JP4188119B2

JP4188119B2 - 伝送波形解析装置

Info

Publication number: JP4188119B2
Application number: JP2003077797A
Authority: JP
Inventors: 睦島嵜; 康弘山中; 善之草野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: JP2004287738A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、伝送回路の設計で用いられる伝送波形解析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の伝送波形解析装置は、例えば特許文献１，２に開示されているように、回路の入力表示部やレイアウトデータから、ライブラリモデルへの置き換えと組み合わせによる回路記述生成を行い、回路シミュレータや伝送線路解析部にて回路部品の伝達減衰特性等に基づく計算結果として伝送波形を得るように構成されている。
【０００３】
すなわち、特許文献１では、設計上流段階の評価対象回路の素子シンボルと該素子シンボルに接続された結線とを入力する入力部と、前記結線用ラインを配置する適用基板の断面における物理形状及び寸法と該結線用ラインの配線方法とをそれぞれ選択設定させるためのプロパティメニューを表示する表示手段と、前記プロパティメニューの表示の結果で設定されたプロパティに基づき線路定数を計算し、前記結線に対応する線路モデルを求める電磁界シミュレータと、予め素子の特性を示すデバイスモデルを複数格納した素子ライブリから、前記素子シンボルに対応するデバイスモデルを抽出し、前記入力された素子シンボルを該抽出したデバイスモデルに置換える置換部と、前記線路モデルと前記デバイスモデルとを組合せて前記評価対象回路の等価回路を作成する組合せ部と、前記等価回路に対する伝送線路解析を行う回路シミュレータとを備えた伝送線路シミュレーションシステムが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２では、電子回路の反射およびクロストークによる信号波形歪を解析して得られる解析波形データについての信号波形品質に関わる規定値を生成し入力する規定値入力手段と、前記規定値入力手段により入力される規定値および前記解析波形データを入力し、当該解析波形データから信号波形歪のレベルが前記規定値内に収まっているか否かを判定することにより波形歪対策の必要性を判定する波形判定手段と、波形歪対策が纏めて記述された対策ライブラリと、前記波形判定手段により波形歪対策が必要であると判定された場合に、回路記述ファイルに前記対策ライブラリ内の波形歪対策を施した波形歪対策処理回路記述ファイルを生成することにより適切な波形歪対策を自動選定し前記解析の実行を指示する波形歪対策実施手段とを備えた伝送線路解析波形歪対策処理装置が開示されている。
【０００５】
伝送回路の設計では、このような伝送波形解析装置を利用して伝送回路の各回路部品による信号劣化への影響が大きそうな回路部品を推測し、それに基づき伝送回路入力やレイアウトデータを変更し、解析結果波形を比較することを繰り返すことで、必要機能を満たす最適な回路構成を探索する方法が採用されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２７４６２３号公報（００１２〜００１３、図１）
【特許文献２】
特開平１０−９７５５１号公報（００１９〜００２８、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の伝送波形解析装置を用いた回路部品による信号劣化の推測では、入出力のインピーダンスが一義に定義された単一周波数の交流信号によるアナログ信号伝送では正しく推測できるが、伝送信号に含まれる周波数成分が広帯域に及ぶデジタル信号の高速シリアル伝送では、回路部品のインピーダンスが一義に定義されず、個々の回路部品間の整合性を周波数全帯域で考える必要があるので、正しい推測が困難となる。
【０００８】
そのため、デジタル信号の高速シリアル伝送を行う伝送回路の設計では、回路部品による信号劣化の影響や改善効果が判らないまま、伝送回路入力やレイアウトデータの変更が何度も繰り返される結果となるので、最適回路構成を得るまでの時間が掛かるという問題がある。
【０００９】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、デジタル信号の高速シリアル伝送を行う伝送回路における信号劣化の回路部品による影響の推測を自動的に実施できる伝送波形解析装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる伝送波形解析装置は、伝送回路の回路図を作成する回路図作成手段と、前記伝送回路における各回路部品の伝達減衰特性等を示すモデルデータが格納されるシミュレーションモデルライブラリと、前記シミュレーションモデルライブラリを参照し、作成された前記回路図に基づき伝送回路の伝送波形を解析する過渡応答解析手段と、作成された前記回路図における１つの回路部品を理想伝送路モデルに置き換えるモデル置換手段と、作成された前記回路図における全ての回路部品または一部の回路部品による解析対象伝送回路について、前記モデル置換手段に対し前記理想伝送路モデルへの置換を行わせる回路部品を指定し、前記過渡応答解析手段に対し前記モデル置換手段が置換を行った理想伝送路モデルを含んだ状態で前記伝送波形の解析を行わせる指示を行うことを、部品数と同じ回数繰り返し実行する繰り返し解析制御手段と、前記解析対象伝送回路について前記理想伝送路モデルへの置換を行った回路部品毎に得られた伝送波形の解析結果から信号劣化指標となる劣化パラメータをそれぞれ計測する劣化パラメータ計測手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、作成された回路図における解析対象伝送回路について、全ての回路部品を１つずつ理想伝送路モデルに置換しての波形解析をその解析対象伝送回路における回路部品の数分繰り返し行い、各波形解析結果から信号劣化指標となる劣化パラメータをそれぞれ計測するようにしたので、デジタル信号の高速シリアル伝送を行う伝送回路における信号劣化の回路部品による影響の推測を自動的に実施することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる伝送波形解析装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、この発明の一実施の形態である伝送波形解析装置の構成を示すブロック図である。図１に示す伝送波形解析装置は、入力部１と、シンボルライブラリ２と、回路情報管理部３と、表示部４と、シミュレーション回路記述生成部５と、繰り返し解析制御部６と、モデル置換部７と、過渡解析部８ａおよび交流解析部（以下「ＡＣ解析部」という）８ｂを備える回路シミュレータ８と、モデルライブラリ９と、計算結果管理部１０と、波形表示部１１と、劣化パラメータ計測部１２と、グラフ表示部１３とを備えている。
【００１４】
以上の構成において、入力部１では、解析したい伝送回路の回路情報が入力される。シンボルライブラリ２には、回路部品の表示データが格納されている。回路情報管理部３は、入力部１から回路情報が入力されると、シンボルライブラリ２から対応する表示データを読み出し、表示部４に回路図として表示する。回路情報管理部３は、解析したい伝送回路の回路図作成が終了すると、作成した回路図データをシミュレーション回路記述生成部５に与える。
【００１５】
シミュレーション回路記述生成部５は、作成された伝送回路の回路情報に基づき伝送回路モデルの接続記述を生成し、保存する。そして、まず、その生成した伝送回路モデルの接続記述を繰り返し解析制御部６に与える。その後は、繰り返し解析制御部６から出力指示が入力する度に、その生成した伝送回路モデルの接続記述をモデル置換部７を介して回路シミュレータ８に出力する。
【００１６】
繰り返し解析制御部６では、作成された伝送回路における全ての回路部品または一部の回路部品による伝送回路が解析対象として指定されている。繰り返し解析制御部６は、シミュレーション回路記述生成部５から入力された伝送回路モデルの接続記述に基づき、解析対象伝送回路における回路部品数を計数しその数を過渡解析部８ａに繰り返し解析を実行させる回数として決定する。また、モデル置換部７に理想伝送路モデルへの置換を行わせる回路部品の順序を決定する。繰り返し解析制御部６は、これらの決定に基づきモデル置換部７と過渡解析部８ａとを制御し、解析対象伝送回路の全ての回路部品を１つずつ理想伝送路モデルに置換しての波形解析を実現する。
【００１７】
このとき、繰り返し解析制御部６は、解析結果の比較基準を得るため、例えば、過渡解析部８ａに最初に解析を実行させるときには、モデル置換部７に理想伝送路モデルへの置換を行わせないようにしている。したがって、この場合の解析は、上記の解析回数には含まれない。
【００１８】
また、繰り返し解析制御部６は、モデル置換部７に理想伝送路モデルへの置換を行わせるときは、必要に応じてＡＣ解析部８ｂに対してその理想伝送路モデルへの置換を行う回路部品を示し、ＡＣ解析部８ｂにその回路部品の伝達関数（特性インピーダンス、遅延時間）を計算させ、計算結果をモデル置換部７に与えるようにしている。
【００１９】
したがって、モデル置換部７では、シミュレーション回路記述生成部５から入力される伝送回路モデルの接続記述について、最初の計算では、理想伝送路モデルへの置換を行わないでそのまま回路シミュレータ８に出力し、１回目以降の計算では、繰り返し解析制御部６から指定された回路部品を理想伝送路モデルに置換して回路シミュレータ８に出力する。このとき、モデル置換部７では、理想伝送路モデルに置換する回路部品について得られた伝達関数（特性インピーダンス、遅延時間）が繰り返し解析制御部６から与えられるので、それを置換する理想伝送路モデルのプロパティに設定することを行う。
【００２０】
シミュレーションモデルライブラリ９には、伝送回路における各回路部品の伝達減衰特性等を示すモデルデータが格納されている。回路シミュレータ８では、繰り返し解析制御部６から解析指示が入力する。最初の計算では、過渡解析部８ａが起動される。過渡解析部８ａは、モデル置換部７から入力される伝送回路モデルの接続記述のうち繰り返し解析制御部６から指定された各回路部品（上記のように理想伝送路モデルへの置換は行われていない）についてのモデルデータをシミュレーションモデルライブラリ９からそれぞれ読み出し、伝送波形の解析を実行する。
【００２１】
回路シミュレータ８では、１回目の計算以降においては、繰り返し解析制御部６から解析指示が入力すると、過渡解析部８ａと必要に応じてＡＣ解析部８ｂとが起動される。ＡＣ解析部８ｂは、繰り返し解析制御部６から指定された回路部品についての伝達関数（特性インピーダンス、遅延時間）を計算し、計算結果を繰り返し解析制御部６に出力する。
【００２２】
また、過渡解析部８ａは、モデル置換部７から入力される伝送回路モデルの接続記述のうち繰り返し解析制御部６から指定された各回路部品（上記のように理想伝送路モデルへの置換が行われたものが含まれている）についてのモデルデータをシミュレーションモデルライブラリ９からそれぞれ読み出し、伝送波形の解析を実行する。
【００２３】
計算結果管理部１０では、最初の計算での解析結果と、１回目以降の各解析結果とを保存する。この実施の形態では、計算結果管理部１０は、それぞれの解析結果を波形表示部１１に表示することも行うようになっている。
【００２４】
劣化パラメータ計測部１２は、計算結果管理部１０に保存された最初の計算での解析結果と１回目以降の各解析結果とのそれぞれにおいて、信号劣化指標となるパラメータ（例えば、アイパターンの開口振幅とジッタ）を計測する。
【００２５】
また、劣化パラメータ計測部１２は、計算結果管理部１０に保存された最初の計算での解析結果から得られた劣化指標パラメータと１回目以降の各解析結果から得られた劣化指標パラメータとの差分を計算する。
【００２６】
グラフ表示部１３では、劣化パラメータ計測部１２の計測・計算の結果から棒グラフや円グラフなどの比率表示グラフの形式で表示する表示データを生成し、表示する。この実施の形態では、グラフ表示部１３では、理想伝送路モデルへの置換を行わない実際の伝送路と理想伝送路モデルへの置換を行った伝送路とで得られたそれぞれの劣化指標パラメータの表示（絶対値表示）と、理想伝送路モデルへの置換を行わない実際の伝送路で得られた劣化指標パラメータと理想伝送路モデルへの置換を行った伝送路で得られた劣化指標パラメータとの差分値の表示（影響度表示）とが行われる。
【００２７】
以下、図２〜図６を参照して、具体的に説明する。なお、図２は、解析対象の伝送回路例を示す図である。図３は、図２に示す伝送回路のモデル接続記述の状態を説明する図である。図４は、図２に示す伝送回路での計算結果波形の図１に示す波形表示部への表示例と劣化指標パラメータの計測例を示す図である。図５は、図１に示すグラフ表示部での表示例（絶対値グラフ）である。図６は、図１に示すグラフ表示部での表示例（影響度グラフ）である。
【００２８】
図２において、コネクタＣを介して接続されるプリント基板２１とプリント基板２２とには、信号の送受信が行える集積回路（ＩＣ）Ｅ，Ｆがそれぞれ搭載されている。コネクタＣには、プリント基板２１上の配線Ａの一端とプリント基板２２上の配線Ｄの一端とを接続するビアＢが設けられている。プリント基板２１上の配線Ａの他端は、集積回路（ＩＣ）Ｅに接続されている。また、プリント基板２２上の配線Ｄの他端は、集積回路（ＩＣ）Ｆに接続されている。すなわち、解析対象の伝送回路は、集積回路（ＩＣ）Ｅ，Ｆの間に介在する配線Ａ、ビアＢ、コネクタＣ、配線Ｄの４つの回路部品で構成されている。
【００２９】
繰り返し解析制御部６は、配線Ａ、ビアＢ、コネクタＣ、配線Ｄの４つの回路部品で構成されるモデル接続記述をシミュレーション回路記述生成部５から受け取り、理想伝送路モデルに置換して解析する回数４と置換の順序とを決定し、それに加えて、理想伝送路モデルに置換しないで解析する場合を決定する。ここでは、理想伝送路モデルに置換しない状態での解析を最初に行い、その後、理想伝送路モデルに置換して解析するとしている。そして、繰り返し解析制御部６は、配線ＡについてはＡＣ解析を行うと決定する。
【００３０】
したがって、以降では、理想伝送路モデルに置換しないで解析する場合を最初計算と称し、理想伝送路モデルに置換して解析する場合を１回目〜４回目の計算と称することとする。そうすると、モデル置換部７から回路シミュレータ８の過渡解析部８ａに与えられるモデル接続記述は、図３に示すようになる。
【００３１】
図３において、最初の計算では、図３（１）に示すように、解析対象伝送回路のモデル接続記述は、配線Ａ、ビアＢ、コネクタＣ、配線Ｄの４つの回路部品で構成される。１回目〜４回目の計算では、図３（２）〜図３（５）に示すように、解析対象伝送回路のモデル接続記述は、配線Ａ、ビアＢ、コネクタＣ、配線Ｄがこの順に１つずつ理想伝送路モデル３１，３２，３３，３４に置換された構成となる。また、１回目の計算である図３（２）では、上記のように、配線Ａを置換した理想伝送路モデル３１のプロパティに配線Ａの伝達関数（特性インピーダンス、遅延時間）が設定されている。
【００３２】
回路シミュレータ８の過渡解析部８ａでは、図３（１）〜図３（５）に示す解析対象伝送回路について、この順に、ビットレートを、例えば２．５Ｇｂｐｓ、５Ｇｂｐｓ、１０Ｇｂｐｓの３段階に切り替えて波形解析を行うようになっている。
【００３３】
図３（１）〜図３（５）に示す解析対象伝送回路についての波形解析結果は、計算結果管理部１０に順々に入力され、保存される。計算結果管理部１０は、波形解析結果を波形表示部１１に表示することができる。波形解析結果は、例えば図４に示すように、アイパターンとして表示される。このアイパターンが示すジッタ４１や開口振幅４２等から回路特性を読み取ることができる。なお、横軸は、時間「ピコ秒（ｐｓｅｃ）」、縦軸は、電圧「Ｖ」である。
【００３４】
劣化パラメータ計測部１２は、計算結果管理部１０に保存されている全ての波形解析結果から、図４に示すジッタ４１や開口振幅４２等の信号劣化指標となる劣化パラメータを計測してグラフ表示部１３に与える。
【００３５】
グラフ表示部１３は、劣化パラメータ計測部１２が計測した劣化パラメータを例えば図５に示すように、棒グラフの形式で回路部品毎に比較して表示する。これは、絶対値を表示するグラフとなっている。図５（１）は図４に示すジッタ４１についての絶対値グラフである。縦軸は、時間「秒（ｓｅｃ）」であり、指数表記である。図５（２）は図４に示す開口振幅４２についての絶対値グラフである。縦軸は電圧「Ｖ」である。
【００３６】
図５では、ビットレートを２．５Ｇｂｐｓ、５Ｇｂｐｓ、１０Ｇｂｐｓの３段階に切り替えた場合の波形解析結果が示されている。棒グラフ「Ｒｅａｌ」は、理想伝送路モデルへの置換を行わない実際の伝送路（図３（１））における解析結果である。棒グラフ「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」「Ｄ」は、回路部品Ａ、回路部品Ｂ、回路部品Ｃ、回路部品Ｄを理想伝送路モデルに置換した伝送路（図３（２）〜図３（５））における解析結果である。図５に示す比率グラフから、解析対象伝送回路に使われている回路部品の信号品質に関する特性が理解できる。
【００３７】
また、劣化パラメータ計測部１２は、計算結果管理部１０に保存されている波形解析結果のうち、最初の計算（図３（１））による波形解析結果から計測した劣化パラメータと、その後の各計算（図３（２）〜図３（５））による波形解析結果から計測した劣化パラメータとの差分を計算し、グラフ表示部１３に与える。
【００３８】
グラフ表示部１３は、劣化パラメータ計測部１２が計算した劣化パラメータの差分値を、例えば図６に示すように、棒グラフの形式で回路部品毎に比較して表示する。これは、影響度を表示するグラフとなっている。図６（１）は図４に示すジッタ４１についての差分値を表示する影響度グラフである。縦軸はユニットインターバル「ＵＩ」である。図６（２）は図４に示す開口振幅４２についての差分値を表示する影響度グラフである。縦軸はパーセント「％」である。図６では、ビットレート１０Ｇｂｐｓの場合が示されている。
【００３９】
図６に示す比率グラフから、解析対象伝送回路に使われている回路部品の信号劣化への影響度が判り、信号劣化に大きく寄与する回路部品を容易に特定することができ、最適な回路構成を効率的に設計するための資料が得られる。
【００４０】
なお、グラフ表示部１３は、棒グラフを表示するとしたが、その他、例えば円グラフを表示するようにしてもよい。また、モデル置換部７では、指定された回路部品を理想伝送路モデルに置換する場合を説明したが、解析対象伝送回路の特性または形態に応じて、指定された回路部品を理想増幅器または短絡／開放と置換するようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、作成された回路図における解析対象伝送回路について、全ての回路部品を１つずつ理想伝送路モデルに置換しての波形解析をその解析対象伝送回路における回路部品の数分繰り返し行い、各波形解析結果から信号劣化指標となる劣化パラメータをそれぞれ計測するようにしたので、デジタル信号の高速シリアル伝送を行う伝送回路における信号劣化の回路部品による影響の推測を自動的に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態である伝送波形解析装置の構成を示すブロック図である。
【図２】解析対象の伝送回路例を示す図である。
【図３】図２に示す伝送回路のモデル接続記述の状態を説明する図である。
【図４】図２に示す伝送回路での計算結果波形の図１に示す波形表示部への表示例と劣化指標パラメータの計測例を示す図である。
【図５】図１に示すグラフ表示部での表示例（絶対値グラフ）である。
【図６】図１に示すグラフ表示部での表示例（影響度グラフ）である。
【符号の説明】
１入力部、２シンボルライブラリ、３回路情報管理部、４表示部、５シミュレーション回路記述生成部、６モデル置換部、７繰り返し解析制御部、８回路シミュレータ、８ａ過渡解析部、８ｂ交流解析部（ＡＣ解析部）、９モデルライブラリ、１０計算結果管理部、１１波形表示部、１２劣化パラメータ計測部、１３グラフ表示部、２１，２２プリント基板、３１，３２，３３，３４理想伝送路モデル、４１ジッタ、４２開口振幅、Ｅ，Ｆ送受信ＩＣ、Ａ，Ｄ回路部品（配線）、Ｂ回路部品（ビア）、Ｃ回路部品（コネクタ）。

Claims

伝送回路の回路図を作成する回路図作成手段と、
前記伝送回路における各回路部品の伝達減衰特性等を示すモデルデータが格納されるシミュレーションモデルライブラリと、
前記シミュレーションモデルライブラリを参照し、作成された前記回路図に基づき伝送回路の伝送波形を解析する過渡応答解析手段と、
作成された前記回路図における１つの回路部品を理想伝送路モデルに置き換えるモデル置換手段と、
作成された前記回路図における全ての回路部品または一部の回路部品による解析対象伝送回路について、前記モデル置換手段に対し前記理想伝送路モデルへの置換を行わせる回路部品を指定し、前記過渡応答解析手段に対し前記モデル置換手段が置換を行った理想伝送路モデルを含んだ状態で前記伝送波形の解析を行わせる指示を行うことを、部品数と同じ回数繰り返し実行する繰り返し解析制御手段と、
前記解析対象伝送回路について前記理想伝送路モデルへの置換を行った回路部品毎に得られた伝送波形の解析結果から信号劣化指標となる劣化パラメータをそれぞれ計測する劣化パラメータ計測手段と、
を備えたことを特徴とする伝送波形解析装置。
前記繰り返し解析制御手段は、
前記部品数と同じ回数の繰り返し解析実行の制御過程において、前記モデル置換手段に対する置換指示を発行しないで、前記過渡応答解析手段に対し前記伝送波形の解析を行わせる指示を行い、
前記劣化パラメータ計測手段は、
前記理想伝送路モデルへの置換が行われていない状態で得られた伝送波形の解析結果から信号劣化指標となる劣化パラメータを計測し、前記理想伝送路モデルへの置換を行った回路部品毎に得られた劣化パラメータとの差分を計算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の伝送波形解析装置。
回路部品の伝達関数を計算する交流解析手段を備え、
前記繰り返し解析制御手段は、前記理想伝送路モデルへの置換を行うと決定した回路部品について必要あるときは前記交流解析手段に解析指示を発行し、
前記モデル置換手段は、計算された前記伝達関数を回路部品と置換する理想伝送路モデルのプロパティとして設定する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の伝送波形解析装置。
前記モデル置換手段は、指定された回路部品を理想増幅器または短絡／開放と置換することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の伝送波形解析装置。
前記劣化パラメータ計測手段の出力を棒グラフや円グラフなどの比率表示グラフの形式で表示するグラフ表示手段、
を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の伝送波形解析装置。