JP3643450B2 - コンピュータ支援設計システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に電子回路を構成するための回路基板のレイアウト設計を行なうためのCADシステムにおいて、基板上に配置するバイパスコンデンサの評価機能を有するコンピュータ支援設計システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
通常では、回路基板上に各種の電子回路を構成する場合に、特に高周波で動作する電子回路では、放射ノイズや電源ノイズを抑制するための対策が重要である。従来では、基板全体にノイズ除去用素子であるバイパスコンデンサを挿入する方法が採用されている。
【0003】
ところで、近年では、回路基板上に電子回路を構成するためのレイアウト設計は、コンピュータを利用したいわゆるCAD(computer aided design)システムによりなされている。このCADシステムにより、基板レイアウト設計時に、前記バイパスコンデンサの有効な配置場所を決定する必要がある。従来では、バイパスコンデンサの配置場所は、レイアウト設計者の経験に基づいて決定されているのが一般的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来では回路基板のレイアウト設計時に、レイアウト設計者の経験に基づいてバイパスコンデンサの配置場所を決定している。しかしながら、個々のバイパスコンデンサの特性や、基板上の局所的なプレーン層の特性などを簡単に把握する手段がないため、初期設計後に実測してノイズ抑制効果が十分であるか否かを確認し、不十分な場合には配置場所を修正するなど試行錯誤を繰り返すことになる。このため、回路基板レイアウト設計に要する時間が膨大となり、CADシステムの効率性が必ずしも生かされてない結果となっている。
【0005】
そこで、本発明の目的は、回路基板レイアウト設計時にバイパスコンデンサの配置場所に関係する性能評価を視覚的に把握できるようにして、バイパスコンデンサの配置場所の決定を効率的に行なうことを実現することにある。特に、本発明の目的は、回路基板のレイアウト設計を行なうためのCADシステムに、バイパスコンデンサの配置場所に関係する性能評価を視覚的に把握できる環境を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の観点は、電子回路を構成する回路基板のレイアウト設計を行なうためのコンピュータ支援設計システムであって、前記回路基板のレイアウト設計上必要な基板レイアウト情報を格納した基板レイアウト情報蓄積手段と、前記基板レイアウト情報に基づいて前記回路基板上に配置するノイズ除去用のバイパスコンデンサの配線路の配線長、抵抗率、配線厚、及び当該バイパスコンデンサの容量を含むパラメータに基づいてインピーダンス特性を算出し、このインピーダンス特性をもとに、前記回路基板上に前記ノイズ除去用のバイパスコンデンサを配置したときの指定されたインピーダンス値と同一の値を示す境界を決定する手段と、前記回路基板上での前記バイパスコンデンサの前記境界を視覚的に確認できるようにディスプレイの画面上に表示するための表示手段とを具備したことを特徴とするコンピュータ支援設計システムである。
【0007】
具体的には、CADシステムに設けられたバイパスコンデンサの配置評価ツール(ソフトウェア)により、回路基板のレイアウト設計上必要な基板レイアウト情報を利用して、バイパスコンデンサの配線路に関するパラメータを決定し、このパラメータに基づいて算出したインピーダンス特性から前記バイパスコンデンサの有効範囲を決定する。バイパスコンデンサの配線路に関するパラメータとは、バイパスコンデンサの配線路の配線長、抵抗率、配線幅、配線厚などである。さらに、前記ツールは決定したバイパスコンデンサの有効範囲を近似的楕円として、ディスプレイの画面上に表示する。
【0008】
このようなCADシステムにより、回路基板のレイアウト設計者は、バイパスコンデンサの配置評価ツールを呼び出して実行することにより、ディスプレイの画面上に表示されたバイパスコンデンサの有効範囲を楕円形状として、視覚的に確認することができる。従って、設計後の実測などの試行錯誤を繰り返すことなく、バイパスコンデンサの有効範囲を容易に把握することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は本実施形態に関係するバイパスコンデンサの配置評価ツール(ソフトウェア)の機能を説明するための機能ブロック図であり、図2は本実施形態に関係するCADシステムの機能ブロック図である。
ここで有効範囲とは、指定されたインピーダンス値と同一の値を示す境界で囲まれた内側の領域を意味しており、この有効範囲は後述するように近似的楕円の領域としてディスプレイの画面上に表示されることとなる。
(システム構成)
本実施形態のCADシステムは、図2に示すように、基板レイアウトCAD処理部(ソフトウェア)2と、本実施形態のバイパスコンデンサの配置評価ツール1と、オペレータにより各種のパラメータを入力するための入力部(データカード)3と、基板レイアウト情報を蓄積している記憶部4と、ディスプレイ5cの画面上にバイパスコンデンサの有効範囲を視覚的に表示するための表示処理部5a〜5cとを有する。
【0010】
本実施形態のバイパスコンデンサの配置評価ツールは、図1に示すように、複数の機能モジュールとして表現される。即ち、ツールのメイン要素10以外に、パラメータ読込部11と、デバイス抽出部12と、一覧サブウィンドウ生成部13と、配線チェック部14と、計算部15と、描画部16と、違反配線チェック部17と、メニュー制御部18と、違反配線一覧表示部19とを有する。
【0011】
パラメータ読込部11は、データカードなどの入力部3からオペレータが設定した各種のパラメータを読み込む。デバイス抽出部12は、CADシステムの記憶部4に蓄積されている基板レイアウト情報からバイパスコンデンサに関する情報を抽出して読み込む。一覧サブウィンドウ生成部13は、オペレータが選択するためのバイパスコンデンサのセル名などの一覧画面や、バイパスコンデンサの配線路に関するパラメータの変更画面を生成する(図3(A)を参照)。
【0012】
配線チェック部14は、オペレータにより検索対象外とされたセル名以外のセル名のバイパスコンデンサをチェックし、対象となるバイパスコンデンサの配置場所の座標、配線路の配線長L1や配線幅Wなどを算出する。なお、配線幅Wは対象となる配線の最小配線幅で近似する。計算部15は、配線チェック部14により算出された配線路の配線長L1や配線幅Wなどのパラメータおよびオペレータにより設定されたパラメータに基づいて、所定のアルゴリズムによりバイパスコンデンサの有効範囲を示す楕円形状の直径の半分を算出する。描画部16は、エディタ画面上に一つのバイパスコンデンサに対して、4つの同心楕円を描画する。違反配線チェック部17は、所定の配線規則に基づいて、非常に配線が長いバイパスコンデンサをチェックする。配線規則は例えば「KW≧L1+L2」である。Kはオペレータが設定可能な係数である。L1,L2は後述するように、バイパスコンデンサの配線路の配線長である(図6を参照)。メニュー制御部18は、ディスプレイ5cの画面の拡大、縮小、移動、配線違反一覧表示、終了などの制御を実行する。違反配線一覧表示部19は、違反配線チェック部17のチェック結果により、配線規則を満たしていないバイパスコンデンサを表示する。具体的には、図3(B)に示すように、その違反配線のバイパスコンデンサ(パスコン)のロケーション名(レイアウトCAD上でそれぞれの部品に対してユニークに付けられている名前)を画面上に表示する。
(本実施形態の配置評価ツールの作用効果)以下、本実施形態の配置評価ツールの動作を図4と図5のフローチャートを参照して説明する。
【0013】
まず、パラメータ読込部11は、データカードなどの入力部3からオペレータが設定した各種のパラメータを読み込むか(ステップS1)。デバイス抽出部12は記憶部4に蓄積されている基板レイアウト情報からバイパスコンデンサ(パスコンCと省略する)に関する情報を抽出して読み込む(ステップS2)。ここで、パスコンCは、図6(A)に示すように、電源セルVCCとグラウンドセルGND間の配線路に接続されている。電源セルVCCとグラウンドセルGNDとは、電源層とグラウンド層と配線を電気的に接続するための穴である。従って、デバイス抽出部12は対象となるパスコンCが前記のような配線路に相当するか否かをチェックし、それを示すポインタを保持する(ステップS4,S5)。
【0014】
一覧サブウィンドウ生成部13は、抽出されたパスコンのセル名や、各種のパラメータデフォルト値(オペレータにより変更可能)の一覧表示画面を生成して、図3(A)に示すように、ディスプレイの画面上に表示する(ステップS6,S7)。この一覧サブウィンドウ画面により、オペレータはバイパスコンデンサの配線路に関するパラメータを変更したり、対象外のパスコンセル名を指定できる。
【0015】
配線チェック部14は、オペレータにより検索対象外とされたセル名以外のセル名のバイパスコンデンサをチェックし、対象となるバイパスコンデンサの配置場所の座標、配線路の配線長L1や配線幅Wなどを算出する(ステップS9)。ここで、配線路の配線長L1は、図6(A)に示すように、電源セルVCCとグラウンドセルGND間の配線路の長さである。計算部15は、配線チェック部14により算出された配線路の配線長L1や配線幅Wなどのパラメータおよびオペレータにより設定されたパラメータに基づいて、所定のアルゴリズムによりパスコンの有効範囲を示す楕円の直径の半分(rad1)を算出し、さらにrad1から4つの同心楕円を示すrad4までを算出する(ステップS10)。ここで、計算部15のパラメータには、抵抗率a0,配線厚tなどが含まれる。違反配線チェック部17は、対象のパスコンが前記の所定の配線規則を満足するかいなかのチェックを行なう(ステップS11)。このような処理を経て、描画部16は、図7(C)に示すように、対象のパスコンの有効範囲を楕円形状として描画し、例えば周波数パラメータ毎に有効範囲が異なる同心楕円を描画する(ステップS13)。以下、メニュー制御部18と違反配線一覧表示部19により、図3(B)に示す違反配線のパスコン一覧を表示するなどの後処理を実行する(ステップS14〜S18)。
【0016】
ここで、対象のパスコンCの有効範囲を楕円形状として描画する原理について説明する。ここでは、図6(A)に示すように、配線長L1の電源セルVCCとグラウンドセルGND間の配線路に配置されたパスコンCを想定する。この配線路のインピーダンスZ1は、配線長L1、抵抗率a0、配線厚t、パスコンCの容量により決定される。抵抗率a0は、図6(B)に示すように、L1とZ1sk傾きとして表現される。さらに、図7(A)に示すように、配線路から所定の距離L3,L4の任意点Aを想定した場合に、プレーン層上の等価インピーダンスZ2を想定する(図7(B)を参照)。この等価インピーダンスZ2は、任意点Aから各セルまでの距離の和L2の関数として与えられる。このL2は「L2=L3+L4」である。このインピーダンスZ2と距離L2との関係から、図6(C)に示すように、傾きとして表現できるインピーダンス特性a1を決定できる。そして、インピーダンスZ1とZ2の和をZとした場合に、このインピーダンスの和Zに対応するL2を求めて、これを楕円の直径の半分とし、図7(A)に示すように、電源セルVCCとグラウンドセルGNDを焦点とする楕円を描画する。即ち、Z2が一定となるような任意点Aの軌跡を描く。
【0017】
次に、前述した楕円の直径rad1〜rad4に対応する楕円1〜4の算出方法を具体例を示して説明する。
Z2はa1により決定される。長さをxとしたときに、「Z2=f(x)」として表現する。このZ2の抵抗値をZとした場合に、図8(A)に示すように、その範囲により直径rad1〜rad4に対応する楕円1〜4が決定される。
【0018】
前記「Z2=f(x)」から逆関数gは、「x=g(Z2)」となる。また、「Z=Z1+Z2」から「Z2=Z−Z1」を求めて、「x=g(Z−Z1)」が求められる。従って、図8(A)に示すように、直径rad1〜rad4を算出することができる。具体的な計算例を図8(B)に示す。
【0019】
例えば楕円4について、L1を「10mm」とすると、rad4は図8(B)の計算例から「3.475cm」である。これから、図8(C)に示すように、セル間を結ぶ線分に対して垂直方向に±1.421cm、水平方向に±1.738cm(=±3.475/2)の長方形に内接する楕円4を描画することができる。
【0020】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、CADシステムによる回路基板レイアウト設計時に、バイパスコンデンサの配置場所に関係する有効範囲を楕円形状として視覚的に表示することができる。従って、オペレータは配置したバイパスコンデンサの性能評価を視覚的に把握できるため、設計後の実測による試行錯誤を繰り返す事なく、バイパスコンデンサの最適な配置場所の決定を効率的に行なうことができる。これにより、CADシステムの効率性を生かして、バイパスコンデンサの配置場所を含めた回路基板のレイアウト設計の効率を向上することができる。また、回路基板のレイアウト設計を行なうためのCADシステムにおいて、バイパスコンデンサの配置場所に関係する性能評価を視覚的に把握できる環境を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に関係するバイパスコンデンサの配置評価ツールの機能を説明するための機能ブロック図。
【図2】本実施形態に関係するCADシステムの機能ブロック図。
【図3】本実施形態に関係する配置評価ツールの表示機能を示す図。
【図4】本実施形態に関係する配置評価ツールの動作を説明するためのフローチャート。
【図5】本実施形態に関係する配置評価ツールの動作を説明するためのフローチャート。
【図6】本実施形態の動作を説明するための概念図。
【図7】本実施形態の動作を説明するための概念図。
【図8】本実施形態の具体例を説明するための図。
【符号の説明】
1…バイパスコンデンサの配置評価ツール
2…基板レイアウトCAD処理部
3…入力部(データカード)
4…記憶部4(基板レイアウト情報)
5a…表示処理部
5b…表示処理部
5c…表示処理部(ディスプレイ)
10…ツールメイン要素
11…パラメータ読込部
12…デバイス抽出部
13…一覧サブウィンドウ生成部
14…配線チェック部
15…計算部
16…描画部
17…違反配線チェック部
18…メニュー制御部
19…違反配線一覧表示部
Claims (4)
- 電子回路を構成する回路基板のレイアウト設計を行なうためのコンピュータ支援設計システムであって、
前記回路基板のレイアウト設計上必要な基板レイアウト情報を格納した基板レイアウト情報蓄積手段と、
前記基板レイアウト情報に基づいて前記回路基板上に配置するノイズ除去用のバイパスコンデンサの配線路の配線長、抵抗率、配線厚、及び当該バイパスコンデンサの容量を含むパラメータに基づいてインピーダンス特性を算出し、このインピーダンス特性をもとに、前記回路基板上に前記ノイズ除去用のバイパスコンデンサを配置したときの指定されたインピーダンス値と同一の値を示す境界を決定する手段と、
前記回路基板上での前記バイパスコンデンサの前記境界を視覚的に確認できるようにディスプレイの画面上に表示するための表示手段とを具備したことを特徴とするコンピュータ支援設計システム。 - 前記バイパスコンデンサによる前記境界を楕円形状として算出する算出手段を有し、
前記表示手段は、前記算出手段により算出された楕円形状を視覚的に表示することを特徴とする請求項1記載のコンピュータ支援設計システム。 - 前記バイパスコンデンサによる前記境界を複数の周波数パラメータ毎に決定する手段を有し、
前記表示手段は、前記周波数パラメータ毎に前記境界が異なる複数の楕円形状を視覚的に表示することを特徴とする請求項1記載のコンピュータ支援設計システム。 - 前記表示手段は、前記複数のバイパスコンデンサによる境界毎の複数の楕円形状を異なる表示色により視覚的に表示することを特徴とする請求項3記載のコンピュータ支援設計システム。
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