここで、ＩＢＩＳファイル１０６は、部品メーカが供給するＰＣＢ製造前に伝送線路の波形を確認する伝送線路シミュレータ向けの部品の出力特性を記述したファイルである。出力バッファ選定支援装置３００は、ＩＢＩＳファイル１０６の情報を用いて、最適バッファ１０７を選択する。

図２を参照して、出力バッファ選定支援装置の処理を説明する。図２において、出力バッファ選定支援装置３００は、ＩＢＩＳ（部品バッファ特性情報）を受け付ける（Ｓ２００）。出力バッファ選定支援装置３００は、バッファ検索条件を受け付ける（Ｓ２０１）。出力バッファ選定支援装置３００は、評価対象バッファを絞り込む（Ｓ２０２）。出力バッファ選定支援装置３００は、バッファ整合度を演算する（Ｓ２０３）。出力バッファ選定支援装置３００は、整合度の順列を演算する（Ｓ２０４）。出力バッファ選定支援装置３００は、選定結果を表示する（Ｓ２０５）。

図３を参照して、出力バッファ選定支援装置のハードウェアを説明する。図３において、出力バッファ選定支援装置３００は、バス３０９を介して接続された中央演算処理装置３０１、メモリ３０２部、ハードディスク３０３の内部処理部、外部からデータを入出力するためのネットワークＩ／Ｆ３０４、メディアＩ／Ｆ３０５、更にユーザインターフェイスとして、入力装置のキーボード３０６、マウス３０７、出力装置のディスプレイ３０８から構成される。

図３から明らかなように、出力バッファ選定支援装置３００は、コンピュータシステムであり、メモリ３０２上のプログラムを中央演算処理装置３０１が実行することにより、その機能を実現する。なお、コンピュータシステムの構成は図３に示す構成に限定されるものではなく、代わりに周知の構成を使用しても良い。

図４と図５を参照して、ディスプレイの表示するＧＵＩ画面を説明する。図４および図５において、入出力画面４００は、バッファ検索条件４１０と、バッファ選定結果４２０とから構成される。バッファ検索条件４１０は、ピン番号４１１、電源電圧４１２、配線インピーダンス４１３からなる。バッファ選定結果４２０は、バッファ名１４２１、バッファ名２４２２からなる。また、入出力画面４００は、ｎレコードから成る。

図４において、入出力画面４００は、バッファ検索条件４１０として、レコード１に、ピン番号１、電源電圧＋３．３Ｖ、配線インピーダンス５０Ωが入力されている。また、レコード２に、ピン番号２、配線インピーダンス６０Ωが入力されている。なお、レコード２の電源電圧４１２は、入力されていない。

図５において、入出力画面４００は、バッファ検索条件４１０に対応して、バッファ選定結果４２０として、レコード１のバッファ名１４２１に「ｏｂｕｆｆ５０、ΔＺ：３Ω」、バッファ名２４２２に「ｏｂｕｆｆ４０、ΔＺ：９Ω」を表示している。また、レコード２のバッファ名１４２１に「無し」を表示している。ここで、ｏｂｕｆｆ５０およびｏｂｕｆｆ４０は、出力バッファの名称である。また、ΔＺは、配線インピーダンスとの差の絶対値である。さらに、「無し」は、配線インピーダンスとの差の絶対値が閾値以下の出力バッファが存在しないことを意味する。

図６を参照して、ＩＢＩＳデータを説明する。図６において、ＩＢＩＳデータ５００は、［Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ］セクション５０１、［ＭｏｄｅｌＳｅｌｅｃｔｏｒ］セクション５０６、［Ｍｏｄｅｌ］セクション５０７などから構成される。

ＩＢＩＳデータ５００は、特定のピンで使用する出力バッファは、［Ｐｉｎ］セクション５０３の「ｍｏｄｅｌ＿ｎａｍｅ」項目でモデル名として記載される。また複数の出力バッファが使用可能な場合は、「ｍｏｄｅｌ＿ｎａｍｅ」にはモデルセレクタ名が記載し、対応するセ［ＭｏｄｅｌＳｅｌｅｃｔｏｒ］セクション５０６に選択可能な出力バッファ名がモデル名として列挙される。この場合、ｏｂｕｆｆｅｒ４０とｏｂｕｆｆｅｒ５０が選択できる。

図７を参照して、出力インピーダンス値の算出を説明する。図７において、横軸は電圧、縦軸は電流である。出力インピーダンス値は、出力バッファのＶ／Ｉ特性データから導出できる。ＩＢＩＳデータを利用する際、「Ｆａｌｌ」時の出力インピーダンス値は、［Ｍｏｄｅｌ］セクション５０９の［ＰｕｌｌＤｏｗｎ］５１０のＶ／Ｉ特性値を使用する。なお、ＩＢＩＳデータには［ＰｕｌｌＤｏｗｎ］のＶ／Ｉ特性にｔｙｐ、ｍｉｎ、ｍａｘの３種類の情報が記述できるようになっているが、ここではｔｙｐ値を採用する。なお、ｍｉｎやｍａｘの値をも採用し、３通り全てのケースで導出してもよい。

図７の特性カーブ６００は、［ＰｕｌｌＤｏｗｎ］のＶ／Ｉデータ５１０をプロットしたものである。プルアップ特性またはプルダウン特性からリンギングを解析するベルゲロン解析の手法を使うと、初期状態は、電圧ＶｏｕｔがＨｉ状態、すなわちＩＢＩＳでは「Ｍｏｄｅｌ」セクションの［ＶｏｌｔａｇｅＲａｎｇｅ］５０９の制約条件からスタートする。図７では、（Ｖｏｕｔ、Ｉ）＝（３．３、０）のポイント６０１が初期状態となる。伝送線路が十分に長い場合、最初にでる電圧はポイント６０１からＲ＿Ｌｏａｄが５０Ωの直線６０２とＶ／Ｉデータ６００の交点６０３である。

最初に出る電圧は、出力インピーダンスの値と線路インピーダンスの値の分圧と考える事ができる。したがって、出力インピーダンスの値は、Ｖ／Ｉデータ６００がＩ＝０となる点或いは極めて０に近くなる点６０４と前述の交点６０３を結んだ線６０５の傾きとして求まる。
Ｒｉｓｅ時の出力インピーダンス値は、［ＰｕｌｌＵｐ］のＶ／Ｉデータを使用し同様に算出することができる。

出力バッファの出力インピーダンス整合度は、出力バッファのＲｉｓｅ時の出力インピーダンスと指定した配線インピーダンス４１３の差の絶対値、「ΔＺ」で評価し、この値が小さい程インピーダンス整合度が高い。また出力バッファの出力インピーダンスとして、Ｒｉｓｅ時とＦａｌｌ時の平均の値を採用し、この値と配線インピーダンスの差の絶対値を「ΔＺ」としてもよい。

図２にもどって、コンピュータシステムにて処理が始まると、ステップ２００で、出力バッファ選択支援装置３００は、対象となる部品のＩＢＩＳ情報を、ハードディスク３０３あるいはネットワークＩ／Ｆ３０４、メディアＩ／Ｆ３０５から、入力装置のキーボード３０６やマウス３０７を使用してデータの指定を受け付け、中央演算処理装置３０１を介してメモリ３０２に格納する。

ステップ２０１で、バッファ選択支援装置３００は、適正出力バッファの選択が必要なピンの情報および制約情報を指定を受け付ける。指定方法は。ＣＵＩベースのコマンドライン入力でも良いし、ＧＵＩベースの入力でもよい。ここでは、図４に示すスプレッドシート形式のＧＵＩとしている。

また本実施例は、回路設計段階での利用を想定しているが、レイアウト設計の段階に使用する場合、レイアウトＣＡＤの情報から配線インピーダンスを抽出してもよい。

ステップ２０２では、ステップ２００で入力したＩＢＩＳの中からステップ２０１で入力した検索条件に適した出力バッファを選定する。

図４のレコード１で指定したピン番号「１」の場合、ピン番号「１」は、ＩＢＩＳ中のコンポーネント記述５０１中の［Ｐｉｎ］セクション５０３中のピン５０４に対応する。このピンの「ｍｏｄｅｌ＿ｎａｍｅ」の「ｏｂｕｆｆｘ」５０５は、［ＭｏｄｅｌＳｅｌｅｃｔｏｒ］セクション５０６が対応する。該当ピンで使用可能な出力バッファは、［ＭｏｄｅｌＳｅｌｅｃｔｏｒ］セクション５０６中に記載されたｏｂｕｆｆ４０５１１とｏｂｕｆｆ５０５１２と絞り込める。

次に、該当ピンに電源電圧４１２指定がある場合、上記で絞り込んだ出力バッファのうち指定された電源電圧を使用した出力バッファを絞り込む。

出力バッファに対応する［Ｍｏｄｅｌ］セクションをモデル名５０８から検索して［Ｍｏｄｅｌ］セクション５０７を探し、この中の「ＶｏｌｔａｇｅＲａｎｇｅ」５０９の項目５１３のＴｙｐ値３．３Ｖと比較し、値が同じ出力バッファを絞り込む。なお、電源電圧の指定がない場合はこの絞込み処理は行わない。

ステップ２０３で、バッファ選択支援装置３００は、ステップで絞り込んだ各出力バッファに対して、出力インピーダンスを算出して、プリント基板の配線インピーダンスとの整合度を演算する。整合度の演算は、図７を参照して、説明した。

ステップ２０４で、バッファ選択支援装置３００は、ステップ２０３までで算出した全ての評価対象バッファを「ΔＺ」の大きさで比較して昇順に順列化する。

ステップ２０５で、バッファ選択支援装置３００は、ステップ２０４で順列化した出力バッファのうち、「ΔＺ」が閾値１０Ωより低いもののみ整合順にバッファ選定結果４２０に記載する。記載後のＧＵＩは、図５を参照して説明した。なお、閾値は別な値を採用してもよい。バッファ名、ΔＺの値の他に、ＲｉｓｅとＦａｌｌのそれぞれの出力インピーダンスを記載してもよい。また、「無し」は、別な表現でもよい。

最後に、同一部品あるいは同一ロジックのＦＰＧＡでも搭載するプリント基板の仕様により出力バッファを変更する場合がある。このため、部品を、部品と出力バッファの組み合わせで管理すると次回の流用性が高まる。この管理を図８を参照して、説明する。

図８において、ＦＰＧＡの図番管理表８００は、部品名称８０１、図番８０２、出力バッファ制約８０３から成る。ＦＰＧＡの図番管理表８００は、同一の部品ＳＭＰＬＸでも、出力バッファが異なる場合は、異なる図番８０２を採番し出力制約８０３としてプリント配線板インピーダンスの値を記載して管理する。
上述した実施例に拠れば、出力バッファ選定支援装置により、容易に適正な出力バッファを選定できる。

１０１…プリント基板、１０２…ドライバ部品、１０３…出力バッファ、１０４…配線パターン、１０５…出力バッファ選択肢、１０６…ＩＢＩＳファイル、１０７…適正出力バッファ、１０８…レシーバ、２００…ＩＢＩＳ（部品バッファ特性情報）入力ブロック、２０１…バッファ検索条件入力ブロック、２０２…評価対象バッファ絞込みブロック、２０３…バッファ整合度演算ブロック、２０４…整合度順列演算ブロック、２０５…選定結果表示ブロック、３００…出力バッファ選択支援装置、３０１…中央演算処理装置、３０２…メモリ、３０３…ハードディスク、３０４…ネットワークＩ／Ｆ、３０５…メディアＩ／Ｆ、３０６…キーボード、３０７…マウス、３０８…ディスプレイ、３０９…バス、４００…入出力画面、４１０…バッファ検索条件群、４１１…ピン番号、４１２…電源電圧、４１３…配線インピーダンス、４２０…バッファ選定結果群、４２１…バッファ名１、４２２…バッファ名２、５００…ＩＢＩＳデータ、５０１…［Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ］セクション、５０２…［Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ］行、５０３…［Ｐｉｎ］セクション、５０４…ピン番号、５０５…ピンに対応した「ｍｏｄｅｌ＿ｎａｍｅ」値、５０６…［ＭｏｄｅｌＳｅｌｅｃｔｏｒ］セクション、５０７…［Ｍｏｄｅｌ］セクション、５０８…［Ｍｏｄｅｌ］行、５０９…［ＶｏｌｔａｇｅＲａｎｇｅ］行、５１０…［Ｐｕｌｌｄｏｗｎ］セクション、５１１…モデル名「ｏｂｕｆｆ４０」、５１２…モデル名「ｏｂｕｆｆ５０」、５１３…［ＶｏｌｔａｇｅＲａｎｇｅ］Ｔｙｐ値、６００Ｖ／Ｉカーブ、６０１…ＶｏｌｔａｇｅＲａｎｇｅ、６０２…Ｒ＿ｌｏａｄ、６０３…Ｖ／ＩカーブとＲ＿ｌｏａｄの交点、６０４…原点、６０５…Ｒｏｕｔ、８００…図番管理表、８０１…部品品名、８０２…図番、８０３…出力バッファ制約。

Claims

プリント基板上で、伝送線路を介してレシーバ部品と接続され、出力バッファの特性について複数の候補から選択するドライバ部品の出力バッファの選定を支援する設計支援装置であって、
前記複数の候補の特性情報と、入力された検索条件とに基づいて、前記複数の候補の整合度を演算し、演算した整合度が予め定めた閾値以下のとき、該当する候補とその整合度を表示することを特徴とする設計支援装置。
請求項１に記載の設計支援装置であって、
前記特性情報は、前記ドライバ部品のバッファ特性情報であることを特徴とする設計支援装置。
請求項１または請求項２に記載の設計支援装置であって、
前記検索条件は、前記ドライバ部品のピン番号と電源電圧と、前記ピン番号のピンが接続される配線パターンのインピーダンスであるあることを特徴とする設計支援装置。