JP4185098B2 - 伝送信号解析プログラム、方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、動作周波数がギガヘルツを越えるＣＰＵを実装した回路ボードの伝送信号を解析する伝送信号解析方法、プログラム及び装置に関し、特に１００ビット程度のランダム信号を使用した３次元電磁界解析により伝送信号を解析する伝送信号解析プログラム、方法及び装置に関する。

近年、コンピュータにあっては、情報処理速度を上げるため、その制御の中心であるＣＰＵの動作周波数を高くして短時間に膨大な制御信号を伝送させ、制御時間を短くして計算時間の短縮が行われている。例えばＣＰＵの動作周波数は、２００１年には１ＧＨｚであったものが、２００２年には２ＧＨｚとなり、更に２００３年には３ＧＨｚになろうとしている。ところがＣＰＵの動作周波数が高くなることにより無視できない問題が出てきた。それが反射ノイズである。

一般に、図１のような送電端１０２からの長さｌの有限長の線路１００の受電端１０４に負荷インピーダンスＺｒを接続した場合、電圧波および電流波は正の方向に伝搬して行く入射波とその逆の方向に伝搬していく反射波が同時に存在する。

ここで受電端１０４に信号が到達した時の電圧をＶａ、受電端１０４で発生した反射電圧をＶｒとすると、線路１００の特性インピーダンスがＺ０であれば
Ｖｒ／Ｖａ＝（Ｚｒ−Ｚ０）／（Ｚｒ＋Ｚ０）＝ｍ （１）
但し、ｍは受電端における反射係数
が成り立つ。受電端１０４の反射波は送電端１０２に戻り、そこで再び反射し受電端１０４に向かう。反射係数ｍが０でない限り、これを繰り返すことになる。

図２は、図１における送電端１０２の電圧Ｖａと受電端１０４の電圧Ｖｒの反射による変化を示す。送電時刻をｔ０とすると、線路１００の伝搬遅延時間τｄだけ遅れて受電端１０４に信号が到達する。このとき受電端１０４の電圧Ｖｒは送電端１０２からの入射波の電圧Ｖａに反射波の電圧を加算した電圧になる。

この時の反射波も配線の伝搬遅延時間τｄだけ遅れて送電端１０２に到達し反射する。反射波はインピーダンスにより負にもなるため反射波を重ねていくにつれて受電端１０２の電圧Ｖｒは送電端１０２から送出した電圧Ｖａに落ち着く。

伝送信号の周波数が低いときは、受電端１０４の負荷Ｚｒも感度の遅いものが使用されるのが一般的である。即ち図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）のように、時刻ｔ１で負荷の感度が有効になる前に、図３（Ａ）のように反射が繰り返されて受電端の電圧Ｖｒが一定電圧に落ち着くか、また図４（Ａ）のように、時刻ｔ１までの信号の立上り時間中に受電端の電圧Ｖｒの反射が落ち着き一定電圧になるため、負荷が誤動作することはない。

しかし、ＣＰＵの動作周波数を高くした場合には、これに応じて感度の高い負荷が使用され、クロックで決まる１つの信号の幅もより短くなる。すると図５（Ａ）のように反射が繰り返しているときに図５（Ｂ）のように負荷が感応して誤動作することになる。

例えば送電端から「１１１」と送った場合、図５（Ａ）のように受信端の電圧が変動し、図５（Ｂ）のように、負荷は「１０１」と誤ってしまう。このように、近年、ＣＰＵの動作周波数がＧＨｚを越えるようになり、正常動作させるために伝送波形の反射ノイズの影響を無視できなくなってきている。

そこで１００ビットほどのビット列からなるランダム信号を入力して受電端の信号波形を３次元電磁界解析により解析して確認する方法がある。そのなかでも特にアイパターン解析がよく知られている。

ＣＰＵを搭載したプリント基板の伝送路における信号伝送の問題点として、伝送波形には必ず反射ノイズが発生する。そのためビット１，０の信号の並びによっては反射ノイズが重なり合い、誤動作するレベルに達する場合がある。

アイパターン解析は１００ビットほどのビット列からなるランダム信号の並びを入力波形とし、その信号の伝送結果として得られた受信端での信号波形を１ビットごと重ねあわせて表示し、表示上では１ビット分の長さにすることで反射ノイズの影響を受けた伝送波形の良否を観測しやすくしたものである。
ＥＰ １０８３５０１ Ａ１ 特開２０００−３５９８４ ＵＳ ２００２／００３２５５５ Ａ１ 特開２００２−１６３３２０ＥＰ

しかしながら、このような反射ノイズの影響を受けた伝送波形の良否の観測をシミュレーションで行おうとすると、１００ビットという非常にたくさんの信号を入力するため、シミュレーションによる解析時間が例えば数時間もかかってしまうという問題がある。

通常、配線の回路解析は、解析しようとする配線を電子回路部品である抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、キャパシタンスＣでモデル化しているが、ＣＰＵの動作周波数が１ＧＨｚ以上になると、配線の表面に電流が集中する表皮効果の影響、配線とグランド間の結合により発生する誘電損、更に配線以外の場所を伝播する電磁波の影響が無視できなくなり、例えばＳＰＩＣＥ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｅｍｐｈａｓｉｓ）として知られた汎用電子回路シミュレータでは対応できない。

このため近年にあっては、３次元電磁界解析を行うシミュレータが用いられている。３次元電磁界解析は、マクスウェルの方程式に立ち返って直接的に電磁界を計算するものであり、信号の発生源から電磁波がどのように伝わるのかを、配線部分やそれ以外のところの電磁界を計算し、最後に電圧や電流の表現に表示することにより、高周波の影響を含んだ解析が実現できる。

３次元電磁界解析の手法には、様々な手法があるが、マクスウェルの方程式を直接時間
と空間で離散化する有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ：Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ Ｍｅｔｈｏｄ）が汎用性が高く、並列計算も可能であり、コンピュータシミュレーションに適している。

しかしながら、有限差分時間領域法ＦＤＴＤを用いたシミュレータにあっては、３次元の解析空間を直交座標系を使って微細な直方体（セル）に分割しマクスウェルの方程式を適用して解いていくため、解析空間を分割する微細なセル数が百万オーダーという膨大な数となり、１つの信号の解析についてもかなりの計算時間がかかる。

これに加えアイパターン解析のためには、１００ビットほどのビット列からなるランダム信号の並びを入力波形として３次元電磁解析に亘って解析を行なうため、高性能のコンピュータを使用しても数時間にも及ぶ計算時間を必要とし、シミュレータとしては時間がかかりすぎる問題がある。

本発明は、３次元電磁界解析を必要とする配線モデルを対象にアイパターンの生成に必要なビット数の多いランダムな信号の解析結果が短時間で効率良く得られる伝送信号解析プログラム、方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明は、伝送信号解析プログラムを提供する。本発明の伝送信号解析プログラムは、コンピュータに、
回路ボードの設計情報の中から信号解析を行う送電端及び受電端で構成される配線モデルを指定するステップと、
送電端に信号パターンを入力した際に受電端で受信される出力波形を解析して生成する解析ステップと、
所定ビット数のランダム信号のビットに応じて出力波形を選択して、各ビット位置を起点に選択された出力波形を所定ビット数分生成する出力波形生成ステップと、
所定ビット数分の出力波形を合成してランダム信号を送電端に入力した際に受電端で受信される出力波形を生成する波形合成ステップと、
を実行させることを特徴とする。

ここで配線モデルを指定するステップは、受電端に配線及び負荷が接続される。また解析ステップは、送電端に０から１に変化する信号パターンを入力した際に受電端で受信される第１出力波形を解析して生成すると共に、送電端に１から０に変化する信号パターンを入力した際に受電端で受信される第２出力波形を解析して生成することを特徴とする。

本発明の伝送信号解析方法によれば、０から１、１から０に変化する２種類の信号について反射ノイズが落ち着くまでの時間分だけ解析し、アイパターン表示に必要なビット数の多いランダム信号の受電端での信号波形を２種類の信号の解析結果を合成することにより短時間で得ることができる。

本願発明は、本願発明者による次のような知見に基づいている。まずアイパターンを表示するために入力するランダム信号を分解してみると、０から１、１から０に変化する２種類の基本的な信号であることがわかる。したがって、これら２種の信号について時間をずらして合成することによってランダムな入力信号を再現できることがわかる。同様のことは伝送後の受電端での波形についてもいえる。

即ち、０から１、１から０に変化する２種類の基本的な入力信号を解析して得られた受電端の出力信号波形は、１００ビットのランダム信号の伝送結果として得られた出力信号
波形を分解した基本的な信号といえる。したがってランダム信号のビット位置に合わせ解析で得られた２種類の基本的な出力信号波形を合成することで、１００ビットのランダム信号の伝送結果が簡単に得られる。

ここで、解析ステップは、反射ノイズが静定する時間分の出力波形を解析して生成する。例えば解析ステップは、信号伝送時間の数倍分の出力波形を解析して生成する。

これは第１及び第２入力信号パターンを入力したときの受電端での出力信号波形の反射ノイズは、伝送線路を２〜３回往復すると無視することのできるレベルになる。そこで伝送線路を３回往復するところまで信号を解析し、あとは最終電圧をそのまま継続していれば良く、解析時間がこれだけで済む。

解析ステップは、信号伝送時間の数倍分の出力波形を解析して生成する。解析ステップは、配線モデルの３次元電磁界解析によりの出力波形を生成する。また解析ステップは、配線モデルの伝送クロック周波数を１ＧＨｚ以上として出力波形を解析する。

この３次元電磁界解析は、本発明にあっては、第１及び第２入力信号パターンを入力して伝送線路を２〜３回往復する時間だけで済み、従来、数時間を要したものが、３０分程度といった短時間で解析できる。

出力波形生成ステップは、所定ビット数のランダム信号のビット１で第１出巾波形を選択すると共にビット０で第２出力波形を選択して、各ビット位置を起点に選択された第１出力波形又は第２出力波形を所定ビット数分生成する。

波形合成ステップは、ランダム信号のビット周期毎に反転し、且つ各反転タイミングにおける１又は複数の出力波形の正又は負の変化分の総和を波形変化量とする合成波形を生成する。ランダム信号は１００ビットを越えるビット列である。出力波形生成ステップのランダム信号は１００ビットを越えるビット列である。

本発明の伝送信号解析方法は、更に、アイパターン表示部２６により、波形合成により生成された出力波形からアイパターンを生成して表示するアイパターン表示ステップを設けたことを特徴とする。

本発明は、伝送信号解析方法を提供する。この伝送解析方法は、
回路ボードの設計情報の中から信号解析を行う送電端及び受電端で構成される配線モデルを指定するステップと、
送電端に信号パターンを入力した際に受電端で受信される出力波形を解析して生成する解析ステップと、
所定ビット数のランダム信号のビットに応じて出力渡形を選択して、各ビット位置を起点に選択された出力波形を所定ビット数分生成する出力波形生成ステップと、
所定ビット数分の出力波形を合成してランダム信号を送電端に入力した際に受電端で受信される出力波形を生成する波形合成ステップと、
を備えたことを特徴とする。

本発明は伝送信号解析装置を提供する。本発明の伝送信号解析装置は、回路ボードの設計情報の中から信号解析を行う送電端及び受電端で構成される配線モデルを指定する配線モデル指定部と、送電端に信号パターンを入力した際に受電端で受信される出力波形を解析して生成する解析部と、所定ビット承のランダム信号のビットに応じて前記出力波形を選択して、各ビット位置を起点に選択された出力波形を所定ビット数分生成する出力波形生成部と、所定ビット数分の出力波形を合成してランダム信号を送電端に入力した際に受
電端で受信される出力波形を生成する波形合成部とを備えたことを特徴とする。

なお、本発明の伝送信号解析方法及び装置の詳細は、伝送信号解析プログラムの場合と基本的に同じになる。

本発明によれば、０から１及び１から０に変化する２種類の信号について、配線モデルを対象に反射ノイズが落ち着くまでの時間分だけ３次元電磁界解析を行って、受電端での反射ノイズの影響を受けた出力波形を生成し、この２種類の出力波形を用いてアイパターンの表示に必要なビット数の多いランダム信号の受電端での信号波形を生成して合成することにより、ビット数の多いランダム信号を受電端で見た反射ノイズの影響を受けた信号波形の解析結果を短時間で得ることができる。

即ち、従来のランダム信号のビット数分の３次元電磁界解析に必要な例えば数時間といった解析時間に対し、本発明にあっては２種類の入力信号について伝送路を２〜３往復する程度の時間に亘る３次元電磁界解析で済むことから、例えば３０分程度の処理時間で済み、従来に比べ約１０分の１の処理時間で解析結果を得てアイパターンを表示することができる。

［図１］一般的な線路モデルの説明図；
［図２］反射ノイズの影響を受けた送電端と受電端の各電圧のタイムチャート；
［図３］送電端の入力信号をステップ変化させた際の動作周波数が低く負荷の応答も遅い場合の受電端電圧と負荷動作のタイムチャート；
［図４］電端の入力信号をランプ変化させた際の動作周波数が低く負荷の応答も遅い場合の受電端電圧と負荷動作のタイムチャート；
［図５］送電端の入力信号をステップ変化させた際の動作周波数が高く負荷の応答も早い場合の受電端電圧と負荷動作のタイムチャート；
［図６］本発明の実施形態を示した機能構成のブロック図；
［図７］本発明が適用されるコンピュータのハードウェア環境のブロック図；
［図８］本発明で伝送信号の解析を行う回路ボードと配線モデルの説明図；
［図９］図９は伝送信号解析に使用するランダム信号を分解したタイムチャート；
［図１０］本発明の伝送信号解析で使用する二種類の基本的な入力信号パターンのタイムチャート；
［図１１］０から１に変化する第１入力信号パターンを送電端に入力した線路モデルの３次元電磁界解析で生成された第１出力信号パターンのタイムチャート；
［図１２］１から０に変化する第２入力信号パターンを送電端に入力した線路モデルの３次元電磁界解析で生成された第２出力信号パターンのタイムチャート；
［図１３］ランダム信号の各ビットタイミングに合わせて生成した受電端での出力信号のタイムチャートとその合成出力信号のタイムチャート；
［図１４］図１３について各ビット出力信号の合成方法を示したタイムチャート；
［図１５］図１３の合成出力信号から生成されたアイパターンの説明図；
［図１６］本発明による伝送信号解析処理のフローチャート；

図６は、本発明による伝送信号解析装置の実施形態を示した機能構成のブロック図である。図６において、伝送信号解析装置１０は、配線モデル指定部１４、３次元電磁界解析部１６、第１解析部１８、第２解析部２０、出力波形生成部２２、出力波形合成部２４、アイパターン表示部２６及びメモリ２８で構成される。

ここで第１解析部１８及び第２解析部２０は３次元電磁界解析部１６の機能として設けられている。配線モデル指定部１４は、回路設計データファイル１２に格納されたプリント基板などの回路ボードの設計情報の中から、伝送信号の解析を行う配線モデルを指定する。配線モデルとは、ドライバなどの出力となる送信端を配線の一方に接続し、配線の他方に負荷が接続された受電端で構成されるモデルである。

３次元電磁界解析部１６は、例えばマクスウェルの方程式を直接、時間と空間で離散化する有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ）を実行するシミュレータが使用される。このような３次元電磁界解析部１６を構成するシミュレータとしては、例えば富士通株式会社製の「電磁波解析ソフトウェアＦＪ−ＦＤＴＤ」などを使用することができる。

３次元電磁界解析部１６に設けられた第１解析部１８は、配線モデルの送電端に０から１に変化する第１入力信号パターンを入力した際に配線モデルの受電端で受信される第１出力波形を、３次元電磁界解析により生成する。第２解析部２０は、配線モデルの送電端に０から１に変化する第２入力信号パターンを入力した際に、配線モデルの受電端で受信される第２出力波形を３次元電磁界解析により生成する。

出力波形生成部２２は、例えば１００ビットのアイパターン作成用のランダム信号におけるビット１で、第１解析部１８で生成された第１出力波形を選択すると共に、ビット０で第２解析部２０で生成された第２出力波形を選択して、ランダム信号の各ビット１を起点に、選択された第１出力波形または第２出力波形をランダム信号のビット数分、生成する。

出力波形合成部２４は、出力波形生成部２２で生成された擬似ランダム信号のビット数分、例えば１００ビット分の出力波形を合成して、配線モデルの送電端にランダム信号を入力した際に受電端で受信される出力波形を生成する。アイパターン表示部２６は、出力波形合成部２４で得られた１００ビットのランダム信号に続いて、配線モデルの受電端で受信された反射ノイズの影響を受けた出力波形を１ビット幅に重ねてアイパターンを作成し、ディスプレイユニット３０にアイパターンを表示する。

図６における本発明の伝送信号解析装置１０は、例えば図７のようなコンピュータのハードウェア資源により実現される。図４のコンピュータにおいて、ＣＰＵ１００のバス１０１にはＲＡＭ１０２、ハードディスクコントローラ（ソフト）１０４、フロッピィディスクドライバ（ソフト）１１０、ＣＤ−ＲＯＭドライバ（ソフト）１１４、マウスコントローラ１１８、キーボードコントローラ１２２、ディスプレイコントローラ１２６、通信用ボード１３０が接続される。

ハードディスクコントローラ１０４はハードディスクドライブ１０６を接続し、本発明の伝送信号解析処理を実行するプログラムをローディングしており、コンピュータの起動時にハードディスクドライブ１０６から必要なプログラムを呼び出して、ＲＡＭ１０２上に展開し、ＣＰＵ１００により実行する。

フロッピィディスクドライバ１１０にはフロッピィディスクドライブ（ハード）１１２が接続され、フロッピィディスク（Ｒ）に対する読み書きができる。ＣＤ−ＲＯＭドライバ１１４に対しては、ＣＤドライブ（ハード）１１６が接続され、ＣＤに記憶されたデータやプログラムを読み込むことができる。

マウスコントローラ１１８はマウス１２０の入力操作をＣＰＵ１００に伝える。キーボードコントローラ１２２はキーボード１２４の入力操作をＣＰＵ１００に伝える。ディスプレイコントローラ１２６は表示部１２８に対して表示を行う。通信用ボード１３０は無線を含む通信回線１３２を使用し、インターネット等のネットワークを介して通信を行う。

図８は、図６の伝送信号解析装置１０で伝送信号の解析を行う回路ボードと配線モデルの説明図である。図８（Ａ）は伝送信号解析対象となる回路ボード３２の一例である。この回路ボード３２にはＣＰＵ３４が搭載されており、ＣＰＵ３４に対してはブリッジ３５−１，３５−２が設けられ、例えばブリッジ３５−２からはバス３６が引き出され、ハードディスクドライブを接続するＨＤＤコネクタ３８に接続されている。

このような回路ボード３２の設計情報は、図６の回路設計データファイル１２にＣＡＤによる設計作業を通じて作成されて予め格納されている。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の回路ボード３２におけるバス３６の配線モデル４０を取り出している。

この配線モデル４０は、バス３６に含まれる１本の線路４６の一端にドライバ４２が配置され、ドライバ４２の出力端を送電端４４とし、線路４６の他方に負荷４８を接続し、負荷４８の接続点を受電端５０としている。

このような配線モデル４０における線路４６の線路長、送電端４４のドライバ４２、更に受電端５０の負荷４８、更に線路４６の周囲の回路要素が、全て回路設計データファイル１２から配線モデル指定部１４の指定により、３次元電磁界解析部１６に対し３次元電磁界解析に必要な所定のパラメータとして入力される。

このような配線モデル４０の入力を受けた３次元電磁界解析部１６は、例えば有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ）の場合にあっては、配線モデル４０の線路４６に３次元の解析空間を設定し、この解析空間について直交座標計を使って微細な直方体（セル）に分割し、マクスウェルの方程式により、送電端４４から信号を入力した場合に受電端５０に対し電磁波がどのように伝わるかを線路４６の部分やその周囲の電磁界を計算し、最後に受電端５０における電圧（または電流）の表現に表示する。

図９は、本発明の伝送信号解析に使用するランダム信号を分解したタイムチャートである。図９（Ａ）は、図８（Ｂ）のような配線モデル４０の送電端４４に入力して受電端５０における反射ノイズの影響を受けた波形を求め、この波形からアイパターンを表示する
ために使用するランダム入力信号Ｅｉの先頭の８ビット部分を取り出している。

アイパターン表示に使用するランダム入力信号Ｅｉは、通常は１００ビット程度のビット長を持っている。本発明にあっては、このような１００ビットのランダム入力信号Ｅｉを使用せず、ランダム入力信号Ｅｉの基本的な信号パターンである０から１に変化する第１入力信号パターンと、逆に１から０に変化する第２入力信号パターンの２種類について、図８（Ｂ）のような配線モデル４０を対象に３次元電磁界解析を行う。

この３次元電磁界解析により、受電端５０における反射ノイズの影響を受けた第１出力波形及び第２出力波形を生成し、２種類の３次元電磁界解析結果として得られた出力波形を合成することにより、本来得ようとしている１００ビット分のランダム入力信号Ｅｉを配線モデル４０の送電端４４に入力して、受電端５０で得られる反射ノイズの影響を受けた出力波形を得るようにする。

ここで図９（Ａ）の１００ビットとなる入力信号Ｅｉを分解してみると、図９（Ｂ）〜（Ｈ）に示すような第１ビット分解信号Ｅ１〜第７ビット分解信号Ｅ７を合成した信号であることが分かる。この場合の第１ビット分解信号Ｅ１〜第７ビット分解信号Ｅ７の合成は、排他論理和（ＥＸＯＲ）としての合成となる。

このようにランダム入力信号Ｅｉを分解した各ビット分解信号を見てみると、図１０（Ａ）の０から１に変化する第１入力信号パターンと、図１０（Ｂ）の１から０に変化する第２入力信号パターンの２種類の基本的な信号であることが分かる。

この図１０（Ａ）（Ｂ）に示す２種類の信号について、ビット１で第１入力信号パターンを選択し、ビット０で第２入力信号パターンを選択し、各ビットタイミングごとに時間をずらして合成することによって、図９（Ａ）のようなランダム入力信号Ｅｉを再現することができる。

このようなランダム入力信号Ｅｉが第１入力信号パターンと第２入力信号パターンについて時間をずらして合成して再現できるということを、伝送後の出力波形について適用すると、同じように考えることができる。

図１１は、図１１（Ａ）の第１信号パターンを図８（Ｂ）の配線モデル４０の送電端４４に入力し、図２の第１解析部１８により３次元電磁界解析を行って得られた受電端５０における第１解析出力パターンを、図１１（Ｂ）に示している。

図１２は、同様に図１２（Ａ）の第２信号パターンを受電端４４に入力して、図２の第２解析部２０による３次元電磁界解析により受電端５０で得られる第２解析出力パターンを、図１２（Ｂ）に示している。

このような３次元電磁界解析処理により得られた２種類の反射ノイズの影響を受けた解析出力パターンについて、図９のランダム入力信号Ｅｉの場合と同様、図１１（Ｂ）の第１解析出力パターンと図１２（Ｂ）の第２解析出力パターンの２種類について、時間をずらして合成することによって、１００ビットのランダム入力信号Ｅｉを伝送して、受電端５０で得られた反射ノイズの影響を受けたアイパターン表示に必要な出力波形を生成することができる。

図１３は、図９（Ａ）のランダム入力信号Ｅｉの各ビットタイミングに合わせて生成した図８（Ｂ）の配線モデル４０の受電端５０における出力信号とそれらの合成出力信号のタイムチャートである。

まず図１３（Ａ）の第１ビット出力信号Ｅ１０１は、図９（Ａ）のランダム入力信号Ｅｉの第１ビットがビット１であることから、図１０（Ｂ）の第１解析出力パターンを選択する。次の図１３（Ｂ）の第２ビット出力信号Ｅ１０２にあっては、図９（Ａ）のランダム入力信号Ｅｉの２ビット目がビット０であることから、図１２（Ｂ）の第２解析出力パターンが選択され、第１ビット出力信号Ｅ１０１に対し、１ビット時間をずらした形で生成する。

以下、第３ビット、第４ビット、第５ビット、第６ビット、第７ビットについても、図１３（Ｃ）〜（Ｇ）のように、ランダム入力信号Ｅｉにおけるビット「１１００１０」に対応して図１０（Ｂ）の第１解析出力パターンまたは図８（Ｂ）の第２解析出力パターンを選択し、それぞれ１ビットずつずらして生成する。

このようにして擬似ランダム信号Ｅｉの１ビット目から最後の１００ビット目について、同様にして時間をずらして、第１解析出力パターンまたは第２解析出力パターンを選択した出力信号の生成を行う。なお、図１３にあっては第７ビットまでを示しており、それ以降は省略している。

擬似ランダム信号の１００ビットに対応するビット出力信号の生成が済んだならば、生成した第１ビット出力信号Ｅ１０１から第１００ビット出力信号Ｅ２００を合成して、図１３（Ｈ）に示す合成出力信号Ｅ０を生成する。図１３にあっては、第１ビットから第７ビットの出力信号Ｅ１０１〜Ｅ１０７の部分についての合成を示している。

この各ビットの出力信号の合成は、ランダム入力信号Ｅｉのビット周期ごとに判定し、且つ各判定タイミングにおける１または複数の出力波形の正または負の変化分の総和を合成出力信号の波形変化量とするように波形合成を行っている。

図１４は、図１３における第１ビット出力信号Ｅ１０１〜第７ビット出力信号Ｅ１０７の合成による合成出力信号の生成を具体的に示している。図１４（Ａ）〜図１４（Ｇ）の第１ビット出力信号Ｅ１０１〜第７ビット出力信号Ｅ１０７のそれぞれにおいて、出力信号の立ち上がり部分の変化量をプラスとし、立ち下がり部分の変化量をマイナスとし、それぞれ変化量ａ〜ｒで示している。

まず時刻ｔ１にあっては、第１ビット出力信号Ｅ１０１の変化量＋ａのみが合成出力信号Ｅ０となる。時刻ｔ２にあっては、第１ビット出力信号Ｅ１０１、第２ビット出力信号Ｅ１０２の立ち下がり部分の変化量の和（ｂ＋ｃ）が合成出力信号Ｅ０の変化となる。

時刻ｔ３では、第１ビット出力信号Ｅ１０１、第２ビット出力信号Ｅ１０２、第３ビット出力信号Ｅ１０３のそれぞれの立ち上がりの信号変化量ｄ，ｅ，ｆの合計（ｄ＋ｅ＋ｆ）が合成出力信号Ｅ０の変化量となる。

次の時刻ｔ４では合成の出力信号の変化量は（ｇ＋ｈ）となる。続いて時刻ｔ５にあっては、第３ビット出力信号Ｅ１０３の変化量は＋ｉであり、一方、第４ビット出力信号Ｅ１０４の変化量は−ｊであり、変化方向が逆であることから、この場合には合成出力信号Ｅ０の変化量は（ｊ−ｉ）となる。

以下、残りの時刻ｔ６，ｔ７，ｔ８，ｔ９のそれぞれについても、各時刻で変化しているビット出力信号の変化量の正負の方向に応じた加算値が合成出力信号Ｅ０の変化量となる。

図１５は、図１３（Ｈ）のように生成された合成出力信号Ｅ０から求めたアイパターンを示している。このアイパターン５２は周知のように、図１３（Ｈ）の合成出力信号Ｅ０を１ビットごとに重ね合わせて表示している。アイパターン５２にあっては、矢印５４で示す部分が、反射ノイズによって負荷が誤動作するレベルに達している不良部分であることが分かる。

図１６は、本発明による伝送信号解析処理のフローチャートであり、このフローチャートにおける処理手順が本発明による伝送信号解析処理プログラムの処理手順を表わす。この伝送信号解析処理の処理手順を図２について説明すると次のようになる。
ステップＳ１：回路設計データファイル１２に格納された回路ボードの設計情報の中から信号解析を行う配線モデルを選択する。
ステップＳ２：図６（Ａ）の０から１に立ち上がる第１入力信号パターンを配線モデルの送電端に入力し、このときの受電端の第１出力信号パターンを、３次元空間電磁界解析により生成する。
ステップＳ３：図７（Ａ）の第２入力信号パターンを配線モデルの送電端に入力した際の受電端の第２出力信号パターンを、３次元空間電磁界解析により生成する。
ステップＳ４：３次元電磁界解析により生成された第１出力信号パターンと第２出力信号パターンを用いて、ｎビット例えば１００ビットの擬似ランダム信号の入力ビット列に対応したタイミングを持つ時間的にずらしたｎ個の出力波形を生成する。
ステップＳ５：ｎ個の出力波形の合成波形を生成する。
ステップＳ６：合成波形を１ビットずつ重ねてアイパターンを生成して表示する。
ここで図１２の伝送信号解析処理において最も処理時間がかかるのは、ステップＳ２，ステップＳ３の３次元電磁界解析により配線モデルの受電端の出力波形を生成する処理となる。これに対し、ステップＳ４の３次元電磁界解析により得られた２種類の出力波形をランダム信号のビットに応じて選択し且つビットタイミングに合わせて時間的にずらして生成する処理、及びステップＳ５のｎ個の出力波形の合成は、３次元電磁界解析に比べるとコンピュータによる処理としては瞬時に終了する。もちろん、ステップＳ６のアイパターンの生成表示も同じである。

このため本発明の伝送信号解析処理の処理時間は主に、ステップＳ２，Ｓ３の第１入力信号パターンと第２入力信号パターンの２種類についての配線モデルを対象とした３次元電磁界解析による受電端での出力波形の生成処理に要する時間となる。しかも３次元電磁界解析による受電端での出力波形の生成は、従来、１００ビットでの擬似ランダム信号の全ビットについて３次元電磁界解析を行っていた場合に比べると、２種類の入力信号パターンについてのみである。

したがって従来の３次元電磁界解析に比べると本発明の処理時間は、例えば１０分の１程度の処理時間で済むことになる。具体的には、従来、例えば１００ビットのランダム信号を使用した３次元電磁界解析に５時間を要していたとすると、本発明にあっては２種類の入力信号パターンについて反射ノイズの影響がなくなる制定時間、具体的には線路を２〜３回往復すると反射ノイズが無視できる程度に低下することから、例えば線路を３回往復するまで解析して、その後は最終電圧を継続することにより、例えば３０分程度で結果を出すことができる。

この結果、従来の３次元電磁界解析を用いてアイパターン表示を行う伝送路解析に比べ、本発明の伝送信号解析処理によると、その処理速度を１０倍近く高めることができる。

また、従来の３次元電磁界解析を使用したアイパターンを表示するための解析処理にあ
っては、ランダム信号のビット数に比例して処理時間がかかるようになるが、本発明にあってはランダム信号のビット数が増加しても、３次元電磁界解析を行う処理は２種類の入力信号パターンにおける２〜３回分と変化がなく、したがってランダム信号のビット数が例えば倍の２００ビットになったとしても処理時間はほとんど増加しない。

また本発明の伝送信号解析処理は、ＣＰＵの動作周波数が１ＧＨｚを超える３次元電磁界解析を必要とする回路における伝送信号解析を対象としている。もちろん、１ＧＨｚ以下であっても反射ノイズの影響が無視できなくなるような動作周波数についても全く同様に適用することができる。

また上記の実施形態は、３次元電磁界解析法として有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ）を例に取るものであったが、これ以外の有限要素法（ＦＥＭ）や境界要素法（ＢＥＭ）などの他の３次元電磁界解析法であってもよい。

また本発明は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

Claims (33)

1. コンピュータに、
   回路ボードの設計情報の中から信号解析を行う送電端及び受電端で構成される配線モデルを指定するステップと、
   前記送電端に信号パターンを入力した際に前記受電端で受信される出力波形を解析して生成する解析ステップと、
   所定ビット数のランダム信号のビットに応じて前記出力波形を選択して、各ビット位置を起点に選択された前記出力波形を前記所定ビット数分生成する出力波形生成ステップと、
   前記所定ビット数分の出力波形を合成して前記ランダム信号を前記送電端に入力した際に受電端で受信される出力波形を生成する波形合成ステップと、
   を実行させることを特徴とする伝送信号解析プログラム。
2. 請求項１の伝送信号解析プログラムに於いて、前記配線モデルを指定するステップは、前記受電端に配線及び負荷が接続されたことを特徴とする伝送信号解析プログラム。
3. 請求項１の伝送信号解析プログラムに於いて、前記解析ステップは、前記送電端に０から１に変化する信号パターンを入力した際に前記受電端で受信される第１出力波形を解析して生成すると共に、前記送電端に１から０に変化する信号パターンを入力した際に前記受電端で受信される第２出力波形を解析して生成することを特徴とする伝送信号解析プログラム。
4. 請求項１の伝送信号解析プログラムに於いて、前記解析ステップは、反射ノイズが静定する時間分の出力波形を解析して生成することを特徴とする伝送信号解析プログラム。
5. 請求項１の伝送信号解析プログラムに於いて、前記解析ステップは、信号伝送時間の数倍分の出力波形を解析して生成することを特徴とする伝送信号解析プログラム。
6. 請求項１の伝送信号解析プログラムに於いて、前記解析ステップは、前記配線モデルの３次元電磁界解析により出力波形を生成することを特徴とする伝送信号解析プログラム。
7. 請求項１の伝送信号解析プログラムに於いて、前記解析ステップは、前記配線モデルの
   伝送クロック周波数を１ＧＨｚ以上として出力波形を解析することを特徴とする伝送信号解析プログラム。
8. 請求項１の伝送信号解析プログラムに於いて、前記出力波形生成ステップは、所定ビット数のランダム信号のビット１で前記第１出力波形を選択すると共にビット０で前記第２出力波形を選択して、各ビット位置を起点に選択された前記第１出力波形又は第２出力波形を前記所定ビット数分生成することを特徴とする伝送信号解析プログラム。
9. 請求項１の伝送信号解析プログラムに於いて、前記波形合成ステップは、前記ランダム信号のビット周期毎に反転し、且つ各反転タイミングにおける１又は複数の出力波形の正又は負の変化分の総和を波形変化量とする合成波形を生成することを特徴とする伝送信号解析プログラム。
10. 請求項１の伝送信号解析プログラムに於いて、前記出力波形生成ステップは、前記ランダム信号は１００ビットを越えるビット列であることを特徴とする伝送信号解肝プログラム。
11. 請求項１の伝送信号解析プログラムに於いて、コンピュータに、前記波形合成により生成された出力波形からアイパターンを生成して表示するアイパターン表示ステップを実行させることを特徴とする伝送信号解析プログラム。
12. 回路ボードの設計情報の中から信号解析を行う送電端及び受電端で構成される配線モデルを指定するステップと、
    前記送電端に信号パターンを入力した際に前記受電端で受信される出力波形を解析して生成する解析ステップと、
    所定ビット数のランダム信号のビットに応じて前記出力渡形を選択して、各ビット位置を起点に選択された前記出力波形を前記所定ビット数分生成する出力波形生成ステップと、
    前記所定ビット数分の出力波形を合成して前記ランダム信号を前記送電端に入力した際に前記受電端で受信される出力波形を生成する波形合成ステップと、
    を備えたことを特徴とする伝送信号解析方法。
13. 請求項１２の伝送信号解析方法に於いて、前記受電端は、配線及び負荷が接続されたことを特徴とする伝送信号解析方法。
14. 請求項１２の伝送信号解析方法に於いて、前記解析ステップは、前記送電端に０から１に変化する信号パターンを入力した際に前記受電端で受信される第１出力波形を解析して生成すると共に、前記送電端に１から０に変化する信号パターンを入力した際に前記受電端で受信される第２出力波形を解析して生成することを特徴とする伝送信号解析方法。
15. 請求項１２の伝送信号解析方法に於いて、前記解析ステップは、反射ノイズが静定する時間分の出力波形を解析して生成することを特徴とする伝送信号解析方法。
16. 請求項１２の伝送信号解析方法に於いて、前記解析ステップは、信号伝送時間の数倍分の出力波形を解析して生成することを特徴とする伝送信号解析方法。
17. 請求項１２の伝送信号解析方法に於いて、前記解析ステップは、前記配線モデルの３次元電磁界解析により出力波形を生成することを特徴とする伝送信号解析方法。
18. 請求項１２の伝送信号解析方法に於いて、前記解析ステップは、前記配線モデルの伝送クロック周波数を１ＧＨｚ以上として出力波形を解析することを特徴とする伝送信号解析方法。
19. 請求項１２の伝送信号解析方法に於いて、前記出力波形生成ステップは、所定ビット数のランダム信号のビット１で前記第１出力波形を選択すると共にビット０で前記第２出力波形を選択して、各ビット位置を起点に選択された前記第１出力波形又は第２出力波形を前記所定ビット数分生成することを特徴とする伝送信号解析方法。
20. 請求項１２の伝送信号解析方法に於いて、前記波形合成ステップは、前記ランダム信号のビット周期毎に反転し、且つ各反転タイミングにおける１又は複数の出力波形の正又は負の変化分の総和を波形変化量とする合成波形を生成することを特徴とする伝送信号解析方法。
21. 請求項１２の伝送信号解析方法に於いて、前記ランダム信号は１００ビットを越えるビット列であることを特徴とする伝送信号解析方法。
22. 請求項１２の伝送信号解析方法に於いて、更に、前記波形合成により生成された出力波形からアイパターンを生成して表示するアイパターン表示ステップを設けたことを特徴とする伝送信号解析方法。
23. 回路ボードの設計情報の中から信号解析を行う送電端及び受電端で構成される配線モデルを指定する配線モデル指定部と、
    前記送電端に信号パターンを入力した際に前記受電端で受信される出力波形を解析して生成する解析部と、
    所定ビット数のランダム信号のビットに応じて前記出力波形を選択して、各ビット位置を起点に選択された前記出力波形を前記所定ビット数分生成する出力波形生成部と、
    前記所定ビット数分の出力波形を合成して前記ランダム信号を前記送電端に入力した際に前記受電端で受信される出力波形を生成する波形合成部と、
    を備えたことを特徴とする伝送信号解析装置。
24. 請求項２３の伝送信号解析装置に於いて、前記受電端は、配線及び負荷が接続されたことを特徴とする伝送信号解析装置。
25. 請求項２３の伝送信号解析装置に於いて、前記解析部は、前記送電端に０から１に変化する信号パターンを入力した際に前記受電端で受信される第１出力波形を解析して生成すると共に、前記送電端に１から０に変化する信号パターンを入力した際に前記受電端で受信される第２出力波形を解析して生成することを特徴とする伝送信号解析装置。
26. 請求項２３の伝送信号解析装置に於いて、前記解析部は、反射ノイズが静定する時間分の出力波形を解析して生成することを特徴とする伝送信号解析装置。
27. 請求項２３の伝送信号解析装置に於いて、前記解析部は、信号伝送時間の数倍分の出力波形を解析して生成することを特徴とする伝送信号解析装置。
28. 請求項２３の伝送信号解析装置に於いて、前記解析部は、前記配線モデルの３次元電磁界解析により出力波形を生成することを特徴とする伝送信号解析装置。
29. 請求項２３の伝送言号解析装置に於いて、前記解析部は、前記配線モデルの伝送クロック周波数を１ＧＨｚ以上として出力波形を解析することを特徴とする伝送信号解析装置。
30. 請求項２３の伝送信号解析装置に於いて、前記出力波形生成部は、所定ビット数のランダム信号のビット１で前記第１出力波形を選択すると共にビット０で前記第２出力波形を選択して、各ビット位置を起点に選択された前記第１出力波形又は第２出力波形を前記所定ビット数分生成することを特徴とする伝送信号解析装置。
31. 請求項２３の伝送信号解析装置に於いて、前記波形合成部は、前記ランダム信号のビット周期毎に反転し、且つ各反転タイミングにおける１又は複数の出力波形の正又は負の変化分の総和を波形変化量とする合成波形を生成することを特徴とする伝送信号解析装置。
32. 請求項２３の伝送信号解析装置に於いて、前記ランダム信号は１００ビットを越えるビット列であることを特徴とする伝送信号解析装置。
33. 請求項２３の伝送信号解析装置に於いて、前記波形合成により生成された出力波形からアイパターンを生成して表示するアイパターン表示部を設けたことを特徴とする伝送信号解析装置。

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