JP5561274B2 - 電源設計システム、電源設計方法、及び電源設計用プログラム - Google Patents

Description

本発明は、電子機器や電子装置（以下、「電子装置」と称する）の電源を設計するためのツールとして用いられる電源設計システム、電源設計方法、及び電源設計用プログラムに関する。
特に、本発明は、設計段階の上流過程において、電子装置内に設けられた動作回路の概要に基づいたランダムモデルを適用し、電源変動を表す統計値を出力することで電源設計を支援する電源設計システム、電源設計方法、及び電源設計用プログラムに関する。

近年、半導体技術の飛躍的な進歩に伴って、ＬＳＩ（Large Scale Integration）などを含む電子装置の高性能化及び高速動作化が進んでいる。そのため、電子装置の電源の設計や検証などに要するコストも高騰化してきている。そこで、電子装置の電源の設計コストを低減化させるために、設計の段階においてシミュレーションを使用した電子装置の検証が盛んに行われている。このようなシミュレーションを使用した検証の結果を解析すれば、電子装置における電源の設計の良し悪しや問題点などを判断することができる。これによって、電子装置の試作後に電源の再設計を行わなければならないといった問題を解決することができる。それゆえ、電子装置における電源の設計コストの低減化を図ることが可能となる。

また、シミュレーションを使用して電子装置の電源の設計を支援する技術も種々開示されている。例えば、複数の伝搬路を経由した多重波が相互に干渉を起こして受信波を劣化させるマルチパスフェージング現象を解消するために、シミュレーションを使用してあらかじめ電源のインピーダンスを求め、求められたインピーダンスに基づいて電源の共振の有無を判定して設計支援を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、電子装置の電源回路の測定結果に基づいて、シミュレーションのモデルを調整することで設計支援を行う技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、電子装置の多くの設計情報より解析モデルを生成し、電源設計を行うための重要な要素の一つである電源回路にコンデンサを配置するためのデカップリング容量を決定することで、設計支援を適切に行う技術も開示されている（特許文献３参照）。

また、電子装置の電源設計においては、電源電圧の変動を抑えることが極めて重要である。すなわち、電子装置の動作部が様々に動作するときに電源から電流が流れる。このとき、電子装置の動作部はＬＳＩやその他多くの電子部品から構成されていて、各電子部品の動作状態に合わせて、電子装置の各種の回路が動いたり止まったりしている。それに伴い、各タイミングで動作する回路の個数に応じて動作部に流れる電流が変化する。したがって、この電流の変化に伴って電源電圧の変動が発生する。そのため、電流の変化に伴う電源電圧の変動を解析して、安定した電源電圧が実現できるような最適な電源設計が行われている。

日本特許第３６０９３０５号公報 日本特開２００７−１３３４８４号公報 日本特開２００８−７０９２４号公報

しかしながら、電子装置の詳細な動作状態が決定されていない設計の上流過程においては、シミュレーションを利用して設計を行うことは極めて困難である。そこで、詳細な設計データに基づいてシミュレーションを行ったり、上記特許文献２の技術のように、一度、実際の電子装置を使用して測定データを得てからシミュレーションを行ったりしている。ところが、設計の上流過程ではシミュレーションに必要な情報を集めることができない。そのため、シミュレーションを使用した設計が有効な設計の上流過程においては適切なシミュレーションが行えないのが現状である。

また、実際の電子装置は複雑な動作を行うため、電子装置の動作を忠実に模擬するようなシミュレーションを行うことは極めて困難である。すなわち、電子装置における実際の複雑な動作に伴う電流の変化状態をシミュレーションするためには、シミュレーションモデル自身がかなり複雑になるので、シミュレーションの結果を解析するためには膨大な計算量が必要となる。そこで、現状では、単純な動作の繰り返しなどを仮定することでシミュレーションを行っている。そのため、電子装置におけるごく一部の動作しか考慮することができず、電子装置に低い頻度で発生する現象などについては考慮されない状態で電源の設計がなされている。従って、高品質な電源を設計することができない。尚、前記の特許文献１，２および３の技術においても、電子装置の全ての動作を考慮したシミュレーションを行っているわけではないので、高品質な電源を設計することはできない。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、設計段階の上流過程において、電子装置の動作の概要に基づいたランダムモデルを適用し、統計的な手法で計算を行うことで、シミュレーションを使用して電源変動を表す統計値を出力して電源設計を支援する電源設計システム、電源設計方法、及び電源設計用プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る電源設計システムは、電子装置の設計データを入力する入力装置と、前記電子装置内の各回路の動作／非動作に伴う電流変動を表すランダムモデルを記憶する記憶装置と、前記設計データと前記ランダムモデルに基づいて、前記電子装置の電源における電源変動を表す統計値を計算する統計値計算装置と、前記電源変動を表す統計値を出力する出力装置とを具備し、
前記統計値計算装置は、前記設計データと前記ランダムモデルに基づいて、前記電子装置における前記電流変動を示す電流偏差を計算する電流偏差計算部と、前記設計データに基づいて、前記電源のインピーダンスを計算するインピーダンス計算部と、前記電流偏差計算部が計算した前記電流偏差と前記インピーダンス計算部が計算した前記インピーダンスに基づき、前記電源変動を表す統計値として、前記電源の電圧変動を示す電圧偏差を計算する電圧偏差計算部とを具備する。

また、本発明に係る電源設計方法では、入力装置が電子装置の設計データを入力する入力過程と、統計値計算装置が前記設計データと前記電子装置内の各回路の動作／非動作に伴う電流変動を表すランダムモデルに基づいて、前記電子装置の電源における電源変動を表す統計値を計算する統計値計算過程と、出力装置が前記電源変動を表す統計値を出力する出力過程とを含み、前記統計値計算過程は、電流偏差計算部が、前記設計データと前記ランダムモデルに基づいて、前記電子装置における前記電流変動を示す電流偏差を計算する過程と、インピーダンス計算部が、前記設計データに基づいて、前記電源のインピーダンスを計算する過程と、電圧偏差計算部が、前記電流偏差計算部が計算した前記電流偏差と前記インピーダンス計算部が計算した前記インピーダンスに基づき、前記電源変動を表す統計値として、前記電源の電圧変動を示す電圧偏差を計算する過程とを含む。

本発明によれば、電子装置の電源変動を表す統計値（例えば、統計的な指標の一つである標準偏差）から、電圧変動といった電源変動がどの程度のレベルで発生するかという情報が得られる。その結果、電圧変動値といった電源変動に関する値の予測値を取得することができる。例えば、本発明においては、電子装置の各種回路の動作／非動作のモードが一定の確率でランダムに動作するモードであると仮定して、統計的な手法で電流の変化（つまり、電流偏差）を求める。そして、例えば、この電流偏差と回路定数から求めたインピーダンスとに基づいて電圧の変化（つまり、電圧偏差）を算出する。さらに、例えば、電圧変動の幅（電圧偏差）を正規分布とし、標準偏差を使用して一定の電圧変動幅を超える確率に基づいて電源設計の検討を行う。このような手法を採用することで、詳細な設計データに基づくシミュレーションを利用した検証を行わなくても、適切なコストで電源設計を行うことができる。したがって、電子装置における電源の設計コストの低減化を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る電源設計システムの構成を示すブロック図である。 図１に示す電源設計システムに適用される電源配線のモデルを表した等価回路図である。 図１に示す電源設計システムに適用される電源上に存在する部品の一例の等価回路図であり、コンデンサモデルを表わした等価回路図である。 図１に示す電源設計システムに適用される電源上に存在する部品の他の例の等価回路図であり、インダクタモデルを表わした等価回路図である。 本発明の第２実施形態に係る電源設計システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る電源設計システムの構成を示すブロック図である。 プログラムを使用して本発明に係る電源設計システムを構成した場合の第４実施形態のブロック図である。 図５に示す電流偏差計算部２０１が行う具体的な動作の実施例を示すフローチャートである。 図５に示すインピーダンス計算部２０２が行う具体的な動作の実施例を示すフローチャートである。 本発明の一実施例に適用されるインピーダンス特性図である。 図９のインピーダンス特性に基づいて再計算されたインピーダンス特性図である。

以下、本発明に係る電源設計システムの幾つかの実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の第１実施形態に係る電源設計システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、電源設計システムは、キーボードやマウスなどを使用して実現される入力装置１０１と、各種のプログラムの制御に従って動作するデータ処理装置１０２ａと、各種情報を記憶する記憶装置１０３ａと、ディスプレイ装置や印刷装置などを使用して実現される出力装置１０４とを備えて構成される。

入力装置１０１は、電子装置における電源の各種回路の消費電流やトランジスタ数などの動作回路情報や、電源配線パターンやコンデンサなどの部品配置の電源回路情報を設計データとして入力する装置である。また、記憶装置１０３ａは、各種データを格納するデータベースであってランダムモデル記憶部３０１を備えている。このランダムモデル記憶部３０１は、後述する電流偏差計算部２０１が入力装置１０１から入力される動作回路情報に基づいてランダムモデルを生成するためのデータをあらかじめ記憶しているデータベースである。
データ処理装置１０２ａは、電流偏差計算部２０１とインピーダンス計算部２０２と電圧偏差計算部２０３とを備えている。

電流偏差計算部２０１は、入力装置１０１から入力された動作回路情報（例えば、消費電流やトランジスタ数など）を元に、ランダムモデル記憶部３０１よりランダムモデルを呼び出して電流のランダムモデルを構成し、電流変動の標準偏差（電流偏差）を計算する。
インピーダンス計算部２０２は、入力装置１０１から入力された電源回路情報（例えば、電源配線パターンやコンデンサなどの部品配置）を元に、電源回路のインピーダンスを計算する。
電圧偏差計算部２０３は、電流偏差計算部２０１において計算された電流変動の標準偏差と、インピーダンス計算部２０２において計算された電源回路のインピーダンスとに基づいて電圧変動の標準偏差（電圧偏差）を計算する。出力装置１０４は、電圧偏差計算部２０３で計算された電圧変動の標準偏差（電圧偏差）を出力する。

次に、図１を参照しながら本実施形態に係る電源設計システムの全体の動作について詳細に説明する。入力装置１０１から入力された電子装置における電源のデータ（前述した動作回路情報や電源回路情報など）は、データ処理装置１０２ａにおいて電流偏差計算部２０１とインピーダンス計算部２０２とに渡される。

そして、電流偏差計算部２０１は、入力装置１０１から入力された動作回路の条件（動作回路情報）を用いて電流の変動にランダムモデルを当てはめて電流変動の標準偏差（電流偏差）を計算する。例えば、動作回路の条件として消費電流と動作ブロック数が与えられた場合、電流偏差計算部２０１は、動作ブロックがそれぞれ一定の確率で動作／非動作の状態の２種類を取る２項分布のランダムモデルを電流の変動に当てはめ、その２項分布の標準偏差を求める。具体的には、電流偏差計算部２０１は、次の式（１）に従って電流変動の標準偏差σｉを求める。

ただし、σｉは電流変動の標準偏差、ｉ_ｂは回路の１ブロックが動作するときの電流、ｎは動作ブロック数、ｐは動作ブロックが動作する確率である。

また、動作回路の条件の他の例としては、電流の変動分ｉａがある。電流の変動分ｉａが与えられたとき、その電流の変動分ｉａの範囲内で電流が均一に変化するランダムモデルを仮定して、次の式（２）に従って電流変動の標準偏差σｉを求めることもできる。

次に、インピーダンス計算部２０２は、入力された電源回路情報に基づいて電源のインピーダンス（例えば、周波数をｆとしたときのインピーダンス特性ｚ（ｆ））を計算する。このインピーダンス計算部２０２は、例えば、電源回路情報に含まれる電源回路のレイアウトに関する情報に基づいてインピーダンスを計算する。

図２は、図１に示す電源設計システムに適用される電源配線のモデルを表した等価回路図である。インピーダンス計算部２０２は、例えば、電源配線パターンを図２のような等価回路に変換し、回路シミュレータを用いてインピーダンスを計算する。尚、電源配線のモデルを表した等価回路では、図２に示すように、インピーダンスＺおよびＺ／２ならびにコンダクタンスＹおよびＹ／２が多数分布されている。

また、図３Ａおよび図３Ｂは、図１に示す電源設計システムに適用される電源上に存在する部品の例についての等価回路図である。図３Ａはコンデンサモデルを表わし、図３Ｂはインダクタモデルを表わしている。すなわち、インピーダンス計算部２０２は、例えば、キャパシタ及びインダクタをそれぞれ図３Ａおよび図３Ｂのような等価回路に変換し、回路シミュレータを用いてインピーダンスを計算する。

次に、電圧偏差計算部２０３は、電流偏差計算部２０１において計算された電流変動の標準偏差σｉと、インピーダンス計算部２０２において計算された周波数ｆにおけるインピーダンス特性ｚ（ｆ）とに基づいて、次の式（３）に従って電圧変動の標準偏差σｖを計算する。

但し、ｆａは電流の変化する周波数の半分に相当する周波数の値である。

そして、出力装置１０４は、前述の式（３）で計算された電圧変動の標準偏差σｖや電圧変動に正規分布を当てはめたときの電圧変動値とその確率を出力し、電源の設計者に対してどの程度の電圧変動が発生するかという情報を知らせる。

すなわち、本実施形態の電源設計システムによれば、統計的な指標の一つである標準偏差から電圧変動がどの程度発生するかという情報が得られ、その結果、電圧変動値の予測値を取得することができる。言い換えると、本実施形態の電源設計システムにおいては、電圧変動の値を中心とした設計方法を採用した電源設計システムとは異なり、統計的手法を用いた標準偏差を基準とした設計を行っている。

このとき、シミュレーションを使用した検証の結果を解析して電源の電圧変動を求めるには、電源のインピーダンスと電子装置の動作部における電流の変化の情報とが重要となる。この電流は、電子装置の動作部において各種回路が動作することに起因して流れる。その電流の変化は、各種回路の動作／非動作の時間的変化分に応じて発生する。

しかし、各種回路の動作／非動作は、複数の回路が絡み合って決定されるために極めて複雑なモードとなる。そのため、各種回路の動作に基づいて電流の変化を求めるためには莫大な計算量が必要となる。また、詳細な回路動作が決定していない設計の上流過程においては回路動作を求めることができないため、回路動作に基づいて電流の変化を得ることができない。

そこで、本実施形態の電源設計システムにおいては、各種回路の動作／非動作を、一定の確率でランダムに動作するモードであると仮定して電流の変化を求める。このとき、ランダムに動作する各種回路を表現するために、統計的手法を利用して、動作する回路の個数の変化に応じた消費電流の変動の幅を電流変動の標準偏差（電流偏差）で表現する。すなわち、電圧変動の標準偏差σｖと、電流変動の標準偏差σｉと、周波数ｆにおけるインピーダンス特性ｚ（ｆ）との関係式は、前述の式（３）で得られることが分かった。

つまり、電流がランダムに変動するとした場合は、前述の式（３）から分かるように、電圧変動の標準偏差σｖは、電流変動の標準偏差σｉと、インピーダンス特性ｚ（ｆ）の２乗の周波数平均をとって１／２乗して得られる値との積となる。

これは、電流の変動がランダムに発生した場合、その周波数特性は周波数帯域全体に広がることに起因するものである。すなわち、電流の時間的変動を周波数特性に変換し、変換された周波数特性にインピーダンスの周波数特性を掛け合わせ、掛け合わせられた結果を時間波形に戻すことで電圧の時間的変動を求めることができる。これらのことから推定して検討した結果、電圧変動の標準偏差σｖと電流変動の標準偏差σｉとの関係は、前述の式（３）のような関係にあることが分かった。

ここで、目標とする電圧変動範囲を電圧変動の標準偏差σｖとして電源設計を検討することを考える。すなわち、電圧変動の目標レベルとして、一定値以内の電圧変動に抑えることを目標とする。しかし、現実的には全ての条件において電圧変動を一定値以内に抑えることは極めて困難である。また、電圧変動を一定値以内に抑えるためには多くのコストが発生してしまう。さらに、対象とする電子装置にかけられるコストに応じて、抑えられるべき電圧変動のレベルが異なる。そこで、考察の結果、電圧変動の幅を正規分布として、電圧変動の標準偏差σｖに基づいて一定の電圧変動幅を超える確率を使用して電源設計を検討すれば、適切なコストで電源設計を行うことができるという結論に至った。

《第２実施形態》
図４は、本発明の第２実施形態に係る電源設計システムの構成を示すブロック図である。前述の図１に示した第１実施形態の電源設計システムと比較して、第２実施形態の電源設計システムは、図４に示すように、データ処理装置１０２ｂに電圧レベル判定部２０４が追加され、かつ、記憶装置１０３ｂに判定条件記憶部３０２が追加されている。判定条件記憶部３０２は、電圧変動範囲が確率的に所定の範囲（設計レベルの範囲）内に入っているかどうかの判定のために、当該所定の範囲を規定した判定条件を判定データベースとして記憶している。

すなわち、電圧レベル判定部２０４は、電圧偏差計算部２０３で計算された電圧変動の標準偏差と、記憶装置１０３ｂにおける判定条件記憶部３０２の判定データベースの情報とに基づいて、電圧変動範囲が確率的に所定の範囲内に入っているか否かを判定する。そして、出力装置１０４がその判定結果を出力する。これにより、電圧変動の標準偏差の指標ではなく、より直接的な電圧変動の判定結果が得られる。このため、設計者にとっては設計要因となる電圧変動の情報が一層わかりやすくなるので、さらに効果的な設計支援を行うことができる。

《第３実施形態》
図５は、本発明の第３実施形態に係る電源設計システムの構成を示すブロック図である。前述の図４に示した第２実施形態の電源設計システムと比較して、第３実施形態の電源設計システムは、図５に示すように、データ処理装置１０２ｃに部品追加変更部２０５が追加され、かつ、記憶装置１０３ｃに対策部品記憶部３０３が追加されている。対策部品記憶部３０３は、各電源部品の特性（部品データ）を記憶している。

すなわち、電圧レベル判定部２０４は、電圧変動範囲が所定の範囲内に入っているか否かの判定結果がＮＧのとき（すなわち、電圧変動範囲が所定の範囲内に入っていないとき）、その旨の情報を部品追加変更部２０５へ通知する。これによって、部品追加変更部２０５は、インピーダンス計算部２０２のインピーダンス計算結果に基づいて、記憶装置１０３ｃの対策部品記憶部３０３から部品を選択し、選択された部品を電源回路に追加する。

例えば、部品追加変更部２０５は、インピーダンス計算部２０２から出力されるインピーダンスの計算結果に基づいて、インピーダンスのピークとなっている周波数を検索し、対策部品記憶部３０３よりその周波数に適したコンデンサを特定して、特定されたコンデンサを電源回路へ追加する。そして、部品追加変更部２０５は、部品（コンデンサ）が追加された電源回路の情報をインピーダンス計算部２０２に通知する。この情報に基づいて、インピーダンス計算部２０２がインピーダンスを再度計算し、電圧偏差計算部２０３が電圧変動の標準偏差を再度計算し、電圧レベル判定部２０４が、再度、電圧変動範囲が所定の範囲内に入っているか否かの判定を行う。

ここで、電圧レベル判定部２０４の判定結果がＯＫのときは（すなわち、電圧変動範囲が所定の範囲内に入っているときは）、ＯＫの条件に該当する電子装置の電源回路の情報を出力装置１０４より出力させる。これによって、設計者に対して自動的に電源の設計支援を行うことができる。

なお、上述した説明では、電圧変動範囲が所定の範囲内に入るように、電源回路に対策部品を追加した。しかし、電圧変動範囲が所定の範囲内に入るように、例えば、電源回路内の特定の部品を変更（すなわち、特定の部品を対策部品で置き換える）ようにしても良い。

《第４実施形態》
図６は、プログラムを使用して本発明に係る電源設計システムを構成した場合の第４実施形態のブロック図である。すなわち、図６に示す第４実施形態の電源設計システムは、プログラムを用いて、前述の図１、図４、図５で示した第１、第２、第３実施形態の電源設計システムを構成した場合において、プログラムとそのプログラムに従って動作するコンピュータの構成を示した図である。

図６に示す電源設計システムは、入力装置１４１、コンピュータ（中央演算処理装置又はプロセッサ）１４２、記憶装置１４３、出力装置１４４、及び電子回路解析プログラム１４５を備えている。

すなわち、入力装置１４１から入力されたプログラムは、例えば、図１のデータ処理装置１０２ａの機能を実現するコンピュータ１４２に読み込まれて、そのコンピュータ１４２の動作が制御される。さらに、電子回路解析プログラム１４５がコンピュータ１４２に読み込まれて、コンピュータ１４２が記憶装置１４３を操作しながら前述の第１〜３実施形態における記憶装置１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃと同様の内容の情報を生成する。また、コンピュータ１４２は、電子回路解析プログラム１４５の制御に従って、前述の第１〜３実施形態におけるデータ処理装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが行う処理と同一の処理を実行する。

次に、一例として図５を参照しながら、図７、図８、図９、及び図１０を用いて、電源設計システムの具体的な動作の実施例を説明する。尚、図７は、図５に示す電流偏差計算部２０１が行う具体的な動作の実施例を示すフローチャートである。図８は、図５に示すインピーダンス計算部２０２が行う具体的な動作の実施例を示すフローチャートである。図９は、本発明の一実施例に適用されるインピーダンス特性図である。図１０は、図９のインピーダンス特性に基づいて再計算されたインピーダンス特性図である。なお、図９および図１０では横軸に周波数（Ｈｚ）、縦軸にインピーダンス（Ω）を示している。

まず、図５において、入力装置１０１より、動作回路情報の一例として、ＬＳＩの動作電圧（１．２Ｖ）、消費電力（１２Ｗ）、動作周波数（１２８ＭＨｚ）、回路数（１００万）、動作率（０．５）が入力される。また、入力装置１０１より、電源回路情報の一例として、電源に接続されているコンデンサの情報が入力される。このコンデンサの情報は、例えば、０．１μＦのコンデンサが５個、１００μのコンデンサが２個、電源に接続されていることを示す情報である。

次に、図７のフローチャートに示すように、データ処理装置１０２ｃの電流偏差計算部２０１が電流偏差を計算する。すなわち、電流偏差計算部２０１が１回路あたりの消費電流を求める（ステップＳ１）。このとき、電流偏差計算部２０１は、消費電力（１２Ｗ）を動作電圧（１．２Ｖ）で割って消費電流（１０Ａ）を求める。さらに、電流偏差計算部２０１は、回路数（１００万）に動作率（０．５）を掛けた動作数（５０万）で消費電流（１０Ａ）を割って１回路当りの消費電流（２０μＡ）を得る。

そして、電流偏差計算部２０１は、記憶装置１０３ｃのランダムモデル記憶部３０１から、与えられたパラメータ（すなわち、入力装置１０１から入力された動作回路情報）に基づいてランダムモデルを呼び出す（ステップＳ２）。この実施例ではランダムモデルとして２項分布のモデルを呼び出すことにする。その後、回路数（つまり、動作ブロック数ｎ＝１００万）と、動作率（ｐ＝０．５）と、１回路当りの消費電流（ｉ_ｂ＝２０μＡ）とを式（１）に代入して、電流偏差、すなわち、電流変動の標準偏差σｉ（０．０１Ａ）を求める（ステップＳ３）。つまり、σｉ＝２０×１０^−６（１０^６×０．５×０．５）^１/２＝０．０１Ａを求める。

次に、図８のフローチャートに示すように、データ処理装置１０２ｃのインピーダンス計算部２０２がインピーダンスを計算する。すなわち、インピーダンス計算部２０２は、入力装置１０１から入力された電源回路情報である各電源部品の特性（部品データ）を、記憶装置１０３ｃの対策部品記憶部３０３から呼び出す（ステップＳ１１）。次に、インピーダンス計算部２０２は、対策部品記憶部３０３から呼び出された各電源部品（対策部品）のデータに基づいて等価回路モデルを生成して出力する（ステップＳ１２）。そして、インピーダンス計算部２０２は、生成された等価回路モデルに基づいてインピーダンスを計算する（ステップＳ１３）。

インピーダンス計算部２０２が計算したインピーダンスの計算結果は、図９に示すように、周波数に応じてインピーダンス値が異なることを示している。

次に、データ処理装置１０２ｃの電圧偏差計算部２０３が電圧偏差（つまり、電圧変動の標準偏差σｖ）を計算する。すなわち、図７のステップＳ３で求めた電流偏差（電流変動の標準偏差σｉ＝０．０１Ａ）と、図８のステップＳ１３で求めたインピーダンスとを前述の式（３）に代入して電圧偏差（電圧変動の標準偏差σｖ）を計算する。これにより、電圧偏差（電圧変動の標準偏差）σｖ＝１１．４ｍＶが求まる。

次に、データ処理装置１０２ｃの電圧レベル判定部２０４は、電圧変動範囲が所定の範囲内に入っているか否かの判定を行う。このとき、電圧レベル判定部２０４は、記憶装置１０３ｃの判定条件記憶部３０２の判定データベースより判定条件を呼び出す。本実施例では、電圧レベル判定部２０４は、入力電圧（動作電圧）に基づいて、入力電圧１．２Ｖの５％以内に１０^−９の確率で入る条件である９．８ｍＶを判定条件として呼び出す。

ここで、本実施例では、計算された電圧偏差（電圧変動の標準偏差σｖ）が１１．４ｍＶであって、電圧変動範囲の判定条件９．８ｍＶより大きい。このため、電圧レベル判定部２０４は、電圧変動範囲が所定の範囲内に入っていないと見なして、電圧変動範囲の判定結果としてＮＧの情報を生成する。

次に、電圧変動範囲の判定結果がＮＧであるため、データ処理装置１０２ｃの部品追加変更部２０５が電源回路に部品を追加する。すなわち、部品追加変更部２０５が、図９のインピーダンス特性図で示されるインピーダンスの計算結果に基づいて、インピーダンスのピークとなっている周波数である３．２ＭＨｚ（３．２×１０^６Ｈｚ）付近で効果のある部品（例えば、１μＦのコンデンサ）を選択して電源回路に追加する。

次に、１μＦのコンデンサが追加された電源回路について、データ処理装置１０２ｃのインピーダンス計算部２０２が、再度、インピーダンスを計算する。そのインピーダンス計算結果を図１０に示す。

次に、再計算されたインピーダンスの値に基づいて、データ処理装置１０２ｃの電圧偏差計算部２０３が式（３）に従って電圧偏差（電圧変動の標準偏差σｖ）を再度計算する。このときの電圧偏差（電圧変動の標準偏差σｖ）は８．９ｍＶとなる。

次に、データ処理装置１０２ｃの電圧レベル判定部２０４は、電圧変動範囲が所定の範囲内に入っているか否かの判定を行う。このとき、電圧変動範囲の判定条件は９．８ｍＶであり、電圧偏差（電圧変動の標準偏差σｖ）は８．９ｍＶであるので、電圧偏差８．９ｍＶは判定基準に入っている。このため、電圧レベル判定部２０４は、電圧変動範囲の判定結果としてＯＫの情報を出力する。

そして、最後に、出力装置１０４から、ＯＫの情報の得られた電源回路情報（例えば、０．１μＦが５個、１μＦが１個、及び１００μＦが２個のコンデンサの情報）が出力される。従って、このような電源回路情報に基づいて、設計者に対して適切な設計支援を行うことができる。

以上、実施形態および実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態および実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更を加えることができる。

なお、図７および図８を参照して前述した電源設計方法は、コンピュータがプログラムを読み込み、このプログラムをコンピュータが実行して実現できる。例えば、前述した電源設計方法の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することで、前述した各処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ、半導体メモリなどをいう。また、通信回線を介してこのプログラムを外部のコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

また、上記プログラムは、前述した電源設計方法の機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した電源設計方法の機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

以上説明したように、電源設計システムでは詳細な設計データを使用したシミュレーションを実施して設計が行われていた。そのため、電子装置の動作が未定な設計段階の上流過程ではシミュレーションに必要な情報を収集することができなかった。したがって、シミュレーションを使用した設計が特に有効な設計段階の上流過程においては適切なシミュレーションを行うことができなかった。

これに対して、本発明の実施形態または実施例に係る電源設計システムでは、電子装置の電流の変動にランダムモデルを適用することで電流変動の標準偏差を求め、別に計算した電源のインピーダンスとの関係に基づいて、電圧変動の標準偏差を予測している。これによって、統計データである電圧変動の標準偏差を用いて電源の設計を行うことができる。そのため、詳細な情報のない設計の上流過程においても、電圧変動の標準偏差を解析して電源の設計を適切に行うことができる。

この出願は、２００９年５月１日に出願された日本出願特願２００９−１１２０６３号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本発明の電源設計システムによれば、電子装置の電源を設計する際に、電源設計の補助装置や自動設計装置をコンピュータに実現させるためのプログラムなどに有効に利用することができる。

１０１、１４１ 入力装置
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ データ処理装置（統計値計算装置）
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１４３ 記憶装置
１０４、１４４ 出力装置
１４２ コンピュータ
１４５ 電子回路解析プログラム
２０１ 電流偏差計算部
２０２ インピーダンス計算部
２０３ 電圧偏差計算部
２０４ 電圧レベル判定部
２０５ 部品追加変更部
３０１ ランダムモデル記憶部
３０２ 判定条件記憶部
３０３ 対策部品記憶部

Claims (10)

1. 電子装置の設計データを入力する入力装置と、
   前記電子装置内の各回路の動作／非動作に伴う電流変動を表すランダムモデルを記憶する記憶装置と、
   前記設計データと前記ランダムモデルに基づいて、前記電子装置の電源における電源変動を表す統計値を計算する統計値計算装置と、
   前記電源変動を表す統計値を出力する出力装置と
   を具備し、
   前記統計値計算装置は、
   前記設計データと前記ランダムモデルに基づいて、前記電子装置における前記電流変動を示す電流偏差を計算する電流偏差計算部と、
   前記設計データに基づいて、前記電源のインピーダンスを計算するインピーダンス計算
   部と、
   前記電流偏差計算部が計算した前記電流偏差と前記インピーダンス計算部が計算した前記インピーダンスに基づき、前記電源変動を表す統計値として、前記電源の電圧変動を示す電圧偏差を計算する電圧偏差計算部と
   を具備する電源設計システム。
2. 前記電圧偏差計算部が計算した前記電圧偏差に基づいて、前記電源の電圧変動範囲が設計レベルの範囲内に入っているか否かを判定し、前記電源の電圧変動範囲が前記設計レベルの範囲内に入っているか否かの情報を判定結果として生成する電圧レベル判定部をさらに備え、
   前記出力装置は、生成された前記判定結果を出力する請求項１に記載の電源設計システム。
3. 前記電源の電圧変動範囲が前記設計レベルの範囲内に入っていないとき、前記電源の電圧変動範囲が前記設計レベルの範囲内に入るように、前記電源の回路に対策部品を追加し、又は、前記電源の回路内の部品を対策部品に変更する部品追加変更部をさらに備え、
   前記出力装置は、前記対策部品の追加または変更が行われた前記電源の回路の情報を出力する請求項２に記載の電源設計システム。
4. 前記部品追加変更部は、前記インピーダンス計算部が計算した前記インピーダンスに基づいて、前記対策部品の追加または変更を行う請求項３に記載の電源設計システム。
5. 前記電流偏差計算部が計算する前記電流偏差は電流変動の標準偏差であり、前記電圧偏差計算部が計算する前記電圧偏差は電圧変動の標準偏差である請求項１から４のいずれか１項に記載の電源設計システム。
6. 前記インピーダンス計算部は、前記設計データに基づいて等価回路モデルを生成し、生成された前記等価回路モデルに基づき、回路シミュレータを用いて前記インピーダンスを計算する請求項１から５のいずれか１項に記載の電源設計システム。
7. 前記ランダムモデルは、前記電子装置内の各回路の動作／非動作が一定の確率でランダムに発生すると仮定したモデルである請求項１から６のいずれか１項に記載の電源設計システム。
8. 前記ランダムモデルは、与えられた電流の変動分の範囲内で電流が均一に変化するモデルである請求項１から６のいずれか１項に記載の電源設計システム。
9. 入力装置が、電子装置の設計データを入力する入力過程と、
   統計値計算装置が、前記設計データと前記電子装置内の各回路の動作／非動作に伴う電流変動を表すランダムモデルに基づいて、前記電子装置の電源における電源変動を表す統計値を計算する統計値計算過程と、
   出力装置が、前記電源変動を表す統計値を出力する出力過程と
   を含み、
   前記統計値計算過程は、
   電流偏差計算部が、前記設計データと前記ランダムモデルに基づいて、前記電子装置における前記電流変動を示す電流偏差を計算する電流偏差計算過程と、
   インピーダンス計算部が、前記設計データに基づいて、前記電源のインピーダンスを計算するインピーダンス計算過程と、
   電圧偏差計算部が、前記電流偏差計算部が計算した前記電流偏差と前記インピーダンス計算部が計算した前記インピーダンスに基づき、前記電源変動を表す統計値として、前記電源の電圧変動を示す電圧偏差を計算する電圧偏差計算過程と
   を含む電源設計方法。
10. コンピュータを、
    電子装置の設計データを入力する入力手段、
    前記設計データと前記電子装置内の各回路の動作／非動作に伴う電流変動を表すランダムモデルに基づいて、前記電子装置における前記電流変動を示す電流偏差を計算する電流偏差計算手段、
    前記設計データに基づいて、前記電源のインピーダンスを計算するインピーダンス計算
    手段、
    前記電流偏差計算手段が計算した前記電流偏差と前記インピーダンス計算手段が計算した前記インピーダンスに基づき、前記電源変動を表す統計値として、前記電源の電圧変動を示す電圧偏差を計算する電圧偏差計算手段、
    前記電源変動を表す統計値を出力する出力手段
    として機能させる電源設計用プログラム。

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