JP2011076583A - Power integrity analysis device, method and program - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power integrity analysis device which can analyze a PDN including a complicated shape of a notch or the like at high speed. <P>SOLUTION: The power integrity analysis device 1 includes: a structure information inputting part 10 for inputting structure information showing the shapes of a power supply layer and a ground layer included in a circuit board of a multilayer structure and their arrangement; a unit cell defining part 11 for dividing the power supply layer and the ground layer into the shape of a grid and defining a three-dimensional area sandwiched by two facing unit surfaces as a unit cell; an equivalent circuit generating part 13 for applying a basic configuration of a unit cell equivalent circuit to each unit cell, determining the values of a ground capacitor and an inductor constituting an equivalent circuit of each unit cell to generate the equivalent circuit of each unit cell on the basis of the size of a unit surface of each unit cell and a distance between unit surfaces, and subsequently connecting equivalent circuits of unit cells adjacent to each other to generate the entire equivalent circuit; and a power integrity calculating part 14 for calculating, when voltage is applied to a prescribed position, a voltage value that is generated at another position. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、回路基板のパワーインテグリティを解析する装置及び方法並びにコンピュータにより実行可能なプログラムに関する。   The present invention relates to an apparatus and method for analyzing power integrity of a circuit board, and a program executable by a computer.

半導体素子の高速化、低電圧化によって、これらを搭載するパッケージやボードレベルにおけるパワーインテグリティの確保が重要視されている。詳細なパワーインテグリティの検証では、実装基板内の電源分配回路網(PDN:Power Distribution Network;以下、PDNという。)の3次元的なレイアウトを考慮した詳細回路シミュレーションを行う必要がある。実装基板内の電源・グラウンド層が平行平板プレーンと見な単位セル場合、PDNはユニット単位セルを用いて単純なRLC回路網としてモデル化することができる(例えば、非特許文献5参照。)。   As semiconductor devices become faster and lower in voltage, it is important to ensure power integrity at the package and board level in which they are mounted. In the detailed power integrity verification, it is necessary to perform a detailed circuit simulation in consideration of a three-dimensional layout of a power distribution network (PDN) in the mounting substrate. When the power / ground layer in the mounting substrate is a unit cell that is regarded as a parallel plate plane, the PDN can be modeled as a simple RLC network using the unit unit cell (see, for example, Non-Patent Document 5).

図13は解析対象の回路基板であって、誘電体基板73の上下に、理想的な平行平板からなる電源導体層(以下、電源層という。)P及びグラウンド導体層(以下、グランド層という。)Gを貼り合わせた回路基板の構造例及びその中の基本セル70の構造を示す斜視図である。この回路基板のパワーインテグリティを解析する際には、図13に示すように、回路基板をM×N個のユニット単位セルに分割し、ユニット単位セル毎に等価回路のモデルを求める。このようにモデル化されたRLC回路網は、LIM(潜在性挿入方法:Latency Insertion Method;以下、LIMという。)に代表されるアルゴリズムを用いることで、効率よく過渡解析できることが報告されている(例えば、非特許文献2〜3参照。)。   FIG. 13 shows a circuit board to be analyzed. A power supply conductor layer (hereinafter referred to as a power supply layer) P and a ground conductor layer (hereinafter referred to as a ground layer) made of ideal parallel flat plates are provided above and below the dielectric substrate 73. FIG. 4 is a perspective view showing a structure example of a circuit board on which G is bonded and a structure of a basic cell 70 in the circuit board. When analyzing the power integrity of the circuit board, as shown in FIG. 13, the circuit board is divided into M × N unit unit cells, and an equivalent circuit model is obtained for each unit unit cell. It has been reported that the RLC network modeled in this way can perform transient analysis efficiently by using an algorithm represented by LIM (Latency Insertion Method; hereinafter referred to as LIM). For example, refer nonpatent literature 2-3.)

特開2007−065765号公報。JP 2007-066575. 特開2008−177384号公報。Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-177384.

L. D. Smith et al., “Power Plane SPICE Models and Simulated Performance for Materials and Geometries”, IEEE Transactions on Advanced Packaging, Vol. 24, No. 3, pp.277-287, August 2001.L. D. Smith et al., “Power Plane SPICE Models and Simulated Performance for Materials and Geometries”, IEEE Transactions on Advanced Packaging, Vol. 24, No. 3, pp.277-287, August 2001. J. E. Schutt-Aine, “Latency Insertion Method (LIM) for the Fast Transient Simulation of Large Networks,” IEEE Trans, on Circuits and Systems", Vol. 48, No. 1, pp. 81-89, Jan. 2001.J. E. Schutt-Aine, “Latency Insertion Method (LIM) for the Fast Transient Simulation of Large Networks,” IEEE Trans, on Circuits and Systems ”, Vol. 48, No. 1, pp. 81-89, Jan. 2001. Z. Deng et al., “Stability analysis of latency insertion method (LIM)”, in Proceedings of IEEE Topical Meeting on Electrical Performance of Electronic Packaging (EPEP) 2004, pp. 167-170, 2004.Z. Deng et al., “Stability analysis of latency insertion method (LIM)”, in Proceedings of IEEE Topical Meeting on Electrical Performance of Electronic Packaging (EPEP) 2004, pp. 167-170, 2004. T. Watanabe et al., “Parallel-Distributed Time-Domain Circuit Simulation of Power Distribution Networks with Frequency-Dependent Parameters”, in Proceedings of Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC) 2006, January 2006.T. Watanabe et al., “Parallel-Distributed Time-Domain Circuit Simulation of Power Distribution Networks with Frequency-Dependent Parameters”, in Proceedings of Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC) 2006, January 2006. T. Watanabe et al., “Fast Transient Simulation of Power Distribution Networks Containing Dispersion Based on Parallel-Distributed Leapfrog Algorithm”, IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications, Vol. E90-A, No. 2, pp.388-397, February 2007.T. Watanabe et al., “Fast Transient Simulation of Power Distribution Networks Containing Dispersion Based on Parallel-Distributed Leapfrog Algorithm”, IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications, Vol. E90-A, No. 2, pp.388-397 , February 2007. E. Engin et al., “Multilayered finite-difference method (MFDM) for modeling of package and printed circuit board planes”, IEEE Transactions on EMC, Vol. 27, No. 2. 2007.E. Engin et al., “Multilayered finite-difference method (MFDM) for modeling of package and printed circuit board planes”, IEEE Transactions on EMC, Vol. 27, No. 2. 2007. K. Bharath et al., “Signal and Power Integrity Co-Simulation for Multi-layered System on Package Modules”, in Proceedings of IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility 2007, pp. 1-6, July 2007.K. Bharath et al., “Signal and Power Integrity Co-Simulation for Multi-layered System on Package Modules”, in Proceedings of IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility 2007, pp. 1-6, July 2007. Synopsys Corporation, “HSPICE Simulation and Analysis User Guide”, pp.312, June 2006.Synopsys Corporation, “HSPICE Simulation and Analysis User Guide”, pp.312, June 2006. 丹治裕一ほか,「線形回路シミュレータFALCONのマルチコアCPU上での実装」,電子情報通信学会研究報告,非線形問題研究会,NLP2009−58,pp.77−81,2009年8月。Yuichi Tanji et al., “Implementation of Linear Circuit Simulator FALCON on Multicore CPU”, IEICE Technical Report, Nonlinear Problem Study Group, NLP2009-58, pp. 77-81, August 2009. K. Kundert, “SPARSE 1.4”, Internet URL: http://sparse.sourceforge.net/, as published in January 2010.K. Kundert, “SPARSE 1.4”, Internet URL: http://sparse.sourceforge.net/, as published in January 2010. E. A. Ege et al., “Multilayered finite difference method (MFDM) for modeling of package and printed circuit board planes”, IEEE Trans. on EMC, Vol.27, No.2, 2007.E. A. Ege et al., “Multilayered finite difference method (MFDM) for modeling of package and printed circuit board planes”, IEEE Trans. On EMC, Vol.27, No.2, 2007. 渡邉貴之,「3次元構造の等価回路表現とその回路シミュレーションに関する一考察」,電子情報通信学会研究技術報告,非線形問題研究会,NLP2007−102,pp.39−44,2007年11月。Takayuki Watanabe, “A Study on Equivalent Circuit Representation of Three-Dimensional Structure and Its Circuit Simulation”, IEICE Technical Report, Nonlinear Problem Study Group, NLP2007-102, pp. 39-44, November 2007.

しかし、現実の実装基板における電源・グラウンド層では、多数の切り欠きやホール、スリットが存在しており、理想的な平行平板として見なすことは困難である。このような複雑な形状を含むPDNのモデル化方法として、多層有限差分法(Multilayered finite-difference method;以下、M−FDMという。)が提案されている(例えば、非特許文献11参照。)。   However, in a power supply / ground layer on an actual mounting substrate, there are a large number of notches, holes, and slits, and it is difficult to regard it as an ideal parallel plate. As a PDN modeling method including such a complicated shape, a multilayered finite-difference method (hereinafter referred to as M-FDM) has been proposed (for example, see Non-Patent Document 11).

一方、LIMが適用できる回路構造には、すべての節点に接地キャパシタを含み、すべての枝にインダクタを含まなければならないという制約があるが、M−FDMによってモデル化された等価回路はこの制約に合致していない。   On the other hand, the circuit structure to which LIM can be applied has a restriction that a ground capacitor must be included in all nodes and an inductor must be included in all branches. An equivalent circuit modeled by M-FDM has this restriction. Does not match.

本発明の目的は以上の問題点を解決し、切り欠き等の複雑な形状を含むPDNを、高速に解析することができるパワーインテグリティ解析装置及び方法並びにコンピュータにより実行可能なプログラムを提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above problems and provide a power integrity analysis apparatus and method capable of analyzing a PDN including a complicated shape such as a notch at high speed, and a program executable by a computer. is there.

第1の発明に係るパワーインテグリティ解析装置は、
少なくとも1つの電源層及び少なくとも1つのグラウンド層を含む多層構造の回路基板の上記電源層及び上記グラウンド層の形状とその配置を示す構造情報を入力する構造情報入力部と、
上記電源層及び上記グラウンド層を格子状に分割し、分割された単位面毎に対向する電源層又はグラウンド層の単位面を上記構造情報に基づいて求め、対向する2つの単位面によって挟まれた3次元領域を単位セルとして画定すると共に各単位セルの位置関係を求める単位セル画定部と、
単位セルの電気的特性を表現した単位セル等価回路の基本構成であって、全節点に接地キャパシタが接続され、全節点間にインダクタが接続された単位セル等価回路を記憶する記憶部と、
上記単位セル画定部にて画定された各単位セルに対して、上記記憶部に記憶された単位セル等価回路の基本構成を適用し、かつ、上記各単位セルの単位面の大きさと単位面間の距離とに基づいて、上記各単位セルの等価回路を構成する接地キャパシタ及びインダクタの値を決定して上記各単位セルの等価回路を生成した後、互いに隣接する単位セルの等価回路を連結することにより、上記回路基板全体の等価回路を生成する等価回路生成部と、
上記回路基板の所定の位置に電圧を印加したときに上記回路基板の他の位置に生じる電圧値を計算して出力するパワーインテグリティ計算部とを備えたパワーインテグリティ解析装置において、
上記等価回路生成部は、
上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが変化する位置があるときに、当該厚さが変化する位置である節点が、上記各基本セルを接続する節点に対応するように、上記記憶部に記憶された単位セル等価回路の基本構成を適用して、上記回路基板全体の等価回路を生成し、
上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが第1の厚さから、上記第1の厚さよりも大きな第2の厚さに変化する位置があるときに、当該厚さが変化する位置である節点において、上記等価回路を互いに隣接する複数のサブ等価回路に分割して切り離し、一方のサブ等価回路の基本セルに対して当該基本セルの節点から流れる電流と等価な電流を流す電流制御電流源を付加する一方、他方のサブ等価回路の基本セルに対して当該基本セルの節点に印加される電圧と等価な電圧を印加する電圧制御電圧源を付加することにより、互いに隣接する複数のサブ等価回路どうしを関係付け、上記回路基板の等価回路を生成することを特徴とする。
The power integrity analyzer according to the first invention is:
A structure information input unit for inputting structure information indicating the shape and arrangement of the power supply layer and the ground layer of the circuit board having a multilayer structure including at least one power supply layer and at least one ground layer;
The power supply layer and the ground layer are divided into a lattice shape, and the unit surface of the power supply layer or the ground layer facing each divided unit surface is obtained based on the structure information, and sandwiched between the two unit surfaces facing each other. A unit cell delimiting unit that demarcates a three-dimensional region as a unit cell and obtains a positional relationship between the unit cells;
A basic configuration of a unit cell equivalent circuit expressing the electrical characteristics of the unit cell, a storage unit storing a unit cell equivalent circuit in which a ground capacitor is connected to all nodes and an inductor is connected between all nodes;
The basic configuration of the unit cell equivalent circuit stored in the storage unit is applied to each unit cell defined by the unit cell defining unit, and the unit plane size and unit plane between the unit cells And determining the values of the grounding capacitor and the inductor constituting the equivalent circuit of each unit cell based on the distance of the unit cell to generate the equivalent circuit of each unit cell, and then connecting the equivalent circuits of the unit cells adjacent to each other. Thus, an equivalent circuit generation unit that generates an equivalent circuit of the entire circuit board,
In a power integrity analysis apparatus comprising a power integrity calculation unit that calculates and outputs a voltage value generated at another position of the circuit board when a voltage is applied to a predetermined position of the circuit board.
The equivalent circuit generator is
When there is a position where the thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board or the thickness between the power supply layer and another power supply layer changes, the node where the thickness changes is Applying the basic configuration of the unit cell equivalent circuit stored in the storage unit so as to correspond to the nodes connecting the basic cells, an equivalent circuit of the entire circuit board is generated,
The thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board, or the thickness between the power supply layer and another power supply layer is a second thickness that is larger than the first thickness from the first thickness. When there is a position where the thickness changes, at the node where the thickness changes, the equivalent circuit is divided into a plurality of adjacent sub-equivalent circuits and separated. In addition, a current control current source for supplying a current equivalent to the current flowing from the node of the basic cell is added, while a voltage equivalent to the voltage applied to the node of the basic cell is applied to the basic cell of the other sub-equivalent circuit. By adding a voltage control voltage source to be applied, a plurality of sub-equivalent circuits adjacent to each other are related to generate an equivalent circuit of the circuit board.

上記パワーインテグリティ解析装置において、上記等価回路生成部は、上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが第1の厚さから、上記第1の厚さよりも大きな第2の厚さに変化する位置があるときに、上記第2の厚さの部分において電源層が存在して上記厚さが変化しないように仮定したときの仮定電流を仮定し、上記第1の厚さの電源層に流れる電流が当該電源層から上記グランド層に流れる電流と上記仮定電流とに分岐して流れるように仮定するという条件のもとで、上記電流制御電流源及び上記電圧制御電圧源を付加することを特徴とする。   In the power integrity analysis apparatus, the equivalent circuit generation unit is configured such that a thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board or a thickness between the power supply layer and another power supply layer is a first thickness. From the above, when there is a position where the thickness changes to a second thickness larger than the first thickness, it is assumed that the power supply layer is present in the second thickness portion and the thickness does not change. Assuming that the current flowing in the power layer of the first thickness is assumed to be branched into the current flowing from the power layer to the ground layer and the assumed current. The current control current source and the voltage control voltage source are added.

また、上記パワーインテグリティ解析装置において、上記等価回路生成部は、上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが第1の厚さから、上記第1の厚さよりも大きな第2の厚さに変化する位置があるときに、上記第2の厚さが実質的に上記第1の厚さの2倍の厚さであるとき、上記第2の厚さの部分において電源層が存在して上記厚さが変化せず、上記第1の厚さをそれぞれ有する2つのサブ等価回路に分割するように仮定したとき、各サブ等価回路での回路基板の面に平行な2つの磁界が上記分割しないときの当該磁界に実質的に一致するという条件のもとで、上記電流制御電流源及び上記電圧制御電圧源を付加することを特徴とする。   In the power integrity analysis apparatus, the equivalent circuit generation unit may have a thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board or a thickness between the power supply layer and another power supply layer. When there is a position where the thickness changes from the thickness to the second thickness that is larger than the first thickness, the second thickness is substantially twice the thickness of the first thickness. When it is assumed that the power supply layer exists in the second thickness portion and the thickness does not change, and is divided into two sub-equivalent circuits each having the first thickness, The current-controlled current source and the voltage-controlled voltage source are added under the condition that two magnetic fields parallel to the surface of the circuit board in the equivalent circuit substantially match the magnetic field when not divided. It is characterized by.

さらに、上記パワーインテグリティ解析装置において、上記等価回路生成部は、互いに隣接する第1の単位セルと第2の単位セルの単位セル等価回路を関係付ける場合に、上記第1の単位セルの単位セル等価回路に、上記第2の単位セルの単位セル等価回路において上記第1の単位セルとの境界に流れ込む電流と等価の電流を与える電流制御電流源を付加し、
上記第2の単位セルの単位セル等価回路に、上記第1の単位セルの単位セル等価回路において上記第2の単位セルとの境界に印加される電圧と等価の電圧を与える電圧制御電圧源を付加することを特徴とする。
Further, in the power integrity analysis apparatus, the equivalent circuit generation unit, when relating the unit cell equivalent circuits of the first unit cell and the second unit cell adjacent to each other, the unit cell of the first unit cell A current control current source that gives a current equivalent to a current flowing into a boundary with the first unit cell in the unit cell equivalent circuit of the second unit cell to the equivalent circuit;
A voltage control voltage source that applies a voltage equivalent to a voltage applied to a boundary with the second unit cell in the unit cell equivalent circuit of the first unit cell to the unit cell equivalent circuit of the second unit cell. It is characterized by adding.

またさらに、上記パワーインテグリティ解析装置において、上記パワーインテグリティ計算部は、上記回路基板の所定の位置に電圧を印加したときに、上記回路基板全体の等価回路の各節点に印加される電流及び各節点間に流れる電流の値を時間的に交互に計算する潜在性挿入手法(Latency Insertion Method;LIM)を用いて上記回路基板の他の位置に生じる電圧値を計算して出力することを特徴とする。   Still further, in the power integrity analyzer, the power integrity calculation unit, when a voltage is applied to a predetermined position of the circuit board, the current applied to each node of the equivalent circuit of the entire circuit board and each node. A voltage value generated at another position of the circuit board is calculated and output using a latency insertion method (LIM) that alternately calculates a value of a current flowing between them. .

またさらに、上記パワーインテグリティ解析装置において、上記パワーインテグリティ計算部は、上記回路基板の所定の位置に電圧を印加したときに、上記回路基板全体の等価回路の各節点に印加される電流及び各節点間に流れる電流の値を、各電流と各電圧との関係を示す連立方程式を数値積分法を用いて解くことにより計算するシミュレーションプログラム(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis;SPICE)を用いて上記回路基板の他の位置に生じる電圧値を計算して出力することを特徴とする。   Still further, in the power integrity analyzer, the power integrity calculation unit, when a voltage is applied to a predetermined position of the circuit board, the current applied to each node of the equivalent circuit of the entire circuit board and each node. The above circuit board using a simulation program (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis; SPICE) which calculates the value of the current flowing between them by solving a simultaneous equation showing the relationship between each current and each voltage using a numerical integration method A voltage value generated at another position is calculated and output.

またさらに、上記パワーインテグリティ解析装置において、上記記憶部は、単位セルの電気的特性を表現した単位セル等価回路の基本構成であって、全節点に接地キャパシタ及び接地コンダクタンスが接続され、全節点間にインダクタ及び抵抗が接続された単位セル等価回路を記憶することを特徴とする。   Still further, in the power integrity analysis apparatus, the storage unit is a basic configuration of a unit cell equivalent circuit expressing the electrical characteristics of the unit cell, and a ground capacitor and a ground conductance are connected to all nodes, and between all the nodes. A unit cell equivalent circuit in which an inductor and a resistor are connected to each other is stored.

第2の発明に係るパワーインテグリティ解析方法は、
少なくとも1つの電源層及び少なくとも1つのグラウンド層を含む多層構造の回路基板のパワーインテグリティをコンピュータにより解析するパワーインテグリティ解析方法であって、
上記コンピュータは、単位セルの電気的特性を表現した単位セル等価回路の基本構成であって、全節点に接地キャパシタが接続され、全節点間にインダクタが接続された単位セル等価回路を記憶する記憶部を備え、
上記パワーインテグリティ解析方法は、
少なくとも1つの電源層及び少なくとも1つのグラウンド層を含む多層構造の回路基板の上記電源層及び上記グラウンド層の形状とその配置を示す構造情報を入力するステップと、
上記電源層及び上記グラウンド層を格子状に分割し、分割された単位面毎に対向する電源層又はグラウンド層の単位面を上記構造情報に基づいて求め、対向する2つの単位面によって挟まれた3次元領域を単位セルとして画定すると共に各単位セルの位置関係を求めるステップと、
上記単位セル画定部にて画定された各単位セルに対して、上記記憶部に記憶された単位セル等価回路の基本構成を適用し、かつ、上記各単位セルの単位面の大きさと単位面間の距離とに基づいて、上記各単位セルの等価回路を構成する接地キャパシタ及びインダクタの値を決定して上記各単位セルの等価回路を生成した後、互いに隣接する単位セルの等価回路を連結することにより、上記回路基板全体の等価回路を生成するステップと、
上記回路基板の所定の位置に電圧を印加したときに上記回路基板の他の位置に生じる電圧値を計算して出力するステップとを含むパワーインテグリティ解析方法において、
上記等価回路を生成するステップは、
上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが変化する位置があるときに、当該厚さが変化する位置である節点が、上記各基本セルを接続する節点に対応するように、上記記憶部に記憶された単位セル等価回路の基本構成を適用して、上記回路基板全体の等価回路を生成し、
上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが第1の厚さから、上記第1の厚さよりも大きな第2の厚さに変化する位置があるときに、当該厚さが変化する位置である節点において、上記等価回路を互いに隣接する複数のサブ等価回路に分割して切り離し、一方のサブ等価回路の基本セルに対して当該基本セルの節点から流れる電流と等価な電流を流す電流制御電流源を付加する一方、他方のサブ等価回路の基本セルに対して当該基本セルの節点に印加される電圧と等価な電圧を印加する電圧制御電圧源を付加することにより、互いに隣接する複数のサブ等価回路どうしを関係付け、上記回路基板の等価回路を生成することを特徴とする。
The power integrity analysis method according to the second invention is:
A power integrity analysis method for analyzing the power integrity of a multilayer circuit board including at least one power supply layer and at least one ground layer by a computer,
The computer has a basic configuration of a unit cell equivalent circuit expressing the electrical characteristics of the unit cell, and stores a unit cell equivalent circuit in which a ground capacitor is connected to all nodes and an inductor is connected between all nodes. Part
The above power integrity analysis method is
Inputting structural information indicating the shape and arrangement of the power supply layer and the ground layer of a multilayer circuit board including at least one power supply layer and at least one ground layer;
The power supply layer and the ground layer are divided into a lattice shape, and the unit surface of the power supply layer or the ground layer facing each divided unit surface is obtained based on the structure information, and sandwiched between the two unit surfaces facing each other. Defining a three-dimensional region as a unit cell and determining a positional relationship of each unit cell;
The basic configuration of the unit cell equivalent circuit stored in the storage unit is applied to each unit cell defined by the unit cell defining unit, and the unit plane size and unit plane between the unit cells And determining the values of the grounding capacitor and the inductor constituting the equivalent circuit of each unit cell based on the distance of the unit cell to generate the equivalent circuit of each unit cell, and then connecting the equivalent circuits of the unit cells adjacent to each other. A step of generating an equivalent circuit of the entire circuit board,
Calculating and outputting a voltage value generated at another position of the circuit board when a voltage is applied to a predetermined position of the circuit board.
The step of generating the equivalent circuit includes:
When there is a position where the thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board or the thickness between the power supply layer and another power supply layer changes, the node where the thickness changes is Applying the basic configuration of the unit cell equivalent circuit stored in the storage unit so as to correspond to the nodes connecting the basic cells, an equivalent circuit of the entire circuit board is generated,
The thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board, or the thickness between the power supply layer and another power supply layer is a second thickness that is larger than the first thickness from the first thickness. When there is a position where the thickness changes, at the node where the thickness changes, the equivalent circuit is divided into a plurality of adjacent sub-equivalent circuits and separated. In addition, a current control current source for supplying a current equivalent to the current flowing from the node of the basic cell is added, while a voltage equivalent to the voltage applied to the node of the basic cell is applied to the basic cell of the other sub-equivalent circuit. By adding a voltage control voltage source to be applied, a plurality of sub-equivalent circuits adjacent to each other are related to generate an equivalent circuit of the circuit board.

上記パワーインテグリティ解析方法において、上記等価回路を生成するステップは、上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが第1の厚さから、上記第1の厚さよりも大きな第2の厚さに変化する位置があるときに、上記第2の厚さの部分において電源層が存在して上記厚さが変化しないように仮定したときの仮定電流を仮定し、上記第1の厚さの電源層に流れる電流が当該電源層から上記グランド層に流れる電流と上記仮定電流とに分岐して流れるように仮定するという条件のもとで、上記電流制御電流源及び上記電圧制御電圧源を付加することを特徴とする。   In the power integrity analysis method, the step of generating the equivalent circuit includes a step in which a thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board or a thickness between the power supply layer and another power supply layer is the first. Assuming that when there is a position where the thickness changes from the thickness to the second thickness larger than the first thickness, the power supply layer is present in the second thickness portion and the thickness does not change. And assuming that the current flowing through the first thickness power supply layer is branched from the power supply layer to the ground layer and the assumed current. And adding the current control current source and the voltage control voltage source.

また、上記パワーインテグリティ解析方法において、上記等価回路を生成するステップは、上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが第1の厚さから、上記第1の厚さよりも大きな第2の厚さに変化する位置があるときに、上記第2の厚さが実質的に上記第1の厚さの2倍の厚さであるとき、上記第2の厚さの部分において電源層が存在して上記厚さが変化せず、上記第1の厚さをそれぞれ有する2つのサブ等価回路に分割するように仮定したとき、各サブ等価回路での回路基板の面に平行な2つの磁界が上記分割しないときの当該磁界に実質的に一致するという条件のもとで、上記電流制御電流源及び上記電圧制御電圧源を付加することを特徴とする。   In the power integrity analysis method, the step of generating the equivalent circuit may be performed by determining whether the thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board or the thickness between the power supply layer and another power supply layer is the first. When there is a position where the thickness changes from a thickness of 1 to a second thickness greater than the first thickness, the second thickness is substantially twice the thickness of the first thickness. When the power supply layer is present in the second thickness portion and the thickness does not change, and is assumed to be divided into two sub-equivalent circuits each having the first thickness, The current-controlled current source and the voltage-controlled voltage source are added under the condition that two magnetic fields parallel to the surface of the circuit board in each sub-equivalent circuit substantially match the magnetic field when not divided. It is characterized by doing.

さらに、上記パワーインテグリティ解析方法において、
上記等価回路を生成するステップは、
互いに隣接する第1の単位セルと第2の単位セルの単位セル等価回路を関係付ける場合に、上記第1の単位セルの単位セル等価回路に、上記第2の単位セルの単位セル等価回路において上記第1の単位セルとの境界に流れ込む電流と等価の電流を与える電流制御電流源を付加し、
上記第2の単位セルの単位セル等価回路に、上記第1の単位セルの単位セル等価回路において上記第2の単位セルとの境界に印加される電圧と等価の電圧を与える電圧制御電圧源を付加することを特徴とする。
Furthermore, in the above power integrity analysis method,
The step of generating the equivalent circuit includes:
When relating the unit cell equivalent circuit of the first unit cell and the second unit cell adjacent to each other, the unit cell equivalent circuit of the second unit cell is connected to the unit cell equivalent circuit of the first unit cell. Adding a current-controlled current source that gives a current equivalent to the current flowing into the boundary with the first unit cell;
A voltage control voltage source that applies a voltage equivalent to a voltage applied to a boundary with the second unit cell in the unit cell equivalent circuit of the first unit cell to the unit cell equivalent circuit of the second unit cell. It is characterized by adding.

またさらに、上記パワーインテグリティ解析方法において、
上記パワーインテグリティを計算するステップは、上記回路基板の所定の位置に電圧を印加したときに、上記回路基板全体の等価回路の各節点に印加される電流及び各節点間に流れる電流の値を時間的に交互に計算する潜在性挿入手法(Latency Insertion Method;LIM)を用いて上記回路基板の他の位置に生じる電圧値を計算して出力することを特徴とする。
Furthermore, in the power integrity analysis method,
In the step of calculating the power integrity, when a voltage is applied to a predetermined position of the circuit board, the current applied to each node of the equivalent circuit of the entire circuit board and the value of the current flowing between the nodes are calculated in time. The voltage value generated at the other position of the circuit board is calculated and output using a latency insertion method (LIM) that alternately calculates.

またさらに、上記パワーインテグリティ解析方法において、
上記パワーインテグリティを計算するステップは、上記回路基板の所定の位置に電圧を印加したときに、上記回路基板全体の等価回路の各節点に印加される電流及び各節点間に流れる電流の値を、各電流と各電圧との関係を示す連立方程式を数値積分法を用いて解くことにより計算するシミュレーションプログラム(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis;SPICE)を用いて上記回路基板の他の位置に生じる電圧値を計算して出力することを特徴とする。
Furthermore, in the power integrity analysis method,
In the step of calculating the power integrity, when a voltage is applied to a predetermined position of the circuit board, the current applied to each node of the equivalent circuit of the entire circuit board and the value of the current flowing between the nodes are calculated. Voltage values generated at other positions on the circuit board using a simulation program (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis; SPICE) which is calculated by solving simultaneous equations indicating the relationship between each current and each voltage using a numerical integration method Is calculated and output.

またさらに、上記パワーインテグリティ解析方法において、
上記記憶部は、単位セルの電気的特性を表現した単位セル等価回路の基本構成であって、全節点に接地キャパシタ及び接地コンダクタンスが接続され、全節点間にインダクタ及び抵抗が接続された単位セル等価回路を記憶することを特徴とする。
Furthermore, in the power integrity analysis method,
The storage unit is a basic configuration of a unit cell equivalent circuit expressing the electrical characteristics of the unit cell, and a unit cell in which a ground capacitor and a ground conductance are connected to all nodes, and an inductor and a resistor are connected between all nodes. An equivalent circuit is stored.

第3の発明に係るコンピュータにより実行可能なプログラムは、上記パワーインテグリティ解析方法の各ステップを含むことを特徴とする。   A program executable by a computer according to the third invention includes the steps of the power integrity analysis method.

従って、本発明に係るパワーインテグリティ解析装置及び方法並びにプログラムによれば、全節点に接地キャパシタが接続され、全節点間にインダクタが接続された回路基板全体の等価回路を生成し、当該全体の等価回路を用いてパワーインテグリティの計算を高速に行うことができる。特に、上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが第1の厚さから、上記第1の厚さよりも大きな第2の厚さに変化する位置があるときに、当該厚さが変化する位置である節点において、上記等価回路を互いに隣接する複数のサブ等価回路に分割して切り離し、一方のサブ等価回路の基本セルに対して当該基本セルの節点から流れる電流と等価な電流を流す電流制御電流源を付加する一方、他方のサブ等価回路の基本セルに対して当該基本セルの節点に印加される電圧と等価な電圧を印加する電圧制御電圧源を付加することにより、互いに隣接する複数のサブ等価回路どうしを関係付け、上記回路基板の等価回路を生成することができる。これにより、電源層において切り欠け等があっても、従来技術に比較して高精度でしかも高速で当該回路基板のパワーインテグリティを計算することができる。   Therefore, according to the power integrity analysis apparatus, method, and program according to the present invention, an equivalent circuit of the entire circuit board in which the ground capacitors are connected to all the nodes and the inductor is connected between all the nodes is generated, Power integrity can be calculated at high speed using a circuit. In particular, the thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board or the thickness between the power supply layer and another power supply layer is larger than the first thickness from the first thickness. When there is a position where the thickness changes, the equivalent circuit is divided into a plurality of adjacent sub-equivalent circuits at the node where the thickness changes, and the basic cell of one of the sub-equivalent circuits is separated. In contrast, a current control current source for supplying a current equivalent to the current flowing from the node of the basic cell is added to the basic cell of the other sub-equivalent circuit, and equivalent to the voltage applied to the node of the basic cell. By adding a voltage control voltage source for applying a voltage, a plurality of sub-equivalent circuits adjacent to each other can be related to generate an equivalent circuit of the circuit board. As a result, even if there is a notch or the like in the power supply layer, the power integrity of the circuit board can be calculated with higher accuracy and higher speed than in the conventional technique.

本発明の第1の実施形態に係るパワーインテグリティ解析装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power integrity analysis apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. (a)は解析対象の回路基板の電源層及びグラウンド層を格子状に分割した例を示す斜視図であり、(b)は(a)に示す多層構造の回路基板をB−B方向から見た側面図である。(A) is a perspective view which shows the example which divided | segmented the power supply layer and ground layer of the circuit board to be analyzed into a grid | lattice form, (b) looked at the circuit board of the multilayered structure shown to (a) from the BB direction. FIG. (a)は図1のパワーインテグリティ解析装置で用いる単位セルの等価回路30の基本構成を示す回路図であり、(b)は(a)の基本構成を2個縦続接続してなる等価回路30−2の回路図であり、(c)は(a)の基本構成を3個縦続接続してなる等価回路30−3の回路図である。(A) is a circuit diagram showing a basic configuration of an equivalent circuit 30 of a unit cell used in the power integrity analyzer of FIG. 1, and (b) is an equivalent circuit 30 formed by cascading two basic configurations of (a). FIG. 2C is a circuit diagram of an equivalent circuit 30-3 in which three basic configurations of FIG. 図2の回路基板に対して単位セルの等価回路を適用したときの全体の等価回路(3つのサブ回路からなる)を示す図である。It is a figure which shows the whole equivalent circuit (it consists of three subcircuits) when the equivalent circuit of a unit cell is applied with respect to the circuit board of FIG. 図4において、互いに隣接する単位セルについて関係付けを行った全体の等価回路を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an entire equivalent circuit in which unit cells adjacent to each other are related in FIG. 4. 図1のパワーインテグリティ解析装置のハードウェア構成を示す図である。It is a figure which shows the hardware constitutions of the power integrity analysis apparatus of FIG. 図6のパワーインテグリティ解析装置によって実行されるパワーインテグリティ解析処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the power integrity analysis process performed by the power integrity analysis apparatus of FIG. 図7のパワーインテグリティ処理の計算結果の一例を示す図であって、入力電圧Vinに対する出力電圧Voutを示す波形図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a calculation result of the power integrity process in FIG. 7, and is a waveform diagram illustrating an output voltage Vout with respect to an input voltage Vin. 図7のパワーインテグリティ処理によって得られた回路基板の全体の等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of the whole circuit board obtained by the power integrity process of FIG. 図8の実施例の計算条件について説明する図であって、回路基板の斜視図である。It is a figure explaining the calculation conditions of the Example of FIG. 8, Comprising: It is a perspective view of a circuit board. 図7のパワーインテグリティ処理の解析結果の一例を示す図であって、入力電圧Vinに対する出力電圧Voutを示す波形図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an analysis result of the power integrity process in FIG. 7, and is a waveform diagram illustrating an output voltage Vout with respect to an input voltage Vin. 図7のパワーインテグリティ処理によって得られた、回路基板の別の例の全体の等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the whole equivalent circuit of another example of a circuit board obtained by the power integrity process of FIG. 解析対象の回路基板であって、誘電体基板73の上下に、理想的な平行平板からなる電源層71及びグラウンド層72を貼り合わせた回路基板の構造例及びその中の基本セル70の構造を示す斜視図である。An example of a circuit board that is an analysis target circuit board in which a power supply layer 71 and a ground layer 72 made of ideal parallel plates are bonded to the upper and lower sides of a dielectric substrate 73, and the structure of a basic cell 70 therein. It is a perspective view shown. 図13の基本セル70の3次元の等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the three-dimensional equivalent circuit of the basic cell 70 of FIG. (a)は潜在性挿入手法(Latency Insertion Method;LIM)を用いて回路解析するときの、2つの節点間の枝の回路を示す回路図であり、(b)は(a)の節点からの電流流出及び接地回路を示す回路図である。(A) is a circuit diagram which shows the circuit of the branch between two nodes at the time of circuit analysis using the latency insertion method (Latency Insertion Method; LIM), (b) is from the node of (a). It is a circuit diagram which shows an electric current outflow and a ground circuit. (a)は解析対象の多層回路基板の縦断面図であり、(b)は(a)の多層回路基板の等価回路を示す回路図である。(A) is a longitudinal cross-sectional view of the multilayer circuit board to be analyzed, and (b) is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the multilayer circuit board of (a). (a)は3つのプレーン81(P1)〜83(P3)を含む基本セルの構造を示す斜視図であり、(b)は従来技術に係る多層有限差分法(Multilayered finite-difference method;以下、M−FDMという。)による基本セルの等価回路を示す回路図である。(A) is a perspective view showing the structure of a basic cell including three planes 81 (P1) to 83 (P3), and (b) is a multilayered finite-difference method (Multilayered finite-difference method); It is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a basic cell according to M-FDM. 中間の電源層も右半分において切り欠けがあるときの回路基板の一例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows an example of a circuit board when an intermediate | middle power supply layer also has a notch in the right half. 従来技術に係るM−FDMを用いて作成された図18の等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of FIG. 18 produced using M-FDM based on a prior art. (a)は従来技術に係るM−FDMを用いて作成された等価回路の一例を示す回路図であり、(b)は本実施形態に係る基本セルモデルを用いて作成された等価回路の一例を示す回路図である。(A) is a circuit diagram which shows an example of the equivalent circuit created using M-FDM which concerns on a prior art, (b) is an example of the equivalent circuit created using the basic cell model which concerns on this embodiment. FIG. 変形されたM−FDMを用いて作成された等価回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the equivalent circuit created using the modified M-FDM. 本実施形態に係る基本セルモデルを用いて作成された図18の等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of FIG. 18 created using the basic cell model which concerns on this embodiment. 図22の3つのサブ回路を接続するための変数を定義するための回路基板の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the circuit board for defining the variable for connecting three subcircuits of FIG. 本実施形態に係る等価回路を作成するときに用いる仮定条件を説明するための図23Aの斜視図である。It is a perspective view of Drawing 23A for explaining an assumption condition used when creating an equivalent circuit concerning this embodiment. 本実施形態に係る基本セルを用いた等価回路作成方法によって作成された全体の等価回路の第1の例の回路図である。It is a circuit diagram of the 1st example of the whole equivalent circuit created by the equivalent circuit creation method using the basic cell concerning this embodiment. 本実施形態に係る基本セルを用いた等価回路作成方法によって作成された全体の等価回路の第2の例の回路図である。It is a circuit diagram of the 2nd example of the whole equivalent circuit created by the equivalent circuit creation method using the basic cell concerning this embodiment. 本実施形態による解析対象のPDN回路基板の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the PDN circuit board of the analysis object by this embodiment. 図26のPDN回路基板に印加する入力電圧Vinを示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the input voltage Vin applied to the PDN circuit board of FIG. 図26のPDN回路基板に入力電圧Vinを印加したときに各解析方法によって得られた出力電圧Voutを示す波形図である。FIG. 27 is a waveform diagram showing an output voltage Vout obtained by each analysis method when an input voltage Vin is applied to the PDN circuit board of FIG. 26. 図26のPDN回路基板に入力電圧Vinを印加したときに、図28の場合に比較して10倍の損失抵抗を設定したときの各解析方法によって得られた出力電圧Voutを示す波形図である。FIG. 29 is a waveform diagram showing an output voltage Vout obtained by each analysis method when a 10-fold loss resistance is set when the input voltage Vin is applied to the PDN circuit board of FIG. . 図29の場合において各解析方法によって得られた出力電圧Voutを示す波形図である。FIG. 30 is a waveform diagram showing an output voltage Vout obtained by each analysis method in the case of FIG. 29. 図29の場合において各解析方法によって得られた出力電圧Voutを示す波形図である。FIG. 30 is a waveform diagram showing an output voltage Vout obtained by each analysis method in the case of FIG. 29. 本実施例に係る等価回路に対してHSPICEシミュレーションを行ったときのCPU時間を示す表である。It is a table | surface which shows CPU time when HSPICE simulation is performed with respect to the equivalent circuit which concerns on a present Example. 本実施例に係る等価回路に対してHSPICEシミュレータ及びリープフロッグシミュレータを用いてシミュレーションを行ったときのCPU時間を示す表である。It is a table | surface which shows CPU time when simulating using the HSPICE simulator and the leapfrog simulator with respect to the equivalent circuit which concerns on a present Example. 本発明の第3の実施形態に係る等価回路において電流制御電流源及び電圧制御電圧源を付加する方法を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the method of adding a current control current source and a voltage control voltage source in the equivalent circuit which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. (a)は第3の実施形態の実施例1に係る回路基板の縦断面図であり、(b)は実施形態に係る基本セルで分割画成したときの回路基板の縦断面図であり、(c)は(b)の回路基板に対して本実施形態に係る基本セルの等価回路、並びに、電流源及び電圧源の付加方法を用いたときの全体の等価回路の回路図である。(A) is a longitudinal cross-sectional view of the circuit board according to Example 1 of the third embodiment, (b) is a longitudinal cross-sectional view of the circuit board when divided and defined by the basic cell according to the embodiment, (C) is the circuit diagram of the equivalent circuit of the basic cell which concerns on this embodiment with respect to the circuit board of (b), and the whole equivalent circuit when the addition method of a current source and a voltage source is used. (a)は第3の実施形態の実施例2に係る回路基板の縦断面図であり、(b)は実施形態に係る基本セルで分割画成したときの回路基板の縦断面図であり、(c)は(b)の回路基板に対して本実施形態に係る基本セルの等価回路、並びに、電流源及び電圧源の付加方法を用いたときの全体の等価回路の回路図である。(A) is a longitudinal cross-sectional view of the circuit board according to Example 2 of the third embodiment, (b) is a longitudinal cross-sectional view of the circuit board when divided and defined by the basic cell according to the embodiment, (C) is the circuit diagram of the equivalent circuit of the basic cell which concerns on this embodiment with respect to the circuit board of (b), and the whole equivalent circuit when the addition method of a current source and a voltage source is used. (a)は第3の実施形態の実施例3に係る回路基板の縦断面図であり、(b)は実施形態に係る基本セルで分割画成したときの回路基板の縦断面図であり、(c)は(b)の回路基板に対して本実施形態に係る基本セルの等価回路、並びに、電流源及び電圧源の付加方法を用いたときの全体の等価回路の回路図である。(A) is a longitudinal cross-sectional view of the circuit board according to Example 3 of the third embodiment, (b) is a longitudinal cross-sectional view of the circuit board when divided and defined by the basic cell according to the embodiment, (C) is the circuit diagram of the equivalent circuit of the basic cell which concerns on this embodiment with respect to the circuit board of (b), and the whole equivalent circuit when the addition method of a current source and a voltage source is used. 図36の実施例2に係る等価回路に対してSPICEを用いて解析したときの等価回路を示す回路図である。FIG. 37 is a circuit diagram showing an equivalent circuit when the equivalent circuit according to the second embodiment of FIG. 36 is analyzed using SPICE. 図38の解析結果を示す図であって、入力電圧V1並びに出力電圧V11,V12を示す波形図である。It is a figure which shows the analysis result of FIG. 38, Comprising: It is a wave form diagram which shows the input voltage V1 and output voltage V11, V12. 図37の実施例3に係る等価回路に対してSPICEを用いて解析したときの等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an equivalent circuit when analyzing the equivalent circuit which concerns on Example 3 of FIG. 37 using SPICE. 図40の解析結果を示す図であって、入力電圧V1並びに出力電圧V11,V12を示す波形図である。It is a figure which shows the analysis result of FIG. 40, Comprising: It is a wave form diagram which shows the input voltage V1 and output voltage V11, V12.

以下、本発明の実施形態のパワーインテグリティ解析装置及びパワーインテグリティ解析方法について説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。   Hereinafter, a power integrity analysis apparatus and a power integrity analysis method according to embodiments of the present invention will be described. In addition, in each following embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the same component.

第1の実施形態.
図1は本発明の第1の実施形態に係るパワーインテグリティ解析装置1の構成を示すブロック図である。本実施形態に係るパワーインテグリティ解析装置1は、解析の対象となる回路基板の構造情報を入力する構造情報入力部10を有している。また、パワーインテグリティ解析装置1は、入力された構造情報に基づいて回路基板全体の等価回路(以下、全体の等価回路という。)を生成するための構成として、単位セル画定部11と、等価回路生成部13とを有している。さらに、パワーインテグリティ解析装置1は、全体の等価回路に基づいて回路基板のパワーインテグリティを計算するパワーインテグリティ計算部14と、計算結果を出力する結果出力部15とを有している。以下、パワーインテグリティ解析装置1の各構成について説明する。
First embodiment.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power integrity analysis apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. The power integrity analysis apparatus 1 according to the present embodiment includes a structure information input unit 10 that inputs structure information of a circuit board to be analyzed. In addition, the power integrity analysis apparatus 1 has a unit cell demarcation unit 11 and an equivalent circuit as a configuration for generating an equivalent circuit of the entire circuit board (hereinafter referred to as an entire equivalent circuit) based on the input structural information. And a generation unit 13. Furthermore, the power integrity analysis apparatus 1 includes a power integrity calculation unit 14 that calculates the power integrity of the circuit board based on the entire equivalent circuit, and a result output unit 15 that outputs the calculation result. Hereinafter, each configuration of the power integrity analysis apparatus 1 will be described.

構造情報入力部10は、回路基板に含まれる電源層とグラウンド層の形状と配置の情報を構造情報として入力する。回路基板には少なくとも1つの電源層と少なくとも1つのグラウンド層が含まれている。電源層とグラウンド層の形状の情報とは、電源層とグラウンド層に存在する切り欠きやホールの座標情報である。また、電源層とグラウンド層の配置の情報とは、電源層とグラウンド層の各層間の距離を示す情報である。多層構造を有する回路基板の各層の厚さが決まっている場合には、電源層やグラウンド層が何層目にあるかを示す情報であってもよい。例えば、一層の厚みがd[mm]である場合に、第1層、第7層がグラウンド層、第5層が電源層であるとの情報を入力すると、グラウンド層(第1層)と電源層(第5層)との間には3層の配線層が介在することが分かり、その距離を3×d[mm]と求めることができ、電源層(第5層)とグラウンド層(第7層)との距離をd[mm]であると求めることができる。   The structure information input unit 10 inputs information on the shape and arrangement of the power supply layer and the ground layer included in the circuit board as structure information. The circuit board includes at least one power supply layer and at least one ground layer. The information on the shape of the power supply layer and the ground layer is the coordinate information of notches and holes existing in the power supply layer and the ground layer. The information on the arrangement of the power supply layer and the ground layer is information indicating the distance between each layer of the power supply layer and the ground layer. When the thickness of each layer of the circuit board having a multilayer structure is determined, information indicating the number of power supply layers and ground layers may be used. For example, when the thickness of one layer is d [mm], if information indicating that the first layer, the seventh layer is a ground layer, and the fifth layer is a power supply layer is input, the ground layer (first layer) and the power supply are input. It can be seen that there are three wiring layers between the layer (fifth layer) and the distance can be determined as 3 × d [mm]. The power supply layer (fifth layer) and the ground layer (first layer) The distance from the seventh layer) can be determined to be d [mm].

単位セル画定部11は、電源層P及びグラウンド層G1,G2を格子状に分割する。図2(a)は解析対象の回路基板の電源層P及びグラウンド層G1,G2を格子状に分割した例を示す斜視図である。図2(a)に示す例では、グラウンド層G1、電源層P、グラウンド層G2の3層構造を持つ回路基板を示している。電源層Pは、半分が切り欠かれた形状を有している。単位セル画定部11は、グラウンド層G1、電源層P、グラウンド層G2を格子状に分割して、単位面を形成する。次に、単位セル画定部11は、分割により得られた単位面のそれぞれについて、対向する電源層P又はグラウンド層G1,G2の単位面を構造情報に基づいて求める。そして、単位セル画定部11は、対向する2つの単位面によって挟まれた3次元領域を単位セル30〜35として画定し、各単位セル30〜35の位置関係を求める。   The unit cell demarcating unit 11 divides the power supply layer P and the ground layers G1 and G2 into a lattice shape. FIG. 2A is a perspective view showing an example in which the power supply layer P and the ground layers G1 and G2 of the circuit board to be analyzed are divided in a lattice shape. In the example shown in FIG. 2A, a circuit board having a three-layer structure of a ground layer G1, a power supply layer P, and a ground layer G2 is shown. The power supply layer P has a shape in which half is cut out. The unit cell demarcation unit 11 divides the ground layer G1, the power supply layer P, and the ground layer G2 into a lattice shape to form a unit surface. Next, the unit cell demarcation unit 11 obtains the unit surface of the opposing power supply layer P or ground layers G1 and G2 based on the structure information for each of the unit surfaces obtained by the division. Then, the unit cell demarcating unit 11 demarcates a three-dimensional region sandwiched between two opposing unit surfaces as unit cells 30 to 35, and obtains a positional relationship between the unit cells 30 to 35.

図2(b)は、図2(a)に示す多層構造の回路基板をB−B方向から見た側面図である。図2(b)に示す構造情報に基づいて、各単位面に対向する単位面を求める。図2(b)では、例えば、以下のように単位セル30〜36を画成する。
(1)単位面21と単位面25が対向しており、単位面21と単位面25で挟まれる3次元領域を単位セル30として画定する。
(2)単位面22と単位面28が対向しており、単位面22と単位面28で挟まれる3次元領域を単位セル31として画定する。
(3)単位面25と単位面27が対向しており、単位面25と単位面27で挟まれる3次元領域を単位セル32として画定する。
(4)単位面23と単位面29が対向しており、単位面23と単位面29で挟まれる3次元領域を単位セル33として画定する。
(5)単位面20と単位面24が対向しており、単位面20と単位面24で挟まれる3次元領域を単位セル34として画定する。
(6)単位面24と単位面26が対向しており、単位面24と単位面26で挟まれる3次元領域を単位セル35として画定する。
FIG. 2B is a side view of the multilayer circuit board shown in FIG. 2A as viewed from the BB direction. Based on the structure information shown in FIG. 2B, a unit surface facing each unit surface is obtained. In FIG. 2B, for example, the unit cells 30 to 36 are defined as follows.
(1) The unit surface 21 and the unit surface 25 face each other, and a three-dimensional region sandwiched between the unit surface 21 and the unit surface 25 is defined as a unit cell 30.
(2) The unit surface 22 and the unit surface 28 face each other, and a three-dimensional region sandwiched between the unit surface 22 and the unit surface 28 is defined as a unit cell 31.
(3) The unit surface 25 and the unit surface 27 face each other, and a three-dimensional region sandwiched between the unit surface 25 and the unit surface 27 is defined as a unit cell 32.
(4) The unit surface 23 and the unit surface 29 face each other, and a three-dimensional region sandwiched between the unit surface 23 and the unit surface 29 is defined as a unit cell 33.
(5) The unit surface 20 and the unit surface 24 face each other, and a three-dimensional region sandwiched between the unit surface 20 and the unit surface 24 is defined as a unit cell 34.
(6) The unit surface 24 and the unit surface 26 face each other, and a three-dimensional region sandwiched between the unit surface 24 and the unit surface 26 is defined as a unit cell 35.

ここで、例えば単位面25は、単位面21の他に単位面27とも対向している。高周波数で動作する回路基板においては、電流は、電源層P又はグラウンド層G1,G2の表面を流れる表皮効果が生じる。従って、単位面25の上面に流れる電流と下面に流れる電流は互いに影響せず、単位面25の上下の単位セル30,32を電気的に独立した単位セルとして扱うことができる。このように、単位セル画定部11は、電源層P及びグラウンド層G1,G2の構造情報に基づいて単位セル30〜35を画定し、各単位セル30〜35の大きさ(単位面の大きさ、対向面の距離など)の情報と共に、各単位セルの位置関係を求めて記憶部16に記憶する。   Here, for example, the unit surface 25 faces the unit surface 27 in addition to the unit surface 21. In a circuit board that operates at a high frequency, a skin effect occurs in which current flows on the surface of the power supply layer P or the ground layers G1 and G2. Therefore, the current flowing on the upper surface of the unit surface 25 and the current flowing on the lower surface do not affect each other, and the upper and lower unit cells 30 and 32 on the unit surface 25 can be handled as electrically independent unit cells. Thus, the unit cell demarcation unit 11 demarcates the unit cells 30 to 35 based on the structure information of the power supply layer P and the ground layers G1 and G2, and the size of each unit cell 30 to 35 (the size of the unit surface). In addition, the positional relationship between the unit cells is obtained and stored in the storage unit 16 together with information on the distance of the opposing surface).

等価回路生成部12は、単位セル画定部11にて画定した単位セルの電気的特性を表す単位セルの等価回路を用いて、全体の等価回路を生成する。記憶部16には、単位セル等価回路の基本構成が記憶されている。   The equivalent circuit generation unit 12 generates an entire equivalent circuit using an equivalent circuit of the unit cell that represents the electrical characteristics of the unit cell defined by the unit cell defining unit 11. The storage unit 16 stores a basic configuration of a unit cell equivalent circuit.

図3(a)は図1のパワーインテグリティ解析装置で用いる単位セルの等価回路30の基本構成を示す回路図である。図3(a)に示すように、単位セルの等価回路の基本構成は、全節点に接地キャパシタ(C/2)及び接地コンダクタンス(G/2)が接続され、全節点間にインダクタL及び抵抗Rが接続されている。実質的に無損失のとき、もしくは損失を考慮しないときは、G=R=0としてもよい。なお、単位セルの等価回路を求める計算方法は、例えば、非特許文献12に詳しく記載されている。図3(a)に示す単位セル等価回路の基本構成は、当該非特許文献12に記載された方法に従って求めたものである。   FIG. 3A is a circuit diagram showing a basic configuration of an equivalent circuit 30 of a unit cell used in the power integrity analyzer of FIG. As shown in FIG. 3A, the basic configuration of the equivalent circuit of the unit cell is that a ground capacitor (C / 2) and a ground conductance (G / 2) are connected to all nodes, and an inductor L and a resistor are connected between all nodes. R is connected. G = R = 0 may be set when there is substantially no loss or when loss is not considered. A calculation method for obtaining an equivalent circuit of a unit cell is described in detail in Non-Patent Document 12, for example. The basic configuration of the unit cell equivalent circuit shown in FIG. 3A is obtained according to the method described in Non-Patent Document 12.

図3(b)は図3(a)の基本構成を2個縦続接続してなる等価回路30−2の回路図であり、図3(c)は図3(a)の基本構成を3個縦続接続してなる等価回路30−3の回路図である。図3(b)及び図3(c)に示すように、互いに隣接する各2つの接地キャパシタ(C/2)及び各2つの接地コンダクタンス(G/2)を並列接続することにより1つの接地キャパシタC及び1つの接地コンダクタンスGにまとめている。   FIG. 3B is a circuit diagram of an equivalent circuit 30-2 in which two basic configurations of FIG. 3A are cascade-connected, and FIG. 3C is three basic configurations of FIG. It is a circuit diagram of the equivalent circuit 30-3 formed by cascade connection. As shown in FIG. 3 (b) and FIG. 3 (c), each ground capacitor (C / 2) and each two ground conductances (G / 2) which are adjacent to each other are connected in parallel to each other. C and one ground conductance G.

等価回路生成部13は、単位セル画定部11にて画定された各単位セルに対して、記憶部16に記憶された単位セル等価回路の基本構成を適用し、かつ、各単位セルの単位面の大きさと単位面間の距離とに基づいて、各単位セルの等価回路を構成する接地キャパシタ及びインダクタの値を決定して各単位セルの等価回路を生成した後、互いに隣接する単位セルの等価回路を連結することにより、回路基板全体の等価回路を生成する。ここで、等価回路生成部13は、回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが変化する位置があるときに、当該厚さが変化する位置である節点が、各基本セルを接続する節点に対応するように、記憶部に記憶された単位セル等価回路の基本構成を適用して、回路基板全体の等価回路を生成する(図4)。図4は図2の回路基板に対して単位セルの等価回路を適用したときの全体の等価回路(3つのサブ回路からなる)の回路図であって、図2(b)に示す単位セル30〜35の単位セル等価回路をその位置関係と共に示す回路図である。   The equivalent circuit generating unit 13 applies the basic configuration of the unit cell equivalent circuit stored in the storage unit 16 to each unit cell defined by the unit cell defining unit 11, and the unit surface of each unit cell. Based on the size of the unit cell and the distance between the unit surfaces, the value of the ground capacitor and the inductor constituting the equivalent circuit of each unit cell is determined to generate an equivalent circuit of each unit cell, and then the equivalent of the unit cells adjacent to each other is generated. By connecting the circuits, an equivalent circuit of the entire circuit board is generated. Here, when there is a position where the thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board or the thickness between the power supply layer and another power supply layer changes, the equivalent circuit generation unit 13 has the thickness. By applying the basic configuration of the unit cell equivalent circuit stored in the storage unit so that the node at which the position changes corresponds to the node connecting each basic cell, an equivalent circuit of the entire circuit board is generated. (FIG. 4). 4 is a circuit diagram of an entire equivalent circuit (comprising three sub-circuits) when an equivalent circuit of a unit cell is applied to the circuit board of FIG. 2, and is a unit cell 30 shown in FIG. It is a circuit diagram which shows the unit cell equivalent circuit of -35 with the positional relationship.

次いで、等価回路生成部13は、例えば、図2(b)に示すように、電源層Pに切り欠けがあるときなど、回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが第1の厚さdから、第1の厚さdよりも大きな第2の厚さdに変化する位置があるときに、当該厚さが変化する位置である節点において、等価回路を互いに隣接する複数のサブ等価回路に分割して切り離し、一方のサブ等価回路の基本セルに対して当該基本セルの節点から流れる電流と等価な電流を流す電流制御電流源を付加する一方、他方のサブ等価回路の基本セルに対して当該基本セルの節点に印加される電圧と等価な電圧を印加する電圧制御電圧源を付加することにより、互いに隣接する複数のサブ等価回路どうしを関係付け、回路基板の等価回路を生成する(図5)。ここで、等価回路生成部13は、回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが第1の厚さdから、第1の厚さdよりも大きな第2の厚さdに変化する位置があるときに、図23A及び図23Bを参照して説明するように、第2の厚さd2の部分において電源層が存在して厚さが変化しないように仮定したときの仮定電流を仮定し、第1の厚さdの電源層に流れる電流が当該電源層からグランド層に流れる電流と仮定電流とに分岐して流れるように仮定するという条件(後述の式(22)参照)のもとで、電流制御電流源及び電圧制御電圧源を付加する。なお、当該条件は、詳細後述するように、第1の厚さdから、第1の厚さdよりも大きな第2の厚さdに変化する位置があるときに、第2の厚さdが実質的に第1の厚さdの2倍の厚さであるとき、第2の厚さdの部分において電源層が存在して厚さが変化せず、第1の厚さdをそれぞれ有する2つのサブ等価回路に分割するように仮定したとき、各サブ等価回路での回路基板の面に平行な2つの磁界が分割しないときの当該磁界に実質的に一致する(後述の式(23)参照)という条件である。 Next, the equivalent circuit generation unit 13, for example, when the power supply layer P is notched as shown in FIG. 2B, the thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board, or the power supply layer and a thickness of the first thickness d between another supply layer, when there is a position change in the larger second thickness d 1 than the first thickness d, the thickness change Current at which the equivalent circuit is divided into a plurality of sub-equivalent circuits adjacent to each other and separated from the sub-equivalent circuit, and a current equivalent to the current flowing from the node of the basic cell is supplied to the basic cell of one sub-equivalent circuit. While adding a control current source, by adding a voltage control voltage source that applies a voltage equivalent to the voltage applied to the node of the basic cell to the basic cell of the other sub-equivalent circuit, The sub-equivalent circuits of the An equivalent circuit of the substrate is generated (FIG. 5). Here, the equivalent circuit generation unit 13 has a thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board or a thickness between the power supply layer and another power supply layer from the first thickness d to the first thickness d. When there is a position that changes to the second thickness d 1 that is larger than the thickness d of the power source, as described with reference to FIGS. 23A and 23B, the power supply layer exists in the portion of the second thickness d 2. Assuming that the thickness does not change, an assumed current is assumed, and the current flowing in the power supply layer having the first thickness d branches into a current flowing from the power supply layer to the ground layer and an assumed current. The current control current source and the voltage control voltage source are added under the condition of the assumption (see formula (22) described later). Note that, as will be described in detail later, the condition is such that when there is a position where the first thickness d changes to a second thickness d 1 that is larger than the first thickness d, the second thickness When d 1 is substantially twice the thickness of the first thickness d, the power supply layer is present in the portion of the second thickness d 1 and the thickness does not change, and the first thickness Assuming that each of the sub-equivalent circuits is divided into two sub-equivalent circuits, the two magnetic fields parallel to the surface of the circuit board in each sub-equivalent circuit substantially coincide with the magnetic fields when not divided (described later). This is the condition (see equation (23)).

また、等価回路生成部13は、互いに隣接する第1の単位セルと第2の単位セルの単位セル等価回路を関係付ける場合に、第1の単位セルの単位セル等価回路に、第2の単位セルの単位セル等価回路において第1の単位セルとの境界に流れ込む電流と等価の電流を与える電流制御電流源を付加し、第2の単位セルの単位セル等価回路に、第1の単位セルの単位セル等価回路において第2の単位セルとの境界に印加される電圧と等価の電圧を与える電圧制御電圧源を付加する(図5)。   In addition, when the equivalent circuit generation unit 13 associates the unit cell equivalent circuits of the first unit cell and the second unit cell adjacent to each other, the equivalent circuit generation unit 13 adds the second unit cell to the unit cell equivalent circuit of the first unit cell. In the unit cell equivalent circuit of the cell, a current control current source for giving a current equivalent to the current flowing into the boundary with the first unit cell is added, and the unit cell equivalent circuit of the second unit cell is added to the unit cell equivalent circuit of the first unit cell. In the unit cell equivalent circuit, a voltage control voltage source that provides a voltage equivalent to the voltage applied to the boundary with the second unit cell is added (FIG. 5).

図5は図4において、互いに隣接する単位セルについて関係付けを行った全体の等価回路を示す図である。図5に示すように、単位セル31の単位セル等価回路に対して、互いに隣接する単位セル30の単位セル等価回路に印加される電圧V1と等価な電圧を与える電圧制御電圧源40と、互いに隣接する単位セル32の単位セル等価回路に印加される電圧V2と等価な電圧を与える電圧制御電圧源41を付加している。なお、電圧制御電圧源40,41を元にあったRC回路と入れ替えているが、これは電圧制御電圧源40,41が電圧V1,V2と等価な電圧を強制的に印加する機能を有するためである。また、単位セル30の単位セル等価回路に対して、互いに隣接する単位セル31の単位セル等価回路を流れる電流Iaと等価な電流を与える電流制御電流源42を付加している。同様に、単位セル32の単位セル等価回路に対して、互いに隣接する単位セル31の単位セル等価回路を流れる電流Iaと等価な電流を与える電流制御電流源43を付加している。   FIG. 5 is a diagram showing an entire equivalent circuit in which the unit cells adjacent to each other in FIG. 4 are related. As shown in FIG. 5, with respect to the unit cell equivalent circuit of the unit cell 31, a voltage control voltage source 40 that applies a voltage equivalent to the voltage V1 applied to the unit cell equivalent circuit of the unit cells 30 adjacent to each other, A voltage control voltage source 41 that provides a voltage equivalent to the voltage V2 applied to the unit cell equivalent circuit of the adjacent unit cell 32 is added. Although the RC circuit based on the voltage control voltage sources 40 and 41 is replaced, this is because the voltage control voltage sources 40 and 41 have a function of forcibly applying a voltage equivalent to the voltages V1 and V2. It is. Further, a current control current source 42 that gives a current equivalent to the current Ia flowing through the unit cell equivalent circuit of the unit cells 31 adjacent to each other is added to the unit cell equivalent circuit of the unit cell 30. Similarly, a current control current source 43 that provides a current equivalent to the current Ia flowing through the unit cell equivalent circuit of the unit cells 31 adjacent to each other is added to the unit cell equivalent circuit of the unit cell 32.

パワーインテグリティ計算部14は、全体の等価回路の所定の節点(以下、入力節点という。)に所定の入力電圧(例えば、パルス電圧)を印加したときに、入力接点とは異なる節点(以下、出力節点という)に生じる電圧値の変化を求める。パワーインテグリティ計算部14は、例えば、上記回路基板の所定の位置に電圧を印加したときに、上記回路基板全体の等価回路の各節点に印加される電流及び各節点間に流れる電流の値を時間的に交互に計算するLIM(潜在性挿入方法:Latency Insertion Method)を用いて、入力節点から出力節点に至る経路上にある節点に生じる電圧及び節点間に流れる電流を時間的に交互に計算する。結果出力部15は、パワーインテグリティ計算部14にて計算された出力節点の電圧の時間変化の結果を例えばディスプレイに出力して表示し、もしくはプリンタに出力して印字する。なお、パワーインテグリティ計算部14は、回路基板の所定の位置に電圧を印加したときに、上記回路基板全体の等価回路の各節点に印加される電流及び各節点間に流れる電流の値を、各電流と各電圧との関係を示す連立方程式を数値積分法を用いて解くことにより計算するシミュレーションプログラム(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis;SPICE)を用いて上記回路基板の他の位置に生じる電圧値を計算して出力してもよい。   When a predetermined input voltage (for example, pulse voltage) is applied to a predetermined node (hereinafter referred to as an input node) of the entire equivalent circuit, the power integrity calculation unit 14 is connected to a node (hereinafter referred to as an output) that is different from the input contact. Find the change in the voltage value that occurs at the node). For example, when a voltage is applied to a predetermined position of the circuit board, the power integrity calculation unit 14 calculates the current applied to each node of the equivalent circuit of the entire circuit board and the value of the current flowing between the nodes. By using LIM (Latency Insertion Method), which calculates alternately alternately, the voltage generated at a node on the path from the input node to the output node and the current flowing between the nodes are calculated alternately in time. . The result output unit 15 outputs and displays the time change result of the voltage at the output node calculated by the power integrity calculation unit 14 on a display, for example, or outputs it to a printer for printing. The power integrity calculation unit 14 calculates the value of the current applied to each node of the equivalent circuit of the entire circuit board and the value of the current flowing between the nodes when a voltage is applied to a predetermined position of the circuit board. Using a simulation program (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis; SPICE) that solves simultaneous equations showing the relationship between current and each voltage using numerical integration, voltage values generated at other positions on the circuit board are calculated. You may calculate and output.

図6は図1のパワーインテグリティ解析装置1のハードウェア構成を示す図である。パワーインテグリティ解析装置1は、CPU50、RAM51、ROM52、通信インターフェース54、ハードディスクメモリ55、操作部56、ディスプレイ57がデータバス58によって接続された、例えばデジタル計算機などのコンピュータによって構成される。CPU50が、ROM52に書き込まれたプログラム53に従って演算処理を実行することにより、上記したパワーインテグリティ解析装置1の機能が実現される。このようなプログラム53は、本発明の範囲に含まれる。当該プログラムは、コンピュータによって実行可能であって、例えばCD−ROMなどの記録媒体に記録して提供してもよい。   FIG. 6 is a diagram showing a hardware configuration of the power integrity analysis apparatus 1 of FIG. The power integrity analysis apparatus 1 is configured by a computer such as a digital computer to which a CPU 50, a RAM 51, a ROM 52, a communication interface 54, a hard disk memory 55, an operation unit 56, and a display 57 are connected by a data bus 58. When the CPU 50 executes arithmetic processing according to the program 53 written in the ROM 52, the function of the power integrity analysis apparatus 1 described above is realized. Such a program 53 is included in the scope of the present invention. The program can be executed by a computer, and may be provided by being recorded on a recording medium such as a CD-ROM.

図7は図6のパワーインテグリティ解析装置によって実行されるパワーインテグリティ解析処理を示すフローチャートである。パワーインテグリティ解析装置1は、まず、解析対象の回路基板の構造情報の入力を受け付ける(S10)。構造情報は、回路基板に含まれる電源層及びグラウンド層の形状及び配置を示す情報である。パワーインテグリティ解析装置1は、回路基板の設計図の情報から電源層及びグラウンド層の情報を読み込むこととしてもよい。   FIG. 7 is a flowchart showing a power integrity analysis process executed by the power integrity analysis apparatus of FIG. First, the power integrity analysis apparatus 1 receives input of structure information of a circuit board to be analyzed (S10). The structure information is information indicating the shape and arrangement of the power supply layer and the ground layer included in the circuit board. The power integrity analysis apparatus 1 may read information on the power supply layer and the ground layer from information on the design drawing of the circuit board.

パワーインテグリティ解析装置1は、入力された構造情報に基づいて単位セルを画定する(S12)。具体的には、上述したとおり、電源層及びグラウンド層を格子状に分割し、分割によって形成された単位面が対向する3次元領域を単位セルとして画定する。パワーインテグリティ解析装置1は、画定した単位セルの情報及び単位セルの位置関係のデータを記憶部16に記憶する。パワーインテグリティ解析装置1は、画定された各単位セルに対して、記憶部16に記憶された単位セル等価回路の基本構成を適用し、かつ、上記各単位セルの単位面の大きさと単位面間の距離とに基づいて、上記各単位セルの等価回路を構成する接地キャパシタ及びインダクタの値を決定して上記各単位セルの等価回路を生成した後、互いに隣接する単位セルの等価回路を連結することにより、上記回路基板全体の等価回路を生成する(S16)。ここで、記憶部16に記憶された単位セル等価回路の基本構成を読み出し、読み出した基本構成に含まれる接地キャパシタ、インダクタの値を単位セルの大きさや回路基板の材質等に基づいて決定する。パワーインテグリティ解析装置1は、各単位セルの単位セル等価回路を関係付けて、回路基板の全体の等価回路を生成する(S16)。   The power integrity analysis apparatus 1 defines unit cells based on the input structure information (S12). Specifically, as described above, the power supply layer and the ground layer are divided into a lattice shape, and a three-dimensional region where unit surfaces formed by the division face each other is defined as a unit cell. The power integrity analysis apparatus 1 stores the defined unit cell information and unit cell positional relationship data in the storage unit 16. The power integrity analysis apparatus 1 applies the basic configuration of the unit cell equivalent circuit stored in the storage unit 16 to each defined unit cell, and the unit surface size and the unit surface between the unit cells. And determining the values of the grounding capacitor and the inductor constituting the equivalent circuit of each unit cell based on the distance of the unit cell to generate the equivalent circuit of each unit cell, and then connecting the equivalent circuits of the unit cells adjacent to each other. As a result, an equivalent circuit of the entire circuit board is generated (S16). Here, the basic configuration of the unit cell equivalent circuit stored in the storage unit 16 is read, and the values of the ground capacitor and the inductor included in the read basic configuration are determined based on the size of the unit cell, the material of the circuit board, and the like. The power integrity analysis apparatus 1 associates the unit cell equivalent circuits of the unit cells and generates an entire equivalent circuit of the circuit board (S16).

また、等価回路生成部13は、互いに隣接する第1の単位セルと第2の単位セルの単位セル等価回路を以下のようにして関係付ける。すなわち、第1の単位セルの単位セル等価回路に印加される電圧と等価の電圧を印加する電圧制御電圧源を第2の単位セルの単位セル等価回路に付加する。これとは逆に、第1の単位セルの単位セル等価回路に対しては、第2の単位セルの単位セル等価回路に流れる電流と等価の電流を流す電流制御電流源を付加する。等価回路生成部13は、互いに隣接するすべての単位セルについて上記の処理を行うことにより、すべての単位セルの単位セル等価回路を関係付けて全体の等価回路を生成する。   The equivalent circuit generation unit 13 associates the unit cell equivalent circuits of the first unit cell and the second unit cell adjacent to each other as follows. That is, a voltage control voltage source that applies a voltage equivalent to the voltage applied to the unit cell equivalent circuit of the first unit cell is added to the unit cell equivalent circuit of the second unit cell. On the contrary, a current control current source for supplying a current equivalent to the current flowing through the unit cell equivalent circuit of the second unit cell is added to the unit cell equivalent circuit of the first unit cell. The equivalent circuit generation unit 13 performs the above processing on all unit cells adjacent to each other, thereby associating unit cell equivalent circuits of all unit cells and generating an entire equivalent circuit.

パワーインテグリティ解析装置1は、全体の等価回路を用いて、回路基板のパワーインテグリティを計算する(S18)。全体の等価回路の所定の入力節点に所定の入力電圧(例えば、パルス電圧)を印加したときに、全体の等価回路の出力節点に生じる電圧の時間変位を求める。具体的には、パワーインテグリティ計算部14は、入力節点から出力節点に至る経路上にある節点に生じる電圧及び節点間に流れる電流を例えばLIMを用いて時間的に交互に計算し、出力節点における電圧を求める。パワーインテグリティ解析装置1は、パワーインテグリティの計算結果をディスプレイに表示することによって出力する(S20)。   The power integrity analyzer 1 calculates the power integrity of the circuit board using the entire equivalent circuit (S18). When a predetermined input voltage (for example, a pulse voltage) is applied to a predetermined input node of the entire equivalent circuit, a time displacement of the voltage generated at the output node of the entire equivalent circuit is obtained. Specifically, the power integrity calculation unit 14 alternately calculates the voltage generated at the nodes on the path from the input node to the output node and the current flowing between the nodes in time using, for example, the LIM, and at the output node. Find the voltage. The power integrity analyzer 1 outputs the power integrity calculation result by displaying it on the display (S20).

図8は図7のパワーインテグリティ処理の計算結果の一例を示す図であって、入力電圧Vinに対する出力電圧Voutを示す波形図である。また、図9は図7のパワーインテグリティ処理によって得られた回路基板の全体の等価回路を示す回路図である。すなわち、図8は、図9に示す全体の等価回路において、入力節点にパルス電圧Vinをかけたときに出力節点に生じる電圧Voutの時間変化を示す。図8に示すように、入力節点にパルス電圧をかけると、出力節点の電圧値が変動することが分かる。以上、本実施形態のパワーインテグリティ解析装置1の構成及び動作について説明した。   FIG. 8 is a diagram showing an example of the calculation result of the power integrity process of FIG. 7, and is a waveform diagram showing the output voltage Vout with respect to the input voltage Vin. FIG. 9 is a circuit diagram showing an entire equivalent circuit of the circuit board obtained by the power integrity processing of FIG. That is, FIG. 8 shows a time change of the voltage Vout generated at the output node when the pulse voltage Vin is applied to the input node in the entire equivalent circuit shown in FIG. As shown in FIG. 8, it can be seen that when a pulse voltage is applied to the input node, the voltage value of the output node varies. The configuration and operation of the power integrity analysis apparatus 1 according to this embodiment have been described above.

本実施形態のパワーインテグリティ解析装置1は、対向する単位面によって挟まれた3次元領域を単位セルとし、単位セルの電気的特性を表現した単位セル等価回路を生成する。そして、互いに隣接する単位セル等価回路どうしを関係付けて全体の等価回路を生成する。この全体の等価回路は、全節点に接地キャパシタが接続され、全節点間にインダクタが接続されているので、節点に印加される電流及び節点間に流れる電流の値を時間的に交互に計算することができ、パワーインテグリティの計算を高速に行うことができる。   The power integrity analysis apparatus 1 according to the present embodiment generates a unit cell equivalent circuit that expresses the electrical characteristics of a unit cell using a three-dimensional region sandwiched between opposing unit surfaces as a unit cell. Then, the unit cell equivalent circuits adjacent to each other are related to generate an entire equivalent circuit. In this entire equivalent circuit, since a grounded capacitor is connected to all nodes and an inductor is connected between all nodes, the current applied to the nodes and the value of the current flowing between the nodes are calculated alternately in time. And the power integrity calculation can be performed at high speed.

図10は図8の実施例の計算条件について説明する図であって、回路基板の斜視図である。本実施例では、グラウンド層G1、電源層P、グラウンド層G2の3層を含む回路基板のパワーインテグリティを解析した。なお、電源層Pは切り欠かれており、グラウンド層G1,G2の半分の大きさである。図10では、各層を格子状に分割したときの単位面の数によって各層の大きさを示している。回路基板の比誘電率は3.0、導体損失は0.0001[Ω]、各層間の距離は1[mm]として計算した。また、単位面のサイズが20[mm]×20[mm]となるように、電源層P、グラウンド層G1,G2を分割した。   FIG. 10 is a perspective view of the circuit board for explaining the calculation conditions of the embodiment of FIG. In this example, the power integrity of the circuit board including the three layers of the ground layer G1, the power supply layer P, and the ground layer G2 was analyzed. Note that the power supply layer P is notched and is half the size of the ground layers G1 and G2. In FIG. 10, the size of each layer is indicated by the number of unit surfaces when each layer is divided into a lattice. The relative dielectric constant of the circuit board was 3.0, the conductor loss was 0.0001 [Ω], and the distance between each layer was 1 [mm]. The power supply layer P and the ground layers G1 and G2 were divided so that the size of the unit surface was 20 [mm] × 20 [mm].

このような回路基板において、グラウンド層G1と電源層Pとの間に入力電圧Vinを印加したときに、対角線上にある頂点において、グラウンド層G2に現れる出力電圧Voutの時間的変化を本発明のパワーインテグリティ解析装置1によって求めた。また、比較例1として、従来技術に係るM−FDMを用いて回路基板の等価回路を生成し、公知のSPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis;以下、SPICEという。)を用いてパワーインテグリティの解析を行い、比較例2として本実施形態と同様に生成した回路基板の等価回路に基づいてSPICEを用いてパワーインテグリティの解析を行った。   In such a circuit board, when the input voltage Vin is applied between the ground layer G1 and the power supply layer P, the temporal change of the output voltage Vout appearing in the ground layer G2 at the apex on the diagonal line is represented by the present invention. It was determined by the power integrity analyzer 1. Further, as Comparative Example 1, an equivalent circuit of a circuit board is generated using M-FDM according to the related art, and power integrity analysis is performed using a known SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis; hereinafter referred to as SPICE). As a comparative example 2, the power integrity was analyzed using SPICE based on the equivalent circuit of the circuit board generated in the same manner as in the present embodiment.

図11は図7のパワーインテグリティ処理の解析結果の一例を示す図であって、入力電圧Vinに対する出力電圧Voutを示す波形図である。図11に示すように、本発明の実施例、比較例1及び比較例2は、ほぼ同じ精度で解析を行うことができた。下記表1は、解析に要した時間を示す表である。   FIG. 11 is a diagram showing an example of the analysis result of the power integrity process of FIG. 7, and is a waveform diagram showing the output voltage Vout with respect to the input voltage Vin. As shown in FIG. 11, the example of the present invention, the comparative example 1 and the comparative example 2 were able to perform analysis with substantially the same accuracy. Table 1 below is a table showing the time required for the analysis.

Figure 2011076583
Figure 2011076583

表1に示すように実施例では、比較例1に示すように、従来技術に係るM−FDMでは、4017.681(秒)もの時間を要したのに対し、本実施例では、わずか0.054(秒)で解析を行うことができた。このように、実施例では、従来技術に係るM−FDMを用いたパワーインテグリティの解析方法と比較して、劇的に処理速度が向上した。また、本実施例と同様の単位セル等価回路を用いた場合であっても、パワーインテグリティの計算にSPICEを用いた場合には、比較例2に示すように41.074(秒)の時間を要し、本実施例より100倍程度の時間がかかった。   As shown in Table 1, in the example, as shown in Comparative Example 1, the M-FDM according to the related art required 401.7681 (seconds), whereas in the present example, only 0. Analysis was possible at 054 (seconds). Thus, in the example, the processing speed was dramatically improved as compared with the power integrity analysis method using the M-FDM according to the prior art. Even when a unit cell equivalent circuit similar to that of the present embodiment is used, when SPICE is used for calculation of power integrity, a time of 41.074 (seconds) is obtained as shown in Comparative Example 2. In short, it took about 100 times as long as this example.

比較例1、比較例2で用いたSPICEによる解析は、解析時に、時間ステップ毎に
、Ax=b(A:回路行列、x:未知数ベクトル、B:入力ベクトル)の連立方程式を解く方法である。本実施例では、LIMを用いたことにより、このような連立方程式を解かなくてもよいので、高速に計算を行えたと考えられる。
The analysis by SPICE used in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 is a method of solving simultaneous equations of Ax = b (A: circuit matrix, x: unknown vector, B: input vector) for each time step during analysis. . In this embodiment, since it is not necessary to solve such simultaneous equations by using LIM, it is considered that the calculation can be performed at high speed.

なお、比較例2が比較例1よりも高速で計算を行えた理由としては、回路基板の等価回路の含まれる節点数が少ないこと、モデル化した回路行列に非ゼロ要素(フィル・イン)が少ないことが挙げられる。   The reason why the comparative example 2 was able to calculate at a higher speed than the comparative example 1 is that the number of nodes included in the equivalent circuit of the circuit board is small, and the modeled circuit matrix has non-zero elements (fill-in). There are few things.

以上説明したように、本実施形態によれば、対向する単位面によって挟まれた3次元領域を単位セルとし、単位セルの電気的特性を表現した単位セル等価回路を生成する。単位セルの電気的特性は、全節点に接地キャパシタが接続され、全節点間にインダクタが接続された単位セル等価回路によって表現する。これにより、複数の単位セル等価回路を関係付けて生成した全体の等価回路では、節点に印加される電圧値と節点間に流れる電流値を例えば時間的に交互に計算することができ、パワーインテグリティの計算を高速に行うことができる。   As described above, according to the present embodiment, a unit cell equivalent circuit expressing the electrical characteristics of a unit cell is generated using a three-dimensional region sandwiched between opposing unit surfaces as a unit cell. The electrical characteristics of the unit cell are expressed by a unit cell equivalent circuit in which a ground capacitor is connected to all nodes and an inductor is connected between all nodes. As a result, in the entire equivalent circuit generated by associating a plurality of unit cell equivalent circuits, the voltage value applied to the node and the current value flowing between the nodes can be calculated alternately, for example, in time, and the power integrity Can be calculated at high speed.

本実施形態のパワーインテグリティ解析装置1は、上記単位セル等価回路の基本構成を記憶した記憶部16を備え、上記等価回路生成部13は、記憶部16から上記単位セル等価回路の基本構成を読み出し、上記単位セルの単位面の大きさと単位面間の距離とに基づいて、上記単位セル等価回路を構成する接地キャパシタ及びインダクタの値を決定し、上記単位セル等価回路を生成してもよい。   The power integrity analysis apparatus 1 of this embodiment includes a storage unit 16 that stores the basic configuration of the unit cell equivalent circuit. The equivalent circuit generation unit 13 reads the basic configuration of the unit cell equivalent circuit from the storage unit 16. The unit cell equivalent circuit may be generated by determining the values of the ground capacitor and the inductor constituting the unit cell equivalent circuit based on the size of the unit surface of the unit cell and the distance between the unit surfaces.

単位セル画定部11にて生成される単位セルはいずれも2つの単位面で挟まれた同一の構成を有しているので、その電気的特性を表す単位セル等価回路の基本構成は同じである。単位セル等価回路の基本構成をあらかじめ記憶部16に記憶しておくことにより、単位セル等価回路を高速に生成することができる。   Since the unit cells generated by the unit cell demarcation unit 11 have the same configuration sandwiched between two unit planes, the basic configuration of the unit cell equivalent circuit representing the electrical characteristics is the same. . By storing the basic configuration of the unit cell equivalent circuit in the storage unit 16 in advance, the unit cell equivalent circuit can be generated at high speed.

本実施形態のパワーインテグリティ解析装置において、等価回路生成部13は、互いに隣接する第1の単位セルと第2の単位セルの単位セル等価回路を関係付ける場合に、上記第1の単位セルの単位セル等価回路に、上記第2の単位セルの単位セル等価回路において上記第1の単位セルとの境界に流れ込む電流と等価の電流を与える電流制御電流源を付加し、上記第2の単位セルの単位セル等価回路に、上記第1の単位セルの単位セル等価回路において上記第2の単位セルとの境界に印加される電圧と等価の電圧を与える電圧制御電圧源を付加してもよい。この構成により、複数の単位セル等価回路を好適に関係付けることができる。   In the power integrity analysis apparatus according to the present embodiment, the equivalent circuit generation unit 13 determines the unit of the first unit cell when the unit cell equivalent circuit of the first unit cell and the second unit cell adjacent to each other is related. A current control current source for providing a current equivalent to a current flowing into the boundary with the first unit cell in the unit cell equivalent circuit of the second unit cell is added to the cell equivalent circuit, and the second unit cell of the second unit cell A voltage control voltage source that provides a voltage equivalent to the voltage applied to the boundary with the second unit cell in the unit cell equivalent circuit of the first unit cell may be added to the unit cell equivalent circuit. With this configuration, a plurality of unit cell equivalent circuits can be suitably related.

第2の実施形態.
まず、第2の実施形態の背景技術について以下に説明する。
Second embodiment.
First, the background art of the second embodiment will be described below.

近年、パワーインテグリティは、高速アナログ/デジタル混合回路の設計において最も重要な問題の1つとなっている。パワーインテグリティを検証するためには、電源分配回路網(PDN)を解析して、グランドバウンス、デルタ電流(ΔI)雑音及び同時スイッチング雑音(SSN)等の望ましくないノイズを推定しなければならない。   In recent years, power integrity has become one of the most important issues in the design of high speed analog / digital mixed circuits. In order to verify power integrity, the power distribution network (PDN) must be analyzed to estimate undesirable noise such as ground bounce, delta current (ΔI) noise and simultaneous switching noise (SSN).

通常、プリント配線基板(以下、PCBという。)又はプリント配線パッケージのPDNは、多層の電源/グランド(P/G)プレーンペア(以下、電源プレーンとグランドプレーンとのペアを、P/Gプレーンペアという。なお、プレーンは導体板を意味する。)を用いて設計される。全波電磁シミュレータを用いるPDNの詳細な解析は、正確な結果をもたらす。しかしながら、これは、膨大なCPU時間及び大量のメモリ容量を要する。PCB又はパッケージの場合、PDNは、多くの事例で二次元P/Gプレーンとしてモデル化することができる。   Usually, a printed wiring board (hereinafter referred to as a PCB) or a PDN of a printed wiring package has a multilayer power / ground (P / G) plane pair (hereinafter referred to as a power / ground plane pair, a P / G plane pair). In addition, a plane is designed using a conductor plate. Detailed analysis of the PDN using a full wave electromagnetic simulator gives accurate results. However, this requires enormous CPU time and a large memory capacity. In the case of a PCB or package, the PDN can be modeled as a two-dimensional P / G plane in many cases.

図13は解析対象の回路基板であって、誘電体基板73の上下に、理想的な平行平板からなる電源層71及びグラウンド層72を貼り合わせた回路基板の構造例及びその中の基本セル70の構造を示す斜視図である。また、図14は図13の基本セル70の3次元の等価回路を示す回路図である。周知のように、1つのP/Gプレーンペアは、図13及び図14に示すような単位セルモデルへ空間的に離散化されることが可能である。単位セルの等価回路の各RLGCパラメータは、サイズ及び媒体係数によって導出される(例えば、非特許文献1参照。)。従って、全波シミュレータの代わりに、P/Gプレーンペアが多数の集中RLC素子としてモデル化されれば、SPICE等の従来型のシミュレータを利用可能である。しかしながら、SPICEを用いてこれらを解析することは、PDN回路が大規模であることに起因してやはり困難である。   FIG. 13 shows a circuit board to be analyzed, which is an example of the structure of a circuit board in which a power supply layer 71 and a ground layer 72 made of ideal parallel plates are bonded to the top and bottom of a dielectric substrate 73, and a basic cell 70 therein. It is a perspective view which shows the structure. FIG. 14 is a circuit diagram showing a three-dimensional equivalent circuit of the basic cell 70 of FIG. As is well known, one P / G plane pair can be spatially discretized into a unit cell model as shown in FIGS. Each RLGC parameter of the equivalent circuit of the unit cell is derived by the size and the medium coefficient (see, for example, Non-Patent Document 1). Therefore, if the P / G plane pair is modeled as a large number of concentrated RLC elements instead of the full wave simulator, a conventional simulator such as SPICE can be used. However, it is still difficult to analyze these using SPICE due to the large scale of the PDN circuit.

一方で、潜在性挿入方法(LIM)は、リープフロッグ(leapflog)アルゴリズムを基礎とする高速過渡シミュレーション方法の1つである(例えば、非特許文献2及び3参照、)。LIMシミュレーションでは、節点電圧ベクトル及び枝電流ベクトルが交互に計算される。これは、SPICEのようなシミュレータに使用される黙示的な数値積分とは対照的に、大規模RLC回路を極めて効率的に解析することができ、連立方程式を解く計算コストは遙かに少ない。例えば非特許文献4及び5において、発明者らは、リープフロッグアルゴリズムが、表皮効果及び誘電損失等の何らかの周波数依存分散を有する単位セルモデルよりなるPDN等価回路のシミュレーションに適することを示した。   On the other hand, the latent insertion method (LIM) is one of fast transient simulation methods based on a leapfrog algorithm (see, for example, Non-Patent Documents 2 and 3). In the LIM simulation, the node voltage vector and the branch current vector are calculated alternately. This is in contrast to the implicit numerical integration used in simulators such as SPICE, which can analyze large RLC circuits very efficiently, and the computational cost of solving simultaneous equations is much lower. For example, in Non-Patent Documents 4 and 5, the inventors have shown that the leapfrog algorithm is suitable for simulation of a PDN equivalent circuit composed of a unit cell model having some frequency-dependent dispersion such as skin effect and dielectric loss.

上述したように、1つのP/Gプレーンペアは、この単位セルモデルでモデル化することができる。しかしながら、実際のPDNは、通常は多くの正孔及びホールを有する多層P/Gプレーンペアよりなる。2つのプレーンペア間には、正孔を通じて垂直方向に電磁結合が存在することから、単位セルモデルを単純に適用して実際のPDNをモデル化することはできない。この問題を克服するために、例えば非特許文献6及び7において多層有限差分法(M−FDM)が提案されている。M−FDMは、正孔及びホールを有する複雑なプレーンペアを大規模RLC回路としてモデル化することができる。これらの回路は、SPICEにより時間領域で解くことができるが、演算速度は遅い。さらに、リープフロッグアルゴリズムは解析される回路構成に限界を有することから、リープフロッグアルゴリズムがM−FDMにより生成される等価回路を解くことは困難である。換言すれば、すべての枝はインダクタを有していなければならず、すべての節点は悉く接地されたキャパシタと接続されなければならない。M−FDMにより生成される等価回路は、LIMの条件を満たさない。   As described above, one P / G plane pair can be modeled by this unit cell model. However, an actual PDN usually consists of a multi-layer P / G plane pair with many holes and holes. Since there is electromagnetic coupling in the vertical direction through the holes between the two plane pairs, it is impossible to simply apply the unit cell model to model an actual PDN. In order to overcome this problem, for example, Non-Patent Documents 6 and 7 propose a multilayer finite difference method (M-FDM). M-FDM can model a complex plane pair having holes and holes as a large-scale RLC circuit. These circuits can be solved in the time domain by SPICE, but the calculation speed is slow. Furthermore, since the leapfrog algorithm has a limit in the circuit configuration to be analyzed, it is difficult for the leapfrog algorithm to solve an equivalent circuit generated by M-FDM. In other words, every branch must have an inductor, and every node must be connected to an ungrounded capacitor. An equivalent circuit generated by M-FDM does not satisfy the LIM condition.

本実施形態では、正孔及びホールを有する多層P/Gプレーンペアよりなる電源分配回路網(PDN)の効果的なモデル化方法を提案する。発明者らの方法では、垂直方向に結合される独立したプレーンペアをそれぞれ、単位セルモデルよりなる集中RLC等価回路としてモデル化する。正孔又はホール同士の境界では、別々にモデル化した回路を、電界と磁界との関係に従って電圧制御電圧源(VCVS)及び電流制御電流源(CCCS)によって接続する。その結果、発明者らの方法により生成される等価回路全体は、リープフロッグアルゴリズムにより難なく解くことができる。さらに、発明者らの方法により生成される等価回路は、SPICEを用いても、M−FDMにより生成されるものよりはるかに高速で解くことができる。   In the present embodiment, an effective modeling method for a power distribution network (PDN) composed of a multilayer P / G plane pair having holes and holes is proposed. In the inventors' method, each independent plane pair coupled in the vertical direction is modeled as a concentrated RLC equivalent circuit composed of unit cell models. At the boundary between holes or between holes, separately modeled circuits are connected by a voltage controlled voltage source (VCVS) and a current controlled current source (CCCS) according to the relationship between the electric field and the magnetic field. As a result, the entire equivalent circuit generated by the inventors' method can be solved without difficulty by the leapfrog algorithm. Furthermore, the equivalent circuit generated by the inventors' method can be solved at a much higher speed than that generated by M-FDM even if SPICE is used.

次いで、以下では、リープフロッグアルゴリズムを基礎とする高速過渡回路シミュレーション方法の1つであるLIMを簡単に説明する(例えば、非特許文献2及び3参照。)。例えば非特許文献4及び5において、発明者らは既に、LIMが単位セルモデルよりなるPDN等価回路のシミュレーションに適することを示している。LIMにより解析されるべき回路は、各枝がインダクタを有しかつ各節点が接地されたキャパシタを有することを要する。   Next, LIM, which is one of fast transient circuit simulation methods based on the leapfrog algorithm, will be briefly described below (see, for example, Non-Patent Documents 2 and 3). For example, in Non-Patent Documents 4 and 5, the inventors have already shown that LIM is suitable for simulation of a PDN equivalent circuit composed of a unit cell model. The circuit to be analyzed by LIM requires each branch to have an inductor and each node to have a grounded capacitor.

図15(a)は潜在性挿入手法(Latency Insertion Method;LIM)を用いて回路解析するときの、2つの節点間の枝の回路を示す回路図であり、図15(b)は図15(a)の節点からの電流流出及び接地回路を示す回路図である。図15(a)に示すように、直列のインダクタ、抵抗及び電圧源よりなる枝の場合、キルヒホッフの電圧則方程式(以下、KVL方程式という。)は次式で表される。なお、当該明細書において、数式がイメージ入力された墨付き括弧の数番号と、数式が文字入力された大括弧の数式番号とを混在して用いており、また、当該明細書での一連の数式番号として「式(1)」の形式を用いて数式番号を式の最後部に付与して(付与していない数式も存在する)用いることとする。   FIG. 15A is a circuit diagram showing a circuit of a branch between two nodes when circuit analysis is performed using a latency insertion method (LIM), and FIG. 15B is a circuit diagram of FIG. It is a circuit diagram which shows the electric current outflow from the node of a), and a ground circuit. As shown in FIG. 15A, Kirchhoff's voltage law equation (hereinafter referred to as KVL equation) is expressed by the following equation in the case of a branch composed of a series inductor, resistor, and voltage source. In this specification, the number number of the black brackets in which the mathematical formula is imaged and the formula number of the square brackets in which the mathematical formula is input are used in combination. The formula number is assigned to the last part of the formula using the formula (1) as the formula number (there is also a formula that is not given).

Figure 2011076583
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ここで、上付き文字nは時間指数を示す。次に、枝電流は次式のように更新される。   Here, the superscript n indicates a time index. Next, the branch current is updated as follows:

Figure 2011076583
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各節点は、図15(b)に示すように、キャパシタ、コンダクタンス及び電流源のグランド(接地)への並列接続回路を有する。よって、キルヒホッフの電流則方程式(以下、KCL方程式という。)は次式で表される。   Each node has a parallel connection circuit of a capacitor, a conductance, and a current source to the ground (ground) as shown in FIG. Therefore, Kirchhoff's current law equation (hereinafter referred to as KCL equation) is expressed by the following equation.

Figure 2011076583
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ここで、Mは節点aへ接続される枝の数である。次に、節点電圧は次式のように更新される。 Here, M a is the number of branches connected to the node a. Next, the nodal voltage is updated as follows:

Figure 2011076583
Figure 2011076583

最後に、式(2)及び(4)に従った、かつ交互的な半分の時間ステップにおける枝電流及び節点電圧の交互「リープフロッグ」更新によって過渡シミュレーションが行われる。安定的なシミュレーションを行うために、時間ステップΔtのサイズは、回路内のインダクタンス及びキャパシタンスの最小値を基礎として、次式のように決定される。   Finally, a transient simulation is performed by alternating “leap frog” updates of branch current and node voltage according to equations (2) and (4) and in alternating half time steps. In order to perform a stable simulation, the size of the time step Δt is determined as follows based on the minimum values of inductance and capacitance in the circuit.

Figure 2011076583
Figure 2011076583

次いで、多層有限差分法について以下に説明する。   Next, the multilayer finite difference method will be described below.

図16(a)は解析対象の多層回路基板の縦断面図であり、図16(b)は図16(a)の多層回路基板の等価回路を示す回路図である。複数のP/Gプレーンペアが積層されるものとすると、図16に示すように、プレーンペア間に正孔及びホールが存在しなければ、各P/Gプレーンペアは、単位セルモデルよりなる等価回路として別々にモデル化することができる。これは、周波数が高い電流は、表皮効果によって導体の表面のみを流れることに起因する。一方で、実際の多層のP/Gプレーンペアは通常、多くの正孔及びホールを有する。2つのプレーンペア間には正孔を通じて垂直方向に電磁結合が存在することから、単位セルモデルを単純に適用して実際のPDNをモデル化することはできない。この問題を克服するために、例えば非特許文献6及び7において多層有限差分法(M−FDM)が提案されている。以下は、最初にこのM−FDMを簡単に説明し、次に、M−FDMに導体損失のモデル化を改良する余地のあることを指摘する。   16A is a longitudinal sectional view of the multilayer circuit board to be analyzed, and FIG. 16B is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the multilayer circuit board of FIG. 16A. Assuming that a plurality of P / G plane pairs are stacked, as shown in FIG. 16, if there are no holes and holes between the plane pairs, each P / G plane pair is equivalent to a unit cell model. It can be modeled separately as a circuit. This is because a current having a high frequency flows only on the surface of the conductor due to the skin effect. On the other hand, an actual multilayer P / G plane pair typically has many holes and holes. Since electromagnetic coupling exists between the two plane pairs in the vertical direction through holes, it is not possible to simply apply the unit cell model to model an actual PDN. In order to overcome this problem, for example, Non-Patent Documents 6 and 7 propose a multilayer finite difference method (M-FDM). The following briefly describes this M-FDM first, and then points out that there is room for improving the modeling of conductor loss in M-FDM.

ここで、まず、M−FDMを基礎とする多層プレーンペアのモデル化について以下に説明する。   Here, first, modeling of a multi-layer plane pair based on M-FDM will be described below.

図17(a)は3つのプレーン81(P1)〜83(P3)を含む基本セルの構造を示す斜視図であり、図17(b)は従来技術に係る多層有限差分法(Multilayered finite-difference method;以下、M−FDMという。)による基本セルの等価回路を示す回路図である。M−FDMは、図17のような多層プレーンをモデル化する。この事例では、プレーン83(P3)が共通基準端子として選択されている。プレーン81(P1)及びプレーン82(P2)の部分自己インダクタンスがそれぞれL1及びL2であれば、プレーン81(P1)とプレーン82(P2)との間に部分相互インダクタンスL2が導入される。   FIG. 17A is a perspective view showing the structure of a basic cell including three planes 81 (P1) to 83 (P3), and FIG. 17B is a multilayered finite-difference method according to the prior art. It is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a basic cell by method; hereinafter referred to as M-FDM). M-FDM models a multilayer plane as shown in FIG. In this example, the plane 83 (P3) is selected as the common reference terminal. If the partial self-inductances of the plane 81 (P1) and the plane 82 (P2) are L1 and L2, respectively, a partial mutual inductance L2 is introduced between the plane 81 (P1) and the plane 82 (P2).

図18は中間の電源層も右半分において切り欠けがあるときの回路基板の一例を示す縦断面図である。図18において、切り欠けにより誘電体層90が厚さd及びdから厚さd1(≒2d)に変化している(図23A及び図26も同様に示す。)。図18に示す例は、中間プレーンの右半分がないことから、単位セルモデルによって単純にモデル化することはできない。これに対して、M−FDMはこれを図19のようにモデル化することができる。   FIG. 18 is a longitudinal sectional view showing an example of the circuit board when the middle power supply layer also has a notch in the right half. In FIG. 18, the dielectric layer 90 is changed from the thickness d and d to the thickness d1 (≈2d) due to the notch (FIGS. 23A and 26 are also shown). The example shown in FIG. 18 cannot be simply modeled by the unit cell model because there is no right half of the intermediate plane. In contrast, the M-FDM can model this as shown in FIG.

図19は従来技術に係るM−FDMを用いて作成された図18の等価回路を示す回路図である。図19の等価回路はSPICEによって解くことができるが、リープフロッグアルゴリズムは解析されるべき回路構成に限界を有することから、リープフロッグアルゴリズムがこれを解くことは困難である。   FIG. 19 is a circuit diagram showing the equivalent circuit of FIG. 18 created using the M-FDM according to the prior art. The equivalent circuit of FIG. 19 can be solved by SPICE. However, since the leapfrog algorithm has a limit on the circuit configuration to be analyzed, the leapfrog algorithm is difficult to solve.

次いで、単位セルモデルとM−FDMとの等価性について以下に説明する。   Next, the equivalence between the unit cell model and M-FDM will be described below.

図20(a)は従来技術に係るM−FDMを用いて作成された1次元の等価回路の一例を示す回路図であり、図20(b)は本実施形態に係る基本セルモデルを用いて作成された1次元の等価回路の一例を示す回路図である。多層プレーンペア間に正孔及びホールが存在しなければ、M−FDMにより生成される等価回路は、数学的には1つの単位セルモデルよりなるものに等しくなるはずである。例えば、図20に示すように3つのプレーンを含む単純な一次元事例では、M−FDMにより生成される等価回路のKVL方程式は次式で表される。   FIG. 20A is a circuit diagram showing an example of a one-dimensional equivalent circuit created using the M-FDM according to the prior art, and FIG. 20B shows a basic cell model according to this embodiment. It is a circuit diagram which shows an example of the produced one-dimensional equivalent circuit. If there are no holes and holes between the multilayer plane pairs, the equivalent circuit generated by M-FDM should be mathematically equivalent to that of a single unit cell model. For example, as shown in FIG. 20, in a simple one-dimensional case including three planes, an equivalent circuit KVL equation generated by M-FDM is expressed by the following equation.

[数1]
an−1−Van=(R+sL+sL)Ian−1+sLbn−1 (6)
[数2]
bn−1−Vbn=sLan−1+(R+sL)Ibn−1 (7)
[Equation 1]
V an-1 −V an = (R 1 + sL 1 + sL 2 ) I an-1 + sL 2 I bn-1 (6)
[Equation 2]
V bn−1 −V bn = sL 2 I an−1 + (R 2 + sL 2 ) I bn−1 (7)

ここで、s=jωである。また、KCL方程式は次式で表される。   Here, s = jω. The KCL equation is expressed by the following equation.

[数3]
(G+sC)(Van−Vbn)=Ian−1−Ian (8)
[数4]
(G+sC)Vbn=Ibn−1−Ibn+Ian−1−Ian (9)
[Equation 3]
(G + sC) (V an −V bn ) = I an−1 −I an (8)
[Equation 4]
(G + sC) V bn = I bn−1 −I bn + I an−1 −I an (9)

=R=0のように導体損失が無視できるものであるとして、発明者らは下記のような変数の変更を導入する。 Assuming that the conductor loss is negligible such as R 1 = R 2 = 0, the inventors introduce the following variable changes.

[数5]
abn=Van−Vbn,Vabn−1=Van−1−Vbn−1 (10)
[数6]
I’bn=Ian+Ibn,I’bn−1=Ian−1+Ibn−1 (11)
[Equation 5]
V abn = V an −V bn , V abn−1 = V an−1 −V bn−1 (10)
[Equation 6]
I ′ bn = I an + I bn , I ′ bn−1 = I an−1 + I bn−1 (11)

その結果、式(6)から(9)は、下記のように書き換えられる。   As a result, equations (6) through (9) can be rewritten as follows:

[数7]
abn−1−Vabn=sLan−1 (12)
[数8]
bn−1−Vbn=sLI’bn−1 (13)
[数9]
(G+sC)Vabn=Ian−1−Ian (14)
[数10]
(G+sC)Vbn=I’bn−1−I’bn (15)
[Equation 7]
V abn-1 −V abn = sL 1 I an-1 (12)
[Equation 8]
V bn−1 −V bn = sL 2 I ′ bn−1 (13)
[Equation 9]
(G + sC) V abn = I an−1 −I an (14)
[Equation 10]
(G + sC) V bn = I ′ bn−1 −I ′ bn (15)

実際のところ、式(12)から(15)は、図20(b)に示すような単位セルモデルを用いる等価回路のKVL及びKCLと全く同じである。従って、抵抗Rが無視できるものであれば、M−FDMと単位セルモデルとの間に等価性を見出すことができる。しかしながら、高周波では、導体損失は通常無視できる程度ではない。導体損失を含む事例では、図20(a)と図20(b)は数学的に等しくはない。   Actually, the equations (12) to (15) are exactly the same as the KVL and KCL of the equivalent circuit using the unit cell model as shown in FIG. Therefore, if the resistance R is negligible, equivalence can be found between the M-FDM and the unit cell model. However, at high frequencies, conductor losses are usually not negligible. In cases involving conductor losses, FIG. 20 (a) and FIG. 20 (b) are not mathematically equal.

図21は変形されたM−FDMを用いて作成された等価回路の一例を示す回路図である。従って、発明者らは導体損失の処理を是正するために、M−FDMを基礎とする等価回路を図21のように変形する。この変形では、プレーン81(P1)とプレーン82(P2)との間に相互抵抗を導入する。図21のKVL方程式は次式で表される。   FIG. 21 is a circuit diagram showing an example of an equivalent circuit created using a modified M-FDM. Therefore, the inventors modify the equivalent circuit based on M-FDM as shown in FIG. 21 in order to correct the conductor loss. In this modification, a mutual resistance is introduced between the plane 81 (P1) and the plane 82 (P2). The KVL equation in FIG. 21 is expressed by the following equation.

[数11]
an−1−Van=(R+R+sL+sL)Ian−1+(R+sL)Ibn−1
(16)
[数12]
bn−1−Vbn=(R+sL)Ian−1+(R+sL)Ibn−1 (17)
[Equation 11]
V an-1 −V an = (R 1 + R 2 + sL 1 + sL 2 ) I an-1 + (R 2 + sL 2 ) I bn−1
(16)
[Equation 12]
V bn−1 −V bn = (R 2 + sL 2 ) I an−1 + (R 2 + sL 2 ) I bn−1 (17)

式(10)及び(11)を使用すれば、式(16)及び(17)は次式のように書き換えられる。   If Expressions (10) and (11) are used, Expressions (16) and (17) can be rewritten as the following expression.

[数13]
abn−1−Vabn=(R+sL)Ian−1 (18)
[数14]
bn−1−Vbn=(R+sL)I’bn−1 (19)
[Equation 13]
V abn-1 −V abn = (R 1 + sL 1 ) I an-1 (18)
[Formula 14]
V bn−1 −V bn = (R 2 + sL 2 ) I ′ bn−1 (19)

式(18)及び(19)は、図20(b)に示す単位セルモデルを用いる等価回路のKVLに等しいことが分かる。図21の等価回路がSPICEによって解析されるとすれば、電流制御電圧源であるH素子を相互抵抗として使用することができる。一方で、M−FDM及び変形されたM−FDMにより生成される等価回路をLIMが解くことは、これらの方法がLIM条件を満たさないことから困難である。   It can be seen that the equations (18) and (19) are equal to the KVL of the equivalent circuit using the unit cell model shown in FIG. If the equivalent circuit of FIG. 21 is analyzed by SPICE, an H element that is a current control voltage source can be used as a mutual resistance. On the other hand, it is difficult for the LIM to solve the equivalent circuit generated by the M-FDM and the modified M-FDM because these methods do not satisfy the LIM condition.

次いで、リープフロッグアルゴリズムに適する多層プレーンペアのモデル化について以下に説明する。すなわち、正孔及びホールを有する多層P/Gプレーンペアの効果的なモデル化方法を提案する。提案する方法では、垂直方向に接続される独立したプレーンペアをそれぞれ、単位セルモデルよりなる集中RLC等価回路としてモデル化する。例えば、図18の場合、プレーン81(P1)及び83(P3)は、これらのプレーンの右半分で接続されている。従って、このペアを独立した等価回路としてモデル化する。   Next, modeling of a multilayer plane pair suitable for the leapfrog algorithm will be described below. That is, an effective modeling method for a multilayer P / G plane pair having holes and holes is proposed. In the proposed method, each independent plane pair connected in the vertical direction is modeled as a concentrated RLC equivalent circuit composed of unit cell models. For example, in the case of FIG. 18, the planes 81 (P1) and 83 (P3) are connected by the right half of these planes. Therefore, this pair is modeled as an independent equivalent circuit.

図22は本実施形態に係る基本セルモデルを用いて作成された図18の等価回路を示す回路図である。これらのプレーンの左半分には2つのプレーンペアが存在することから、図22に示すように、独立した3つのサブ回路の等価回路を得ることができる。   FIG. 22 is a circuit diagram showing the equivalent circuit of FIG. 18 created using the basic cell model according to the present embodiment. Since two plane pairs exist in the left half of these planes, an equivalent circuit of three independent sub-circuits can be obtained as shown in FIG.

次には、3つのサブ回路の等価回路を正しく接続することが必要である。例えば非特許文献6は、プレーンペア間の相互接続を実現することは困難であると述べているが、この問題を電磁レベルで考察すれば、これらを正しく接続することは難しくない。   Next, it is necessary to correctly connect the equivalent circuits of the three sub-circuits. For example, Non-Patent Document 6 states that it is difficult to realize interconnection between plane pairs, but considering this problem at an electromagnetic level, it is not difficult to connect them correctly.

図23Aは図22の3つのサブ回路を接続するための変数を定義するための回路基板の構造を示す斜視図であり、図23Bは本実施形態に係る等価回路を作成するときに用いる仮定条件を説明するための図23Aの斜視図である。   FIG. 23A is a perspective view showing a structure of a circuit board for defining variables for connecting the three sub-circuits of FIG. 22, and FIG. 23B is an assumption condition used when creating an equivalent circuit according to this embodiment. It is a perspective view of FIG. 23A for demonstrating.

まず、電圧、電流及び磁界を図23(a)に示すように定義する。ここで、Δx、Δy及びΔzはそれぞれ、x、y及びz方向の単位セルサイズを示す。例えば、Vz1とIz1との関係は次式で表される。 First, the voltage, current and magnetic field are defined as shown in FIG. Here, Δx, Δy, and Δz indicate unit cell sizes in the x, y, and z directions, respectively. For example, the relationship between V z1 and I z1 is expressed by the following equation.

Figure 2011076583
Figure 2011076583

ここで、σ及びεはそれぞれ誘電損失及び誘電率である。次に、垂直電流Iz1及びIz2を、アンペアの法則によって次の近似式のように概算することができる。 Here, σ and ε are dielectric loss and dielectric constant, respectively. Next, the vertical currents I z1 and I z2 can be approximated according to Ampere's law as in the following approximate expression.

[数15]
z1≒Hy1Δy−Hy3Δy=Ix1−I (21)
[数16]
z2≒Hy2Δy−Hy3Δy=Ix2−I (22)
[Equation 15]
I z1 ≈H y1 Δy−H y3 Δy = I x1 −I a (21)
[Equation 16]
I z2 ≈H y2 Δy−H y3 Δy = I x2 −I a (22)

ここで、x方向の磁場は除外する。その結果、図22に示す3つの等価回路を電圧制御電圧源(VCVS)及び電流制御電流源(CCCS)によって図24に示すように接続することができる。上記式(21)及び(22)の近似の設定条件は、図23Bに示すように、プレーン82(P2)を延在させるように仮定したときに、延在するプレーン82(P2)の上側の磁界Hy3aと下側の磁界Hy3bと、プレーン82(P2)を延在させないときの磁界Hy3(図23A)が次式のごとく実質的に同一となる条件である。 Here, the magnetic field in the x direction is excluded. As a result, the three equivalent circuits shown in FIG. 22 can be connected as shown in FIG. 24 by the voltage control voltage source (VCVS) and the current control current source (CCCS). As shown in FIG. 23B, the approximate setting conditions of the above formulas (21) and (22) are as follows when the plane 82 (P2) is assumed to extend. This is a condition that the magnetic field H y3a , the lower magnetic field H y3b, and the magnetic field H y3 (FIG. 23A) when the plane 82 (P2) is not extended are substantially the same as the following expression.

[数17]
y3≒Hy3a≒Hy3b (23)
[Equation 17]
H y3 ≒ H y3a ≒ H y3b (23)

図24は本実施形態に係る基本セルを用いた等価回路作成方法によって作成された全体の等価回路の第1の例の回路図であり、図25は本実施形態に係る基本セルを用いた等価回路作成方法によって作成された全体の等価回路の第2の例の回路図である。図24及び図25に示すように、互いに隣接する基本セルの等価回路において、電圧制御電圧源と、電流制御電流源及びそれに並列接続されたGC回路との並列回路とを入れ替えることができる。図18は典型例であるが、提案方法は、さらに複雑な構成を難なくモデル化することができる。さらに、発明者らが提案する方法によって生成される等価回路は、LIM等のリープフロッグアルゴリズムによって解くことができる。   FIG. 24 is a circuit diagram of a first example of the entire equivalent circuit created by the equivalent circuit creation method using the basic cell according to this embodiment, and FIG. 25 is an equivalent diagram using the basic cell according to this embodiment. It is a circuit diagram of the 2nd example of the whole equivalent circuit created by the circuit creation method. As shown in FIGS. 24 and 25, in the equivalent circuit of the basic cells adjacent to each other, the voltage control voltage source and the parallel circuit of the current control current source and the GC circuit connected in parallel thereto can be switched. FIG. 18 is a typical example, but the proposed method can model a more complicated configuration without difficulty. Furthermore, the equivalent circuit generated by the method proposed by the inventors can be solved by a leapfrog algorithm such as LIM.

次いで、第2の実施形態の数値計算結果について以下に説明する。   Next, numerical calculation results of the second embodiment will be described below.

図26は本実施形態による解析対象のPDN回路基板の一例を示す斜視図である。まず、提案するモデル化方法の有効性を検証するために、図26に示すPDNをシミュレーションした。図27は図26のPDN回路基板に印加する入力電圧Vinを示す波形図である。入力電圧Vinの電圧源ポイントを、図27にプロットした三角波形で励起した。P/Gプレーンペアは、異なる3つのモデル化方法で、すなわちM−FDM、変形されたM−FDM及び発明者らが上記で提案した方法でモデル化する。提案するモデル化の有効性及び効率を検証するために、シノプシス社のStar−HSPICE(登録商標)を使用してシミュレーションした過渡応答を比較した。シミュレーションはすべて、32ビットWindows Vista(登録商標)オペレーティングシステムを有するインテル製Core2Duo(登録商標)2.33GHzパーソナルコンピュータ上で実行した。HSPICE(登録商標)は、式(5)から3.54psecとして選択される一定の時間ステップサイズを使用する。また、発明者らは、正確なオプションを1に設定している。HSPICE(登録商標)では、正確なオプションを1に設定すると、より詳細なシミュレーションを実行することができるが、シミュレーション時間は長くなる(例えば、非特許文献8参照。)。   FIG. 26 is a perspective view showing an example of a PDN circuit board to be analyzed according to the present embodiment. First, in order to verify the effectiveness of the proposed modeling method, the PDN shown in FIG. 26 was simulated. FIG. 27 is a waveform diagram showing the input voltage Vin applied to the PDN circuit board of FIG. The voltage source point of the input voltage Vin was excited with a triangular waveform plotted in FIG. The P / G plane pair is modeled by three different modeling methods: M-FDM, modified M-FDM, and the method proposed above by the inventors. To verify the effectiveness and efficiency of the proposed modeling, the transient responses simulated using Synopsys Star-HSPICE® were compared. All simulations were run on an Intel Core2Duo® 2.33 GHz personal computer with a 32-bit Windows Vista® operating system. HSPICE® uses a constant time step size selected as 3.54 psec from equation (5). The inventors have also set the exact option to 1. In HSPICE (registered trademark), if the accurate option is set to 1, a more detailed simulation can be executed, but the simulation time becomes longer (for example, see Non-Patent Document 8).

単位セルのサイズ及び媒体係数は、w=1.0mm、d=0.2mm、t=0.02mm、σ=5.8x10、ε=4.5である。ここで、w、t及びdは単位セル70の幅、プレーン(導体板)厚さ、及び誘電体厚さであり、w>dであって、図13に定義されている。導体損失Rは次式で計算される。 The unit cell size and medium coefficient are w = 1.0 mm, d = 0.2 mm, t = 0.02 mm, σ = 5.8 × 10 7 , and ε r = 4.5. Here, w, t, and d are the width of the unit cell 70, the plane (conductor plate) thickness, and the dielectric thickness, and w> d, which is defined in FIG. The conductor loss R is calculated by the following equation.

Figure 2011076583
Figure 2011076583

ここで、fは信号周波数である。当然ながら、例えば非特許文献5において提案した周波数依存の単位セルモデルを使用することもできるが、単純化のために周波数独立モデルを使用する。このシミュレーションでは、f=1GHzであるものとして、導体損失はR≒0.182Ωである。   Here, f is a signal frequency. Of course, for example, the frequency-dependent unit cell model proposed in Non-Patent Document 5 can be used, but a frequency-independent model is used for the sake of simplicity. In this simulation, assuming that f = 1 GHz, the conductor loss is R≈0.182Ω.

図28は図26のPDN回路基板に入力電圧Vinを印加したときに各解析方法によって得られた出力電圧Voutを示す波形図である。すなわち、図28はHSPICE(登録商標)を用いてシミュレーションした出力電圧Voutにおける電圧波形をプロットしたものである。提案するモデル化方法の波形は、他の波形とよく一致している。次に、導体損失のモデル化の正確さを検証するために、導体損失を故意に10倍に増大させ、この変形の後、再度HSPICE(登録商標)シミュレーションを実行した。   FIG. 28 is a waveform diagram showing the output voltage Vout obtained by each analysis method when the input voltage Vin is applied to the PDN circuit board of FIG. That is, FIG. 28 plots the voltage waveform at the output voltage Vout simulated using HSPICE (registered trademark). The waveform of the proposed modeling method is in good agreement with other waveforms. Next, in order to verify the accuracy of modeling of the conductor loss, the conductor loss was intentionally increased 10 times, and after this deformation, the HSPICE® simulation was performed again.

図29は図26のPDN回路基板に入力電圧Vinを印加したときに、図28の場合に比較して10倍の損失抵抗を設定したときの各解析方法によって得られた出力電圧Voutを示す波形図である。すなわち、図29は出力電圧Voutにおける電圧波形をプロットしたものである。提案するモデル化方法の波形と変形されたM−FDMの波形とは完全に一致しているが、M−FDMの波形は、上述した理由により他とは異なっている。   FIG. 29 is a waveform showing the output voltage Vout obtained by each analysis method when the input voltage Vin is applied to the PDN circuit board of FIG. 26 and the loss resistance is set to 10 times that of FIG. FIG. That is, FIG. 29 is a plot of the voltage waveform at the output voltage Vout. The waveform of the proposed modeling method and the waveform of the modified M-FDM are completely the same, but the waveform of the M-FDM is different from the others for the reasons described above.

図32は本実施例に係る等価回路に対してHSPICE(登録商標)シミュレーションを行ったときのCPU時間を示す表である。フィルインの数は提案するモデル化方法が最少であることから、提案方法によって生成された等価回路は、M−FDM及び変形されたM−FDMにより生成されたものより高速で解かれ得ることが分かる。フィルインの数が最少である理由は、提案する等価回路ではキャパシタがすべて接地されることにある。   FIG. 32 is a table showing CPU time when HSPICE (registered trademark) simulation is performed on the equivalent circuit according to the present embodiment. It can be seen that the equivalent circuit generated by the proposed method can be solved faster than that generated by the M-FDM and the modified M-FDM because the number of fill-ins is the least in the proposed modeling method. . The reason for the minimum number of fill-ins is that all capacitors are grounded in the proposed equivalent circuit.

次に、リープフロッグアルゴリズムの効率を検証するために、PDNの過渡応答をシミュレーションした。その配置は図26と同じであるが、プレーンの深さを25mmから100mmに変更した。リープフロッグアルゴリズムを基礎とする提案する過渡回路シミュレータを用いてシミュレーションした過渡応答を、疎行列(スパース行列)LU分解(例えば、非特許文献10参照。)を基礎とする発明者らの線形回路シミュレータであるFALCON(例えば、非特許文献9参照。)及びHSPICE(登録商標)と比較する。このシミュレーションでは、時間ステップオプションを2回に分けて変更することにより、HSPICE(登録商標)シミュレーションを実行した。MS−Visual C++コンパイラ、バージョン2008を用いて、発明者らの2つのシミュレータをコンパイルした。FALCON及びHSPICE(登録商標)シミュレーションでは、提案するモデル化方法によって生成された等価回路の節点数が76,860になった。   Next, in order to verify the efficiency of the leapfrog algorithm, the transient response of the PDN was simulated. The arrangement is the same as in FIG. 26, but the depth of the plane was changed from 25 mm to 100 mm. The linear circuit simulator of the inventors based on a sparse matrix (sparse matrix) LU decomposition (see, for example, Non-Patent Document 10) of a transient response simulated using a proposed transient circuit simulator based on a leapfrog algorithm And FALCON (see, for example, Non-Patent Document 9) and HSPICE (registered trademark). In this simulation, the HSPICE® simulation was performed by changing the time step option in two steps. The inventors' two simulators were compiled using the MS-Visual C ++ compiler, version 2008. In FALCON and HSPICE (registered trademark) simulation, the number of nodes of the equivalent circuit generated by the proposed modeling method is 76,860.

図30及び図31は図29の場合において各解析方法によって得られた出力電圧Voutを示す波形図である。すなわち、図30は出力電圧Voutにおける電圧波形をプロットしたものである。図30及び図31から明らかなように、発明者らのシミュレータで計算された波形は、FALCON及び時間ステップが一定であるHSPICE(登録商標)とよく一致している。   30 and 31 are waveform diagrams showing the output voltage Vout obtained by each analysis method in the case of FIG. That is, FIG. 30 is a plot of the voltage waveform at the output voltage Vout. As is apparent from FIGS. 30 and 31, the waveform calculated by the inventors' simulator is in good agreement with HSPICE (registered trademark) in which FALCON and the time step are constant.

図33は本実施例に係る等価回路に対してHSPICEシミュレータ及びリープフロッグシミュレータを用いてシミュレーションを行ったときのCPU時間を示す表である。図33から明らかなように、発明者らのシミュレータが、同じ時間ステップサイズでFALCON及びHSPICE(登録商標)よりそれぞれ約105倍及び486倍高速であることを示している。HSPICE(登録商標)が可変時間ステップを使用すればCPU時間は改善されるが、図31に示すように、シミュレーションの精度は下がる。   FIG. 33 is a table showing CPU time when the equivalent circuit according to the present embodiment is simulated using the HSPICE simulator and the leapfrog simulator. As can be seen from FIG. 33, our simulators are about 105 and 486 times faster than FALCON and HSPICE®, respectively, with the same time step size. If HSPICE® uses variable time steps, the CPU time is improved, but the simulation accuracy is reduced as shown in FIG.

以上説明したように、本実施形態によれば、正孔及びホールを有する多層P/Gプレーンペアの効果的なモデル化方法を提案した。数値結果から、提案方法によって生成される等価回路は、SPICEを用いてもM−FDMにより生成されるものより高速で解くことができる。また、発明者らのモデル化方法が導体損失を正しくモデル化できることは明らかである。さらにリープフロッグアルゴリズムは、同レベルの精度でHSPICE(登録商標)より486倍の高速化を可能にする。   As described above, according to the present embodiment, an effective modeling method for a multilayer P / G plane pair having holes and holes has been proposed. From the numerical results, the equivalent circuit generated by the proposed method can be solved at a higher speed than that generated by M-FDM using SPICE. It is also clear that the inventors' modeling method can correctly model conductor losses. Furthermore, the leapfrog algorithm enables 486 times faster than HSPICE (registered trademark) with the same level of accuracy.

第3の実施形態.
図34は本発明の第3の実施形態に係る等価回路において、2つのサブ回路に分割して電流制御電流源及び電圧制御電圧源を付加する方法を示す回路図である。図34において、基本的な手順は以下の通りである。
(1)ある節点において2つのサブ回路に分割したときに、接地キャパシタ及び接地コンダクタンスGを分割したどちらか一方の節点に残す。
(2)接地キャパシタC及び接地コンダクタンスGが残った節点には電流制御電流源を接続する。
(3)接地キャパシタC及び接地コンダクタンスGが無くなった節点には電圧制御電圧源を接続する。
Third embodiment.
FIG. 34 is a circuit diagram showing a method of adding a current-controlled current source and a voltage-controlled voltage source by dividing into two sub-circuits in an equivalent circuit according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 34, the basic procedure is as follows.
(1) When a node is divided into two sub-circuits, the ground capacitor and the ground conductance G are left at one of the divided nodes.
(2) A current control current source is connected to the node where the ground capacitor C and the ground conductance G remain.
(3) A voltage control voltage source is connected to the node where the ground capacitor C and the ground conductance G disappear.

図35(a)は第3の実施形態の実施例1に係る回路基板の縦断面図であり、図35(b)は実施形態に係る基本セルで分割画成したときの回路基板の縦断面図であり、図35(c)は図35(b)の回路基板に対して本実施形態に係る基本セルの等価回路、並びに、電流源及び電圧源の付加方法を用いたときの全体の等価回路の回路図である。図35及びそれ以下の図において、81,83はグランド層であり、82,84は電源層である。90は誘電体層である。図35(a)において、左半分では、電源層82,84により誘電体層90が各厚さdで分割されているが、右半分では、電源層82,84の切り欠けにより合計厚さd2(≒3d)となっている。図35(a)の回路基板で図1の単位セル画成部11により基本セルを画成すると、図35(b)のようになる。ここで、図35(b)の回路基板に対して、図1の等価回路生成部13により、基本セルの等価回路の適用、サブ回路への分割、及び電流制御電流源及び電圧制御電圧源の付加を行うと、図35(c)のようになる。なお、図35(c)において、右半分のサブ回路において、GC回路を1つの並列回路にまとめているが、本発明はこれに限らず、まとめなくてもよい。   FIG. 35A is a longitudinal sectional view of the circuit board according to Example 1 of the third embodiment, and FIG. 35B is a longitudinal section of the circuit board when divided and defined by the basic cell according to the embodiment. FIG. 35C is a diagram illustrating an equivalent circuit of the basic cell equivalent circuit according to the present embodiment and a total equivalent when using a method of adding a current source and a voltage source to the circuit board of FIG. It is a circuit diagram of a circuit. In FIGS. 35 and below, 81 and 83 are ground layers, and 82 and 84 are power supply layers. Reference numeral 90 denotes a dielectric layer. In FIG. 35A, in the left half, the dielectric layer 90 is divided by the thicknesses d by the power supply layers 82 and 84, but in the right half, the total thickness d2 is due to the notch of the power supply layers 82 and 84. (≈3d). When the basic cell is defined by the unit cell defining unit 11 of FIG. 1 on the circuit board of FIG. 35A, the result is as shown in FIG. Here, with respect to the circuit board of FIG. 35 (b), the equivalent circuit generation unit 13 of FIG. 1 applies the equivalent circuit of the basic cell, divides it into sub-circuits, and the current control current source and voltage control voltage source. When the addition is performed, the result is as shown in FIG. In FIG. 35C, in the right half sub-circuit, the GC circuits are combined into one parallel circuit. However, the present invention is not limited to this, and may not be combined.

図36(a)は第3の実施形態の実施例2に係る回路基板の縦断面図であり、図36(b)は実施形態に係る基本セルで分割画成したときの回路基板の縦断面図であり、図36(c)は図36(b)の回路基板に対して本実施形態に係る基本セルの等価回路、並びに、電流源及び電圧源の付加方法を用いたときの全体の等価回路の回路図である。図36(a)において、左半分では、電源層82により誘電体層90が各厚さd,d1(≒2d)で分割されているが、右半分では、電源層84の切り欠けにより各厚さd1,dで分割されている。すなわち、2つの切り欠け位置は回路基板の平面上で一致しているが、深さが異なる例である。図36(a)の回路基板で図1の単位セル画成部11により基本セルを画成すると、図36(b)のようになる。ここで、図36(b)の回路基板に対して、図1の等価回路生成部13により、基本セルの等価回路の適用、サブ回路への分割、及び電流制御電流源及び電圧制御電圧源の付加を行うと、図36(c)のようになる。なお、図36(c)において、左下のサブ回路及び右上のサブ回路において、GC回路を1つの並列回路にまとめているが、本発明はこれに限らず、まとめなくてもよい。   FIG. 36A is a longitudinal sectional view of a circuit board according to Example 2 of the third embodiment, and FIG. 36B is a longitudinal section of the circuit board when divided and defined by the basic cell according to the embodiment. FIG. 36C is a diagram illustrating an equivalent circuit of the basic cell equivalent circuit according to the present embodiment, and a total equivalent when using a method of adding a current source and a voltage source to the circuit board of FIG. It is a circuit diagram of a circuit. In FIG. 36A, in the left half, the dielectric layer 90 is divided by thicknesses d and d1 (≈2d) by the power supply layer 82, but in the right half, each thickness is due to the notch of the power supply layer 84. It is divided by d1, d. That is, the two notch positions are coincident on the plane of the circuit board, but are different in depth. When the basic cell is defined by the unit cell defining unit 11 of FIG. 1 on the circuit board of FIG. 36A, it is as shown in FIG. Here, for the circuit board of FIG. 36 (b), the equivalent circuit generation unit 13 of FIG. 1 applies the equivalent circuit of the basic cell, divides it into sub-circuits, and the current control current source and voltage control voltage source. When added, the result is as shown in FIG. In FIG. 36C, in the lower left subcircuit and the upper right subcircuit, the GC circuits are combined into one parallel circuit. However, the present invention is not limited to this and may not be combined.

図37(a)は第3の実施形態の実施例3に係る回路基板の縦断面図であり、図37(b)は実施形態に係る基本セルで分割画成したときの回路基板の縦断面図であり、図37(c)は図37(b)の回路基板に対して本実施形態に係る基本セルの等価回路、並びに、電流源及び電圧源の付加方法を用いたときの全体の等価回路の回路図である。図37(a)において、図36(a)と同様に、左半分では、電源層82により誘電体層90が各厚さd,d1(≒2d)で分割されているが、右半分では、電源層84の切り欠けにより各厚さd1,dで分割されている。すなわち、2つの切り欠け位置は回路基板の平面上で一致しているが、深さが異なる例である。図37(a)の回路基板で図1の単位セル画成部11により基本セルを画成すると、図37(b)のようになる。ここで、図37(b)の回路基板に対して、図1の等価回路生成部13により、基本セルの等価回路の適用、サブ回路への分割、及び電流制御電流源及び電圧制御電圧源の付加を行うと、図37(c)のようになる。図37の実施例3では、図36の実施例2に比較して、3番目の電圧制御電圧源を右下のサブ回路ではなく、左下のサブ回路に挿入したことを特徴としている。このように構成しても等価回路としては等価である。   FIG. 37A is a longitudinal sectional view of a circuit board according to Example 3 of the third embodiment, and FIG. 37B is a longitudinal section of the circuit board when divided and defined by the basic cell according to the embodiment. FIG. 37 (c) is an equivalent diagram of the entire circuit when using the equivalent circuit of the basic cell according to the present embodiment and the method of adding the current source and voltage source to the circuit board of FIG. 37 (b). It is a circuit diagram of a circuit. In FIG. 37A, as in FIG. 36A, in the left half, the dielectric layer 90 is divided by the thickness d, d1 (≈2d) by the power supply layer 82, but in the right half, The power source layer 84 is divided by the thicknesses d1 and d by the cutouts. That is, the two notch positions are coincident on the plane of the circuit board, but are different in depth. When the basic cell is defined by the unit cell defining unit 11 of FIG. 1 on the circuit board of FIG. 37A, it is as shown in FIG. Here, with respect to the circuit board of FIG. 37 (b), the equivalent circuit generator 13 of FIG. 1 applies the equivalent circuit of the basic cell, divides it into sub-circuits, and the current control current source and the voltage control voltage source When added, the result is as shown in FIG. The third embodiment shown in FIG. 37 is characterized in that the third voltage control voltage source is inserted not in the lower right sub-circuit but in the lower left sub-circuit as compared with the second embodiment shown in FIG. Even if configured in this way, it is equivalent as an equivalent circuit.

図38は図36の実施例2に係る等価回路に対してSPICEを用いて解析したときの等価回路を示す回路図であり、図39は図38の解析結果を示す図であって、2つの三角波信号からなる入力電圧V1並びに出力電圧V11,V12を示す波形図である。また、図40は図37の実施例3に係る等価回路に対してSPICEを用いて解析したときの等価回路を示す回路図であり、図41は図40の解析結果を示す図であって、2つの三角波信号からなる入力電圧V1並びに出力電圧V11,V12を示す波形図である。図39と図41との比較から明らかなように、波形の解析結果は同じであり、図36の等価回路と、図38の等価回路とが等価であることを実証できた。   FIG. 38 is a circuit diagram showing an equivalent circuit when the equivalent circuit according to the second embodiment of FIG. 36 is analyzed using SPICE, and FIG. 39 is a diagram showing the analysis result of FIG. It is a wave form diagram which shows the input voltage V1 which consists of a triangular wave signal, and output voltage V11, V12. 40 is a circuit diagram showing an equivalent circuit when the equivalent circuit according to Example 3 of FIG. 37 is analyzed using SPICE, and FIG. 41 is a diagram showing the analysis result of FIG. It is a wave form diagram which shows input voltage V1 which consists of two triangular wave signals, and output voltage V11, V12. As is clear from the comparison between FIG. 39 and FIG. 41, the analysis results of the waveforms are the same, and it was proved that the equivalent circuit of FIG. 36 and the equivalent circuit of FIG. 38 are equivalent.

変形例.
以上、本発明のパワーインテグリティ解析装置について実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明のパワーインテグリティ解析装置は上記した実施形態に限定されるものではない。
Modified example.
The power integrity analysis apparatus of the present invention has been described in detail with reference to the embodiment. However, the power integrity analysis apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment.

上記した実施形態で示した等価回路は一例であり、等価回路としては別のモデルを採用してもよい。ただし、単位セルの等価回路(基本構成)は、少なくとも全節点に接地キャパシタが接続され、全節点間にインダクタを有することが必要である。   The equivalent circuit shown in the above embodiment is an example, and another model may be adopted as the equivalent circuit. However, the equivalent circuit (basic configuration) of the unit cell needs to have a ground capacitor connected to at least all nodes and have an inductor between all nodes.

また、上述の実施形態で示した各サブ回路の等価回路を関係付ける方法は一例であり、各単位セルの境界条件が整合すれば、別の方法で関係付けを行ってもよい。   Further, the method of relating the equivalent circuits of the sub-circuits shown in the above-described embodiments is an example, and if the boundary conditions of the unit cells are matched, the association may be performed by another method.

図12は図7のパワーインテグリティ処理によって得られた、回路基板の別の例の全体の等価回路を示す回路図である。例えば、図5に示す回路の一部を入れ替えて、図12に示す回路を生成して関係付けを行うことも可能である。   FIG. 12 is a circuit diagram showing an entire equivalent circuit of another example of the circuit board obtained by the power integrity processing of FIG. For example, it is possible to replace the part of the circuit shown in FIG. 5 and generate the circuit shown in FIG.

また、上述の実施形態では、所定の出力節点の電圧の時間変位をパワーインテグリティの出力結果として出力する例を示したが、回路基板の全体の等価回路の全節点に生じる電圧変位を出力結果として出力してもよい。   In the above-described embodiment, an example is shown in which the time displacement of the voltage at a predetermined output node is output as the output result of power integrity. However, the voltage displacement that occurs at all the nodes of the entire equivalent circuit of the circuit board is output as the output result. It may be output.

以上詳述したように、本発明に係るパワーインテグリティ解析装置及び方法並びにプログラムによれば、全節点に接地キャパシタが接続され、全節点間にインダクタが接続された回路基板全体の等価回路を生成し、当該全体の等価回路を用いてパワーインテグリティの計算を高速に行うことができる。特に、上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが第1の厚さから、上記第1の厚さよりも大きな第2の厚さに変化する位置があるときに、当該厚さが変化する位置である節点において、上記等価回路を互いに隣接する複数のサブ等価回路に分割して切り離し、一方のサブ等価回路の基本セルに対して当該基本セルの節点から流れる電流と等価な電流を流す電流制御電流源を付加する一方、他方のサブ等価回路の基本セルに対して当該基本セルの節点に印加される電圧と等価な電圧を印加する電圧制御電圧源を付加することにより、互いに隣接する複数のサブ等価回路どうしを関係付け、上記回路基板の等価回路を生成することができる。これにより、これにより、電源層において切り欠け等があっても、従来技術に比較して高精度でしかも高速で当該回路基板のパワーインテグリティを計算することができる。   As described above in detail, according to the power integrity analysis apparatus, method, and program according to the present invention, an equivalent circuit of the entire circuit board in which a ground capacitor is connected to all nodes and an inductor is connected between all nodes is generated. The power integrity calculation can be performed at high speed using the entire equivalent circuit. In particular, the thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board or the thickness between the power supply layer and another power supply layer is larger than the first thickness from the first thickness. When there is a position where the thickness changes, the equivalent circuit is divided into a plurality of adjacent sub-equivalent circuits at the node where the thickness changes, and the basic cell of one of the sub-equivalent circuits is separated. In contrast, a current control current source for supplying a current equivalent to the current flowing from the node of the basic cell is added to the basic cell of the other sub-equivalent circuit, and equivalent to the voltage applied to the node of the basic cell. By adding a voltage control voltage source for applying a voltage, a plurality of sub-equivalent circuits adjacent to each other can be related to generate an equivalent circuit of the circuit board. Thereby, even if there is a notch or the like in the power supply layer, the power integrity of the circuit board can be calculated with higher accuracy and higher speed than in the conventional technique.

1…パワーインテグリティ解析装置、
10…構造情報入力部、
11…単位セル画定部、
13…等価回路生成部、
14…パワーインテグリティ計算部、
15…結果出力部、
16…記憶部、
20〜29…単位面、
30〜35…単位セル、
30−2,30−3…等価回路、
40,41…電圧制御電圧源、
42,43…電流制御電流源、
50…CPU、
51…RAM、
52…ROM、
53…プログラム、
54…通信インターフェース、
55…ハードディスクメモリ、
56…操作部、
57…ディスプレイ、
58…バス、
70…単位セル、
P,71,82,84…電源導体層(電源層)、
G1,G2,72,81,83…グランド導体層(グランド層)、
73,90〜93…誘電体層、
P1〜P3…プレーン。
1 ... Power integrity analyzer,
10 ... Structure information input part,
11: Unit cell demarcation part,
13: Equivalent circuit generation unit,
14 ... Power integrity calculator,
15 ... Result output section,
16 ... storage part,
20-29 ... unit surface,
30-35 ... unit cell,
30-2, 30-3 ... equivalent circuit,
40, 41 ... Voltage control voltage source,
42, 43 ... current controlled current source,
50 ... CPU,
51 ... RAM,
52 ... ROM,
53 ... Program,
54. Communication interface,
55. Hard disk memory,
56 ... operation unit,
57 ... Display,
58 ... Bus
70 ... unit cell,
P, 71, 82, 84 ... power supply conductor layer (power supply layer),
G1, G2, 72, 81, 83... Ground conductor layer (ground layer),
73, 90-93 ... dielectric layer,
P1 to P3: Plane.

Claims (15)

少なくとも1つの電源層及び少なくとも1つのグラウンド層を含む多層構造の回路基板の上記電源層及び上記グラウンド層の形状とその配置を示す構造情報を入力する構造情報入力部と、
上記電源層及び上記グラウンド層を格子状に分割し、分割された単位面毎に対向する電源層又はグラウンド層の単位面を上記構造情報に基づいて求め、対向する2つの単位面によって挟まれた3次元領域を単位セルとして画定すると共に各単位セルの位置関係を求める単位セル画定部と、
単位セルの電気的特性を表現した単位セル等価回路の基本構成であって、全節点に接地キャパシタが接続され、全節点間にインダクタが接続された単位セル等価回路を記憶する記憶部と、
上記単位セル画定部にて画定された各単位セルに対して、上記記憶部に記憶された単位セル等価回路の基本構成を適用し、かつ、上記各単位セルの単位面の大きさと単位面間の距離とに基づいて、上記各単位セルの等価回路を構成する接地キャパシタ及びインダクタの値を決定して上記各単位セルの等価回路を生成した後、互いに隣接する単位セルの等価回路を連結することにより、上記回路基板全体の等価回路を生成する等価回路生成部と、
上記回路基板の所定の位置に電圧を印加したときに上記回路基板の他の位置に生じる電圧値を計算して出力するパワーインテグリティ計算部とを備えたパワーインテグリティ解析装置において、
上記等価回路生成部は、
上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが変化する位置があるときに、当該厚さが変化する位置である節点が、上記各基本セルを接続する節点に対応するように、上記記憶部に記憶された単位セル等価回路の基本構成を適用して、上記回路基板全体の等価回路を生成し、
上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが第1の厚さから、上記第1の厚さよりも大きな第2の厚さに変化する位置があるときに、当該厚さが変化する位置である節点において、上記等価回路を互いに隣接する複数のサブ等価回路に分割して切り離し、一方のサブ等価回路の基本セルに対して当該基本セルの節点から流れる電流と等価な電流を流す電流制御電流源を付加する一方、他方のサブ等価回路の基本セルに対して当該基本セルの節点に印加される電圧と等価な電圧を印加する電圧制御電圧源を付加することにより、互いに隣接する複数のサブ等価回路どうしを関係付け、上記回路基板の等価回路を生成することを特徴とするパワーインテグリティ解析装置。
A structure information input unit for inputting structure information indicating the shape and arrangement of the power supply layer and the ground layer of the circuit board having a multilayer structure including at least one power supply layer and at least one ground layer;
The power supply layer and the ground layer are divided into a lattice shape, and the unit surface of the power supply layer or the ground layer facing each divided unit surface is obtained based on the structure information, and sandwiched between the two unit surfaces facing each other. A unit cell delimiting unit that demarcates a three-dimensional region as a unit cell and obtains a positional relationship between the unit cells;
A basic configuration of a unit cell equivalent circuit expressing the electrical characteristics of the unit cell, a storage unit storing a unit cell equivalent circuit in which a ground capacitor is connected to all nodes and an inductor is connected between all nodes;
The basic configuration of the unit cell equivalent circuit stored in the storage unit is applied to each unit cell defined by the unit cell defining unit, and the unit plane size and unit plane between the unit cells And determining the values of the grounding capacitor and the inductor constituting the equivalent circuit of each unit cell based on the distance of the unit cell to generate the equivalent circuit of each unit cell, and then connecting the equivalent circuits of the unit cells adjacent to each other. Thus, an equivalent circuit generation unit that generates an equivalent circuit of the entire circuit board,
In a power integrity analysis apparatus comprising a power integrity calculation unit that calculates and outputs a voltage value generated at another position of the circuit board when a voltage is applied to a predetermined position of the circuit board.
The equivalent circuit generator is
When there is a position where the thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board or the thickness between the power supply layer and another power supply layer changes, the node where the thickness changes is Applying the basic configuration of the unit cell equivalent circuit stored in the storage unit so as to correspond to the nodes connecting the basic cells, an equivalent circuit of the entire circuit board is generated,
The thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board, or the thickness between the power supply layer and another power supply layer is a second thickness that is larger than the first thickness from the first thickness. When there is a position where the thickness changes, at the node where the thickness changes, the equivalent circuit is divided into a plurality of adjacent sub-equivalent circuits and separated. In addition, a current control current source for supplying a current equivalent to the current flowing from the node of the basic cell is added, while a voltage equivalent to the voltage applied to the node of the basic cell is applied to the basic cell of the other sub-equivalent circuit. A power integrity analysis apparatus characterized in that by adding a voltage control voltage source to be applied, a plurality of adjacent sub-equivalent circuits are related to each other to generate an equivalent circuit of the circuit board.
上記等価回路生成部は、上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが第1の厚さから、上記第1の厚さよりも大きな第2の厚さに変化する位置があるときに、上記第2の厚さの部分において電源層が存在して上記厚さが変化しないように仮定したときの仮定電流を仮定し、上記第1の厚さの電源層に流れる電流が当該電源層から上記グランド層に流れる電流と上記仮定電流とに分岐して流れるように仮定するという条件のもとで、上記電流制御電流源及び上記電圧制御電圧源を付加することを特徴とする請求項1記載のパワーインテグリティ解析装置。   The equivalent circuit generation unit is configured such that the thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board or the thickness between the power supply layer and another power supply layer is the first thickness. When there is a position where the thickness changes to a second thickness greater than that, an assumed current is assumed when a power supply layer is present in the second thickness portion and the thickness is assumed not to change. The current control current source and the current control current source under the condition that the current flowing through the power supply layer of the first thickness branches to the current flowing from the power supply layer to the ground layer and the assumed current. The power integrity analysis apparatus according to claim 1, wherein the voltage control voltage source is added. 上記等価回路生成部は、上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが第1の厚さから、上記第1の厚さよりも大きな第2の厚さに変化する位置があるときに、上記第2の厚さが実質的に上記第1の厚さの2倍の厚さであるとき、上記第2の厚さの部分において電源層が存在して上記厚さが変化せず、上記第1の厚さをそれぞれ有する2つのサブ等価回路に分割するように仮定したとき、各サブ等価回路での回路基板の面に平行な2つの磁界が上記分割しないときの当該磁界に実質的に一致するという条件のもとで、上記電流制御電流源及び上記電圧制御電圧源を付加することを特徴とする請求項2記載のパワーインテグリティ解析装置。   The equivalent circuit generation unit is configured such that the thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board or the thickness between the power supply layer and another power supply layer is the first thickness. The second thickness is substantially twice the first thickness when there is a position where the second thickness is greater than the second thickness. When it is assumed that the power supply layer exists in the portion and the thickness does not change and is divided into two sub equivalent circuits each having the first thickness, the surface of the circuit board in each sub equivalent circuit 3. The current-controlled current source and the voltage-controlled voltage source are added under the condition that two parallel magnetic fields substantially match the magnetic field when not divided. Power integrity analyzer. 上記等価回路生成部は、
互いに隣接する第1の単位セルと第2の単位セルの単位セル等価回路を関係付ける場合に、上記第1の単位セルの単位セル等価回路に、上記第2の単位セルの単位セル等価回路において上記第1の単位セルとの境界に流れ込む電流と等価の電流を与える電流制御電流源を付加し、
上記第2の単位セルの単位セル等価回路に、上記第1の単位セルの単位セル等価回路において上記第2の単位セルとの境界に印加される電圧と等価の電圧を与える電圧制御電圧源を付加することを特徴とする請求項1乃至3のうちのいずれか1つに記載のパワーインテグリティ解析装置。
The equivalent circuit generator is
When relating the unit cell equivalent circuit of the first unit cell and the second unit cell adjacent to each other, the unit cell equivalent circuit of the second unit cell is connected to the unit cell equivalent circuit of the first unit cell. Adding a current-controlled current source that gives a current equivalent to the current flowing into the boundary with the first unit cell;
A voltage control voltage source that applies a voltage equivalent to a voltage applied to a boundary with the second unit cell in the unit cell equivalent circuit of the first unit cell to the unit cell equivalent circuit of the second unit cell. The power integrity analysis apparatus according to claim 1, wherein the power integrity analysis apparatus is added.
上記パワーインテグリティ計算部は、上記回路基板の所定の位置に電圧を印加したときに、上記回路基板全体の等価回路の各節点に印加される電流及び各節点間に流れる電流の値を時間的に交互に計算する潜在性挿入手法(Latency Insertion Method;LIM)を用いて上記回路基板の他の位置に生じる電圧値を計算して出力することを特徴とする請求項1乃至4のうちのいずれか1つに記載のパワーインテグリティ解析装置。   When the voltage is applied to a predetermined position of the circuit board, the power integrity calculation unit temporally calculates the current applied to each node of the equivalent circuit of the entire circuit board and the current flowing between the nodes. 5. The voltage value generated at another position of the circuit board is calculated and output using a latency insertion method (LIM) that alternately calculates. 5. The power integrity analysis apparatus according to one. 上記パワーインテグリティ計算部は、上記回路基板の所定の位置に電圧を印加したときに、上記回路基板全体の等価回路の各節点に印加される電流及び各節点間に流れる電流の値を、各電流と各電圧との関係を示す連立方程式を数値積分法を用いて解くことにより計算するシミュレーションプログラム(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis;SPICE)を用いて上記回路基板の他の位置に生じる電圧値を計算して出力することを特徴とする請求項1乃至4のうちのいずれか1つに記載のパワーインテグリティ解析装置。   The power integrity calculation unit calculates a current applied to each node of the equivalent circuit of the entire circuit board and a current flowing between the nodes when a voltage is applied to a predetermined position of the circuit board. Calculate the voltage value generated at other positions on the circuit board using a simulation program (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis; SPICE) that solves the simultaneous equations showing the relationship between the voltage and each voltage using the numerical integration method. The power integrity analysis apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the power integrity analysis apparatus outputs the power integrity analysis apparatus. 上記記憶部は、単位セルの電気的特性を表現した単位セル等価回路の基本構成であって、全節点に接地キャパシタ及び接地コンダクタンスが接続され、全節点間にインダクタ及び抵抗が接続された単位セル等価回路を記憶することを特徴とする請求項1乃至6のうちのいずれか1つに記載のパワーインテグリティ解析装置。   The storage unit is a basic configuration of a unit cell equivalent circuit expressing the electrical characteristics of the unit cell, and a unit cell in which a ground capacitor and a ground conductance are connected to all nodes, and an inductor and a resistor are connected between all nodes. The power integrity analyzer according to any one of claims 1 to 6, wherein an equivalent circuit is stored. 少なくとも1つの電源層及び少なくとも1つのグラウンド層を含む多層構造の回路基板のパワーインテグリティをコンピュータにより解析するパワーインテグリティ解析方法であって、
上記コンピュータは、単位セルの電気的特性を表現した単位セル等価回路の基本構成であって、全節点に接地キャパシタが接続され、全節点間にインダクタが接続された単位セル等価回路を記憶する記憶部を備え、
上記パワーインテグリティ解析方法は、
少なくとも1つの電源層及び少なくとも1つのグラウンド層を含む多層構造の回路基板の上記電源層及び上記グラウンド層の形状とその配置を示す構造情報を入力するステップと、
上記電源層及び上記グラウンド層を格子状に分割し、分割された単位面毎に対向する電源層又はグラウンド層の単位面を上記構造情報に基づいて求め、対向する2つの単位面によって挟まれた3次元領域を単位セルとして画定すると共に各単位セルの位置関係を求めるステップと、
上記単位セル画定部にて画定された各単位セルに対して、上記記憶部に記憶された単位セル等価回路の基本構成を適用し、かつ、上記各単位セルの単位面の大きさと単位面間の距離とに基づいて、上記各単位セルの等価回路を構成する接地キャパシタ及びインダクタの値を決定して上記各単位セルの等価回路を生成した後、互いに隣接する単位セルの等価回路を連結することにより、上記回路基板全体の等価回路を生成するステップと、
上記回路基板の所定の位置に電圧を印加したときに上記回路基板の他の位置に生じる電圧値を計算して出力するステップとを含むパワーインテグリティ解析方法において、
上記等価回路を生成するステップは、
上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが変化する位置があるときに、当該厚さが変化する位置である節点が、上記各基本セルを接続する節点に対応するように、上記記憶部に記憶された単位セル等価回路の基本構成を適用して、上記回路基板全体の等価回路を生成し、
上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが第1の厚さから、上記第1の厚さよりも大きな第2の厚さに変化する位置があるときに、当該厚さが変化する位置である節点において、上記等価回路を互いに隣接する複数のサブ等価回路に分割して切り離し、一方のサブ等価回路の基本セルに対して当該基本セルの節点から流れる電流と等価な電流を流す電流制御電流源を付加する一方、他方のサブ等価回路の基本セルに対して当該基本セルの節点に印加される電圧と等価な電圧を印加する電圧制御電圧源を付加することにより、互いに隣接する複数のサブ等価回路どうしを関係付け、上記回路基板の等価回路を生成することを特徴とするパワーインテグリティ解析方法。
A power integrity analysis method for analyzing the power integrity of a multilayer circuit board including at least one power supply layer and at least one ground layer by a computer,
The computer has a basic configuration of a unit cell equivalent circuit expressing the electrical characteristics of the unit cell, and stores a unit cell equivalent circuit in which a ground capacitor is connected to all nodes and an inductor is connected between all nodes. Part
The above power integrity analysis method is
Inputting structural information indicating the shape and arrangement of the power supply layer and the ground layer of a multilayer circuit board including at least one power supply layer and at least one ground layer;
The power supply layer and the ground layer are divided into a lattice shape, and the unit surface of the power supply layer or the ground layer facing each divided unit surface is obtained based on the structure information, and sandwiched between the two unit surfaces facing each other. Defining a three-dimensional region as a unit cell and determining a positional relationship of each unit cell;
The basic configuration of the unit cell equivalent circuit stored in the storage unit is applied to each unit cell defined by the unit cell defining unit, and the unit plane size and unit plane between the unit cells And determining the values of the grounding capacitor and the inductor constituting the equivalent circuit of each unit cell based on the distance of the unit cell to generate the equivalent circuit of each unit cell, and then connecting the equivalent circuits of the unit cells adjacent to each other. A step of generating an equivalent circuit of the entire circuit board,
Calculating and outputting a voltage value generated at another position of the circuit board when a voltage is applied to a predetermined position of the circuit board.
The step of generating the equivalent circuit includes:
When there is a position where the thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board or the thickness between the power supply layer and another power supply layer changes, the node where the thickness changes is Applying the basic configuration of the unit cell equivalent circuit stored in the storage unit so as to correspond to the nodes connecting the basic cells, an equivalent circuit of the entire circuit board is generated,
The thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board, or the thickness between the power supply layer and another power supply layer is a second thickness that is larger than the first thickness from the first thickness. When there is a position where the thickness changes, at the node where the thickness changes, the equivalent circuit is divided into a plurality of adjacent sub-equivalent circuits and separated. In addition, a current control current source for supplying a current equivalent to the current flowing from the node of the basic cell is added, while a voltage equivalent to the voltage applied to the node of the basic cell is applied to the basic cell of the other sub-equivalent circuit. A power integrity analysis method comprising: adding a voltage control voltage source to be applied, and connecting a plurality of adjacent sub-equivalent circuits together to generate an equivalent circuit of the circuit board.
上記等価回路を生成するステップは、上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが第1の厚さから、上記第1の厚さよりも大きな第2の厚さに変化する位置があるときに、上記第2の厚さの部分において電源層が存在して上記厚さが変化しないように仮定したときの仮定電流を仮定し、上記第1の厚さの電源層に流れる電流が当該電源層から上記グランド層に流れる電流と上記仮定電流とに分岐して流れるように仮定するという条件のもとで、上記電流制御電流源及び上記電圧制御電圧源を付加することを特徴とする請求項8記載のパワーインテグリティ解析方法。   The step of generating the equivalent circuit includes a step in which the thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board or the thickness between the power supply layer and another power supply layer is the first thickness. Assuming an assumed current when it is assumed that there is a power supply layer in the second thickness portion and the thickness does not change when there is a position where the second thickness is larger than the thickness of the second thickness. And the current control current under the condition that the current flowing through the power supply layer having the first thickness branches to the current flowing from the power supply layer into the ground layer and the assumed current. 9. The power integrity analysis method according to claim 8, wherein a power source and the voltage control voltage source are added. 上記等価回路を生成するステップは、上記回路基板の電源層とグラウンド層との間の厚さ、もしくは電源層と別の電源層との間の厚さが第1の厚さから、上記第1の厚さよりも大きな第2の厚さに変化する位置があるときに、上記第2の厚さが実質的に上記第1の厚さの2倍の厚さであるとき、上記第2の厚さの部分において電源層が存在して上記厚さが変化せず、上記第1の厚さをそれぞれ有する2つのサブ等価回路に分割するように仮定したとき、各サブ等価回路での回路基板の面に平行な2つの磁界が上記分割しないときの当該磁界に実質的に一致するという条件のもとで、上記電流制御電流源及び上記電圧制御電圧源を付加することを特徴とする請求項9記載のパワーインテグリティ解析方法。   The step of generating the equivalent circuit includes a step in which the thickness between the power supply layer and the ground layer of the circuit board or the thickness between the power supply layer and another power supply layer is the first thickness. The second thickness when the second thickness is substantially twice the first thickness when there is a position that changes to a second thickness greater than the second thickness. When it is assumed that the power supply layer is present in this portion and the thickness does not change and is divided into two sub-equivalent circuits each having the first thickness, the circuit board of each sub-equivalent circuit 10. The current control current source and the voltage control voltage source are added under a condition that two magnetic fields parallel to a surface substantially match the magnetic field when not divided. The power integrity analysis method described. 上記等価回路を生成するステップは、
互いに隣接する第1の単位セルと第2の単位セルの単位セル等価回路を関係付ける場合に、上記第1の単位セルの単位セル等価回路に、上記第2の単位セルの単位セル等価回路において上記第1の単位セルとの境界に流れ込む電流と等価の電流を与える電流制御電流源を付加し、
上記第2の単位セルの単位セル等価回路に、上記第1の単位セルの単位セル等価回路において上記第2の単位セルとの境界に印加される電圧と等価の電圧を与える電圧制御電圧源を付加することを特徴とする請求項8乃至10のうちのいずれか1つに記載のパワーインテグリティ解析方法。
The step of generating the equivalent circuit includes:
When relating the unit cell equivalent circuit of the first unit cell and the second unit cell adjacent to each other, the unit cell equivalent circuit of the second unit cell is connected to the unit cell equivalent circuit of the first unit cell. Adding a current-controlled current source that gives a current equivalent to the current flowing into the boundary with the first unit cell;
A voltage control voltage source that applies a voltage equivalent to a voltage applied to a boundary with the second unit cell in the unit cell equivalent circuit of the first unit cell to the unit cell equivalent circuit of the second unit cell. The power integrity analysis method according to any one of claims 8 to 10, wherein the power integrity analysis method is added.
上記パワーインテグリティを計算するステップは、上記回路基板の所定の位置に電圧を印加したときに、上記回路基板全体の等価回路の各節点に印加される電流及び各節点間に流れる電流の値を時間的に交互に計算する潜在性挿入手法(Latency Insertion Method;LIM)を用いて上記回路基板の他の位置に生じる電圧値を計算して出力することを特徴とする請求項8乃至11のうちのいずれか1つに記載のパワーインテグリティ解析方法。   In the step of calculating the power integrity, when a voltage is applied to a predetermined position of the circuit board, the current applied to each node of the equivalent circuit of the entire circuit board and the value of the current flowing between the nodes are calculated in time. 12. A voltage value generated at another position of the circuit board is calculated and output using a latency insertion method (LIM) that alternately calculates the output of the circuit board. The power integrity analysis method according to any one of the above. 上記パワーインテグリティを計算するステップは、上記回路基板の所定の位置に電圧を印加したときに、上記回路基板全体の等価回路の各節点に印加される電流及び各節点間に流れる電流の値を、各電流と各電圧との関係を示す連立方程式を数値積分法を用いて解くことにより計算するシミュレーションプログラム(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis;SPICE)を用いて上記回路基板の他の位置に生じる電圧値を計算して出力することを特徴とする請求項8乃至11のうちのいずれか1つに記載のパワーインテグリティ解析方法。   In the step of calculating the power integrity, when a voltage is applied to a predetermined position of the circuit board, the current applied to each node of the equivalent circuit of the entire circuit board and the value of the current flowing between the nodes are calculated. Voltage values generated at other positions of the circuit board using a simulation program (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis; SPICE) which is calculated by solving simultaneous equations indicating the relationship between each current and each voltage using a numerical integration method The power integrity analysis method according to any one of claims 8 to 11, wherein the power integrity is calculated and output. 上記記憶部は、単位セルの電気的特性を表現した単位セル等価回路の基本構成であって、全節点に接地キャパシタ及び接地コンダクタンスが接続され、全節点間にインダクタ及び抵抗が接続された単位セル等価回路を記憶することを特徴とする請求項8乃至13のうちのいずれか1つに記載のパワーインテグリティ解析方法。   The storage unit is a basic configuration of a unit cell equivalent circuit expressing the electrical characteristics of the unit cell, and a unit cell in which a ground capacitor and a ground conductance are connected to all nodes, and an inductor and a resistor are connected between all nodes. The power integrity analysis method according to claim 8, wherein an equivalent circuit is stored. 請求項8乃至14のうちのいずれか1つに記載のパワーインテグリティ解析方法の各ステップを含むことを特徴とする、コンピュータにより実行可能なプログラム。   A computer-executable program comprising the steps of the power integrity analysis method according to any one of claims 8 to 14.
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