WO2012014597A1

WO2012014597A1 - 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

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Publication number: WO2012014597A1
Application number: PCT/JP2011/064039
Authority: WO
Inventors: 学楠本
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2012-02-02
Also published as: US8667453B2; JPWO2012014597A1; JP5895843B2; US20130125083A1

Abstract

　電子機器装置の電源を設計するための電源設計システム。前記電子機器装置の電源に関する回路情報を入力する入力装置と、前記入力装置から入力する前記回路情報に対応する電流変動の分散を示す分散情報と前記回路情報とに基づいて、当該電子機器装置の電流変動を示す電流偏差を計算する電流偏差計算部と、前記電流偏差計算部が計算した前記電流偏差と、前記回路情報が示す電圧変動の許容範囲に基づいて、当該回路情報が示す電源の目標となるターゲットインピーダンスを計算するターゲットインピーダンス計算部と、前記ターゲットインピーダンス計算部が計算した前記ターゲットインピーダンスを出力する出力装置とを備える。

Description

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

　本発明は、電子機器装置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などに関し、特に、設計段階の上流工程において動作回路の概要によりランダムモデルを適用し、統計的な電源変動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。
　本願は、２０１０年７月３０日に出願された特願２０１０－１７２５９６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　近年、半導体技術の飛躍的な進歩によって、ＬＳＩ（Large Scale Integration）などを含む電子機器装置の高性能化及び高速動作化が進んでいる。そのため、電子機器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、電子機器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電子機器装置のシミュレーションによる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による検証を解析することによって、電子機器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、電子機器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ので、電子機器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行うことによって電子機器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、あらかじめ電源のインピーダンスをシミュレーションによって求め、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、電子機器装置の電源回路の測定により、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、電子機器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、電子機器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、電子機器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、電子機器装置の動作部は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、電子機器装置の各種の回路が動いたり止まったりしている。これによって、各タイミングで動作する回路の個数によって動作部に流れる電流が変化する。したがって、この電流の変化によって電源電圧の変動が発生する。そのため、電流の変化による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。

特許第３６０９３０５号公報特開２００７－１３３４８４号公報特開２００８－７０９２４号公報

　しかしながら、電子機器装置の詳細な動作状態が決定されていない設計の上流工程においては、シミュレーションの利用によって設計を行うことは極めて困難である。
　従来は、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、実際の電子機器装置により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が、設計の上流工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、シミュレーションによる設計が有効な設計の上流工程において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、実際の電子機器装置は複雑な動作を行うため、電子機器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、電子機器装置における実際の複雑な動作による電流の変化状態をシミュレーションするためには、モデル自身がかなり複雑になるので、シミュレーション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、電子機器装置におけるごく一部の動作しか考慮することができないので、電子機器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１，２，３の技術においても、電子機器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、設計段階の上流工程において、シミュレーションによって目標となるターゲットインピーダンスを出力して電源の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。

　上記問題を解決するために、本発明は、電子機器装置の電源を設計するための電源設計システムであって、前記電子機器装置の電源に関する回路情報を入力する入力装置と、前記入力装置から入力する前記回路情報に対応する電流変動の分散を示す分散情報と前記回路情報とに基づいて、当該電子機器装置の電流変動を示す電流偏差を計算する電流偏差計算部と、前記電流偏差計算部が計算した前記電流偏差と、前記回路情報が示す電圧変動の許容範囲に基づいて、当該回路情報が示す電源の目標となるターゲットインピーダンスを計算するターゲットインピーダンス計算部と、前記ターゲットインピーダンス計算部が計算した前記ターゲットインピーダンスを出力する出力装置とを備える電源設計システムを提供する。

　本発明はまた、電子機器装置の電源を設計するための電源設計システムであって、前記電子機器装置の電源に関する回路情報を入力する入力装置と、電流が変動する範囲内での電流の発生確率を示す分散情報を記憶する分散記憶部と、前記入力装置から入力する前記回路情報が示す電流の発生範囲と、前記分散情報とに基づいて当該電子機器装置の電流変動を示す電流偏差を計算する電流偏差計算部と、前記電流偏差計算部が計算した前記電流偏差と、前記回路情報が示す前記電子機器装置の電圧変動の許容範囲に基づいて、その電源の目標となるターゲットインピーダンスを計算するターゲットインピーダンス計算部と、前記ターゲットインピーダンス計算部が計算したターゲットインピーダンスを出力する出力装置とを備える電源設計システムも提供する。

　上述の各電源設計システムは、前記入力装置が入力する前記回路情報に基づいて前記電子機器装置の電源の電源インピーダンス特性を計算するインピーダンス計算部と、前記ターゲットインピーダンス計算部が計算した前記ターゲットインピーダンスに基づいて、前記電源インピーダンス特性に基づいて算出される電源インピーダンスが前記ターゲットインピーダンスの示す許容範囲内に入っているか否かを判定する判定部とをさらに備え、前記出力装置は、前記判定部の判定結果に応じて、前記電源インピーダンスが前記回路情報の許容範囲内に入っているか否かの情報を出力するようにしても良い。

　この場合、前記電源インピーダンスが前記回路情報の許容範囲内に入っていない場合、前記電源インピーダンスが前記回路情報の許容範囲内に入るように、前記回路情報に対応する前記電子機器装置を構成する部品を追加又は変更する調整を行う部品追加変更部をさらに備え、前記出力装置は、前記部品追加変更部の調整結果に応じて、前記電源インピーダンスが前記回路情報の許容範囲内に入るために必要な設計調整を示す電源設計情報を出力するようにしても良い。

　本発明はまた、電子機器装置の電源を設計するための電源設計方法であって、前記電子機器装置の電源に関する回路情報を入力する第１のステップと、前記回路情報に対応する電流変動の分散を示す分散情報と前記回路情報とに基づいて、当該電子機器装置の電流変動を示す電流偏差を計算する第２のステップと、前記電流偏差と、前記回路情報が示す電圧変動の許容範囲に基づいて、当該回路情報が示す電源の目標となるターゲットインピーダンスを計算する第３のステップと、前記ターゲットインピーダンスを出力する第４のステップとを備える電源設計方法も提供する。

　本発明はまた、電子機器装置の電源を設計するための電源設計方法であって、前記電子機器装置の電源に関する回路情報を入力する第１のステップと、電流が変動する範囲内での電流の発生確率を示す分散情報と、前記回路情報が示す電流の発生範囲とに基づいて当該電子機器装置の電流変動を示す電流偏差を計算する第２のステップと、前記回路情報が示す前記電子機器装置の電圧変動の許容範囲と、前記電流偏差とに基づいて、当該電源の目標となるターゲットインピーダンスを計算する第３のステップと、前記ターゲットインピーダンスを出力する第４のステップとを備える電源設計方法も提供する。

　本発明はまた、上述の各電源設計方法に係る第１～４のステップを実行させるための電源設計プログラムも提供する。

　本発明によれば、想定される最大電流と最小電流によって規定される統計的な電流範囲から電流偏差を求めることができる。よって、電流偏差と目標となる電圧変動の許容値によって、目標となるターゲットインピーダンスの値が算出できる。
　さらに、目標となるターゲットインピーダンスが明確となるため、適切なコストで電源設計を行うことができ、電子機器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。

本発明に係る第１実施形態の電源設計システムの構成を示すブロック図である。本実施形態に係る電流変動の分散のパターンを示す図である。本実施形態に係る電流変動の、別の分散のパターンを示す図である。本発明に係る第２実施形態の電源設計システムの構成を示すブロック図である。本発明に係る第３実施形態の電源設計システムの構成を示すブロック図である。本発明に係る電源設計プログラムについて説明するための図である。本発明に係る電流偏差の計算処理フローの一例を示すフローチャートである。本発明に係るターゲットインピーダンスの計算処理フローの一例を示すフローチャートである。本発明の一実施例において得られたインピーダンス特性を示す図である。本発明の一実施例において再計算されたインピーダンス特性を示す図である。

　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の一例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によって実現される入力装置１０１と、各種のプログラム制御によって動作するデータ処理装置１０２と、各種情報を記憶する記憶装置１０３と、ディスプレイ装置や印刷装置などによっ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、回路情報、例えば、回路シミュレーションの対象である電子機器装置における回路の種類、回路の電源の最大電流や最小電流、電源電圧変動の許容範囲、許容範囲を超えない確率等を示す情報を入力する装置である。
　記憶装置１０３は、各種データを格納するデータベースであって分散パターン記憶部３０１を備えている。この分散パターン記憶部３０１は、入力装置１０１から入力される回路情報に応じた分散パターン（詳細は後述）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１０２は、電流偏差計算部２０１とターゲットインピーダンス計算部２０２とを備えている。
　この電流偏差計算部２０１は、入力装置１０１から入力される回路情報（例えば、回路の種類と最大電流、最小電流）に基づき、分散パターン記憶部３０１から回路情報に応じた分散パターンを読み出し、電流変動の標準偏差を計算する。
　ターゲットインピーダンス計算部２０２は、電流偏差計算部２０１によって計算された電流変動の標準偏差（以下、電流偏差という）を電流偏差計算部２０１から入力するとともに、入力装置１０１から回路情報を入力する。このターゲットインピーダンス計算部２０２は、回路情報が示す許容電圧範囲と当該許容範囲を超えない確率、および電流偏差に基づいて、ターゲットインピーダンスを計算し、出力部１０４に出力する。
　出力部１０４は、ターゲットインピーダンス計算部２０２で計算されたターゲットインピーダンスを出力する。

　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から入力される回路シミュレーションの対象である所定の電子機器装置における電源に関する回路情報は、データ処理装置１０２の電流偏差計算部２０１とインピーダンス計算部２０２とに出力される。
　そして、電流偏差計算部２０１は、入力装置１０１から入力された回路情報に基づき、当該回路情報に応じた分散パターンを分散パターン記憶部３０１から読み出し、当該分散パターンを当てはめて電流変動の標準偏差（電流偏差σ_ｉ）を計算する。
　例えば、電流偏差計算部２０１は、入力された回路情報より、分散パターンとして図２Ａや図２Ｂに示すようなパターンを分散パターン記憶部３０１から読み出す。この分散パターンは、各電流に応じて当該電流値の電流が回路を流れる確率を表している。回路を流れる電流の電流値は、最大電流と最小電流の間の範囲で変動する。このとき、その間の電流値がどの確率で発生するかの情報があれば、次の式１で電流の偏差が求まる。

　ただし、各電流値ｉに対し、σ_ｉは電流偏差、ｉに上線が付いたものは平均電流、ｐ（ｉ）は電流値ｉの発生確率である。
　したがって、電流偏差計算部２０１では、式１により、入力された最大電流や最小電流のデータと分散パターンのデータに基づき、電流偏差を求めることができる。
　なお、電流偏差計算部２０１は、予め決められている分散パターンを分散パターン記憶部３０１から読み出すものであってもよく、回路情報に応じて所定の分散パターンを選択的に読み出すものであってもよい。
　つまり、電流偏差計算部２０１は、電流の変動範囲や最大電流あるいは最小電流に応じて分散パターンが予め決められており、回路情報に対応する分散パターンを選択するものであってもよい。この回路情報（電流の変動範囲や最大電流あるいは最小電流等の情報）と分散パターンとは、最適となる組み合わせを予め決めておき、対応付けて分散パターン記憶部３０１に記憶させておくことが好ましい。

　次に、ターゲットインピーダンス計算部２０２は、目標となるターゲットインピーダンスを計算する。このターゲットインピーダンス計算部２０２は、許容された電圧変動範囲と、それを超えない確率を元に、目標の電圧偏差σ_ｖを決定する。
　例えば、ターゲットインピーダンス計算部２０２は、電圧変動の分散を標準偏差と仮定し、指定された変動範囲を指定された超えない確率になるような電圧偏差σ_ｖを求める。そして、ターゲットインピーダンス計算部２０２は、電圧偏差σ_ｖを電流偏差計算部２０１で求めた電流偏差σ_ｉで割る（除算する）ことで、ターゲットインピーダンスを計算する。

　そして、出力装置１０４は、ターゲットインピーダンス計算部２０２で計算されたターゲットインピーダンスの情報を、例えば、ディスプレイ装置に表示すること、あるいは、印刷装置により印刷することによって設計者等のユーザに報知する。
　すなわち、本発明の電源設計システムによれば、回路情報に基づき電流偏差を求めることができ、これにより統計的な指標の一つである偏差からの計算によって、目標となるターゲットインピーダンスが求められるので、設計の基準が明確となる。言い換えると、本発明の電源設計システムにおいては、従来の電源設計システムのような電圧変動の値を中心とした設計方法とは異なり、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。

　電源設計を行なう際には、シミュレーションによる検証の解析によっ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機器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、電子機器装置の動作部において各種回路が動作することによって流れる。その電流の変化は、各種回路の動作／非動作の時間的変化によって発生する。
　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、各種回路の動作により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工程においては回路動作を求めることができないため、回路動作によって電流の変化を得ることができない。

　そこで、本発明の電源設計システムにおいては、電流の変動の分散パターンをあらかじめデータベースに記憶しておき、設計する回路に対し、そのパターンを当てはめることで、電流の偏差を導きだし、設計を行なっている。
　また、電圧変動の標準偏差σ_ｖと、電流変動の標準偏差σ_ｉと、周波数ｆにおけるインピーダンス特性ｚ（ｆ）との関係を調べたところ、その関係式は、次式で得られることが分かった。

　ただし、ｆ_０は共振周波数、ｆ_ａは当該電流変動で電流が周期的に変化する周波数の半分に相当する周波数の値である。

　つまり、電圧変動の標準偏差σ_ｖは、電流変動の標準偏差σ_ｉ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乗したものとの積となる。この電圧偏差σ_ｖ、電流偏差σ_ｉとインピーダンスの関係式と求めたターゲットインピーダンスＺ_ｔにより、次式の条件に当てはまるように電源インピーダンスを設計することで、安定した設計が行なえる。

＜第２実施形態＞
　図３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の一例を示すブロック図である。
　なお、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３に示すように、データ処理装置１０２ｂにインピーダンス計算部２０３と判定部２０４が追加されている点で異なる。
　その他、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

　インピーダンス計算部２０３は、入力装置１０１から入力される電源回路の回路情報より、一般的な回路シミュレータや電磁界シミュレータと同様の方法を用い、電源インピーダンス特性を計算する。
　判定部２０４は、ターゲットインピーダンス計算部２０２から入力されるターゲットインピーダンスと、インピーダンス計算部２０３から入力する電源回路の電源インピーダンス特性により算出される電源インピーダンスとを比較し、電源回路の電源インピーダンスが目標の範囲に入っているかどうかを判定する。そして、判定部２０４は、判定結果を出力装置１０４に出力する。
　出力装置１０４は、判定部２０４から入力する判定結果を出力する。
　これにより、本実施形態に係る電源設計システムは、電源回路のインピーダンスが設計の許容範囲に入っているかどうかという、より直接的な判定結果が得られるため、さらに効果的な設計支援を行うことができる。
　つまり、ターゲットインピーダンス計算部２０２が計算するターゲットインピーダンスに基づき、例えば設計者等が、回路情報に基づき電源回路のインピーダンスが設計の許容範囲内か否かを判断する手間が省け、ターゲットインピーダンスと判定結果とを得ることができる。

＜第３実施形態＞
　図４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の一例を示すブロック図である。
　なお、前述の図３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４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１０３に換えて、分散パターン記憶部３０１に加えて対策部品記憶部３０２が追加されている記憶装置１０３ｃを備える点で異なる。
　その他、第２実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

　判定部２０４は、電源インピーダンス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、電源インピーダンスが所定の設計の許容範囲内に入っていないとき）、その旨を示す情報（ＮＧ情報）を部品追加変更部２０５へ出力する。
　部品追加変更部２０５は、判定部２０４からＮＧ情報を入力すると、インピーダンス計算部２０３のインピーダンス特性の計算結果に基づいて、記憶装置１０３ｃの対策部品記憶部３０２から所定の部品を選択し、電源回路に所定の部品を追加する。
　例えば、部品追加変更部２０５は、インピーダンス計算部２０３によるインピーダンス特性の計算結果より、電源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追加することを実行する。つまり、部品追加変更部２０５は、シミュレーションの対象である所定の電子機器装置に含まれる回路に対して、その電源インピーダンスのピークとなっている周波数に適したコンデンサを設計上追加して、回路情報を変更する。
　この部品追加変更部２０５は、変更した回路情報をインピーダンス計算部２０３に出力する。

　そして、インピーダンス計算部２０３は、部品（コンデンサ）が追加された電源回路の回路情報に基づいて、電源インピーダンス特性を再度計算して、判定部２０４に出力する。
　この判定部２０４は、再度、変更された電源インピーダンス特性に基づいて算出された電源インピーダンスに基づき、電圧変動の範囲が所定の範囲内に入っているか否かの判定を行う。つまり、判定部２０４は、例えば、電源インピーダンスが設計の許容範囲内に入っているか否かについて、変更された電源インピーダンスに対応する電圧変動が、ターゲットインピーダンスが示す電圧変動の所定の範囲内に入っているか否かを判断する。
　判定部２０４は、この電圧変動がターゲットインピーダンスの示す電圧変動の所定の範囲内に入っていない場合、その旨を示すＮＧ情報を部品追加変更部２０５へ出力し、上述の再計算を繰り返す。

　一方、電圧レベル判定部２０４の判定結果がＯＫ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るとき、例えば、電圧変動がターゲットインピーダンスの示す電圧変動の所定の範囲内に入っている場合）、判定部２０４は、ＯＫの条件に該当する電子機器装置の電源回路情報を出力装置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。
　つまり、電圧変動範囲が所定の許容範囲内となる電子機器装置の電源回路の情報を出力装置１０４を介して設計者等のユーザに提供することができる。
　これにより、設計段階の上流過程において、電子機器装置の動作の概要によって統計的な手法を適用し、電流偏差の計算を行うことができ、シミュレーションによって目標となるインピーダンスを設計者等に通知し、電源設計を支援することができる。

＜第４実施形態＞
　図５は、本発明の係る電源設計システムをプログラムによって構成した場合の第４実施形態のブロック図である。すなわち、図５に示す第４実施形態の電源設計システムは、前述の図１、図３、図４で示した第１、第２、第３実施形態のいずれかの電源設計システムをプログラムによって構成した場合の、プログラムとそのプログラムによって動作されるコンピュータの構成を説明するための図である。
　図５に示す電源設計システムは、入力装置１４１、コンピュータ１４２、記憶装置１４３、出力装置１４４、及び電子回路解析プログラム記憶領域１４５によって構成されている。
　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１０２の機能を実現するコンピュータ（中央演算処理装置又はプロセッサ）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。
　例えば、コンピュータ１４２が、入力装置１４１から入力する所定のプログラムをインストールすることにより、このプログラムを電子回路解析プログラム記憶領域１４５に格納する。

　さらに、電子回路解析プログラム記憶領域１４５に記憶されている電子回路解析プログラムがコンピュータ１４２に読み込まれて、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１０３もしくは１０３ｃと同様の情報内容を生成する。
　また、コンピュータ１４２は、電子回路解析プログラム１４５の制御により、前述の第１～３実施形態におけるデータ処理装置１０２、１０２ｂ、もしくは１０２ｃによる処理と同一の処理を実行する。
　すなわち、コンピュータ１４２は、電子回路解析プログラムに従って動作することにより、前述の第１～３実施形態におけるデータ処理装置１０２、１０２ｂ、１０２ｃによる処理と同一の処理を実行する。また、記憶装置１４３は、上述の記憶装置１０３もしくは１０３ｃと同様の情報を記憶する。さらに、入力装置１４１、出力装置１４４は、上述の入力装置１０１、出力装置１０４と同様の構成を有する。

　次に、一例として図４を参照しながら、図６、図７、図８、及び図９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６は、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り、図７は、ターゲット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。また、図８は、本発明の一実施例において得られたインピーダンス特性図であり、図９は、図８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り、何れも横軸に周波数（Ｈｚ）、縦軸にインピーダンス（Ω）を示している。

　まず、図４において、入力装置１０１が、回路情報として、例えば、ＬＳＩにおける動作時の最大電流（１００ｍＡ）、最小電流（７５ｍＡ）、許容電圧としての入力電圧１．２Ｖの±５％、許容範囲を外れる（エラーをする）確率１０^－９が入力される。また、回路情報として、０．１μＦのコンデンサが５個、１００μのコンデンサが２個との、電源に接続されているコンデンサについての情報が含まれている。

　次に、図６のフローチャートに示すように、入力装置１０１から入力する回路情報に基づき、電流偏差計算部２０１が電流偏差σ_ｉを計算する。
　例えば、電流偏差計算部２０１は、入力される回路情報に含まれる最大電流（１００ｍＡ）と最小電流（７５ｍＡ）の値より、電流の変動幅を計算（１００ｍＡ－７５ｍＡ＝２５ｍＡ）する（ステップＳ６０１）。
　そして、電流偏差計算部２０１は、分散パターン記憶部３０１から、この最大電流、最小電流、および電流の変動幅に応じた分散パターンを呼び出す（ステップＳ６０２）。本実施例においては、電流偏差計算部２０１は、この分散パターンとして、図２Ａに示したような分散パターンを読み出す。
　次いで、電流偏差計算部２０１は、この電流の変動幅より電流偏差σ_ｉを計算する（ステップＳ６０３）。例えば、図２Ａの分散パターンの場合、電流偏差は変動幅の１／√６倍となるため、１０ｍＡと計算される。

　次に、ターゲットインピーダンス計算部２０２が、電流偏差計算部２０１によって計算された電流偏差σ_ｉと、入力装置１０１から入力する回路情報に基づき、目標となるターゲットインピーダンスを計算する。
　このターゲットインピーダンス計算部２０２は、電圧変動が正規分布に従うとして、ターゲットインピーダンスを計算する。このとき、ターゲットインピーダンス計算部２０２は、許容範囲を超える（エラーする）確率が入力された確率となるような標準偏差を求める。
　例えば、電圧変動が正規分布の場合、±６．１σを超える確率が、上述の入力された確率１０^－９となる（ステップＳ７０１）。ここで、１．２Ｖ×±５％＝６０ｍＶが６．１σであるため、ターゲットインピーダンス計算部２０２は、目標となる電圧偏差σ_ｖとして９．８ｍＶを求める（ステップＳ７０２）。
　すなわち、このターゲットインピーダンス計算部２０２は、電流偏差σ_ｉの値と電圧偏差σ_ｖの値より、ターゲットインピーダンスを０．９８Ωと計算する（ステップＳ７０３）。

　次に、インピーダンス計算部２０３が電源インピーダンス特性を計算する。すなわち、インピーダンス計算部２０３は、入力装置１０１から入力される回路情報に含まれる各電源部品（当該回路情報の電子回路に含まれる部品）の特性（以下、部品データという）や接続情報から、これら回路情報に基づき表わされる等価回路のモデルデータ（以下、等価回路モデルという）を作成する。
　このインピーダンス計算部２０３は、作成した等価回路モデルに基づいて回路シミュレーションを行い、電源インピーダンス特性を計算する。このインピーダンス計算部２０３が、入力する回路情報に基づき、回路シミュレーションした結果（得られたインピーダンス特性）を図８に示す。

　次に、判定部２０４は、ターゲットインピーダンス計算部２０２により計算されたターゲットインピーダンスと、インピーダンス計算部２０３により計算された電源インピーダンス特性に基づき、電源インピーダンスがターゲットインピーダンスの示す許容範囲内に入っているか否かを判定する。
　つまり、判定部２０４は、インピーダンス計算部２０３が計算した電源インピーダンス特性を元に、上記式（２）を用いてσ_ｖ／σ_ｉとなる電源インピーダンスを求める。このインピーダンスは、１．１４Ωとなる。
　このように、ターゲットインピーダンスが０．９８Ωに対し、入力された電源回路の回路情報に対応する電源インピーダンスは、１．１４Ωであり、ターゲットインピーダンスより大きいため、判定部２０４は、ＮＧ情報を出力する。
　つまり、ターゲットインピーダンスの示す許容範囲内とは、例えば、この電源インピーダンスが、ターゲットインピーダンス以下となる範囲である。

　そして、判定部２０４による判定結果がＮＧのため、部品追加変更部２０５が、電源回路を構成する部品を追加あるいは変更する。
　この部品追加変更部２０５は、インピーダンス計算部２０３が計算した電源インピーダンスの計算結果に基づいて、図８のインピーダンス特性図より、例えば、インピーダンスの高い周波数である３２０ＭＨｚ（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、変更された電源回路を元に、再度、インピーダンス計算部２０３は、電源インピーダンス特性を計算する。その電源インピーダンス特性の計算結果を図９に示す。
　このとき、判定部２０４が、式（２）を用いてσ_ｖ／σ_ｉとなる電源インピーダンスを求めると０．８９Ωとなった。

　次に、再度、判定部２０４で判定をおこなう。インピーダンス計算部２０３で計算した電源インピーダンス特性を元に、判定部２０４は、式（２）を用いてσ_ｖ／σ_ｉとなるインピーダンスを求めると０．８９Ωとなった。ターゲットインピーダンスが０．９８Ωに対し、入力された電源回路の電源インピーダンスが１．１４Ωであり、ターゲットインピーダンスより小さいため、ＯＫ情報を出力する。
　そして、出力装置１０４は、判定結果がＯＫであった回路情報（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）を出力する。
　なお、部品追加変更部２０５により部品が追加又は変更された場合、追加又は変更された部品を含む回路情報を、出力装置１０４が出力する。
　従って、本実施形態に係る電源設計システムは、このような電源の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、本発明の電源設計システムについて幾つかの実施形態と具体的な実施例を説明したが、本発明は前記の各実施形態並びに実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

　以上説明したように、従来の電源設計システムは詳細な設計データによりシミュレーションを実施して設計を行っていた。そのため、電子機器装置の動作が未定な設計の上流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。また、動作が未定の設計の上流で、シミュレーションで電源設計を行なう際に、明確な目標が得られないため、必要以上に多くの部品を追加したり、電源インピーダンスが高くなって正常に動作しなかったりしていた。
　一方、本発明の電源設計システムでは、電子機器装置の設計に統計の標準偏差を適用し、電流偏差や電圧偏差、電源のインピーダンスとの関係より、設計を行なっていく。
　これによって、簡易的なデータを元に、目標となるインピーダンスを求めることができ、詳細な情報のない設計の上流工程においても、電源のインピーダンスの目標値が明確になり、電源の設計を適切に行うことができる。

　なお、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むことによって実現される。したがって、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によって、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、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリなどをいう。また、このプログラムを通信回線によって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。

　本発明の電源設計システムによれば、電子機器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・・・入力装置、１０２・・・データ処理装置、１０３・・・記憶装置、１０４・・・出力装置、２０１・・・電流偏差計算部、２０２・・・ターゲットインピーダンス計算部、２０３・・・インピーダンス計算部、２０４・・・判定部、２０５・・・部品追加変更部

Claims

　電子機器装置の電源を設計するための電源設計システムであって、
　前記電子機器装置の電源に関する回路情報を入力する入力装置と、
　前記入力装置から入力する前記回路情報に対応する電流変動の分散を示す分散情報と前記回路情報とに基づいて、当該電子機器装置の電流変動を示す電流偏差を計算する電流偏差計算部と、
　前記電流偏差計算部が計算した前記電流偏差と、前記回路情報が示す電圧変動の許容範囲に基づいて、当該回路情報が示す電源の目標となるターゲットインピーダンスを計算するターゲットインピーダンス計算部と、
　前記ターゲットインピーダンス計算部が計算した前記ターゲットインピーダンスを出力する出力装置と
　を備えることを特徴とする電源設計システム。
　電子機器装置の電源を設計するための電源設計システムであって、
　前記電子機器装置の電源に関する回路情報を入力する入力装置と、
　電流が変動する範囲内での電流の発生確率を示す分散情報を記憶する分散記憶部と
　前記入力装置から入力する前記回路情報が示す電流の発生範囲と、前記分散情報とに基づいて、当該電子機器装置の電流変動を示す電流偏差を計算する電流偏差計算部と、
　前記電流偏差計算部が計算した前記電流偏差と、前記回路情報が示す前記電子機器装置の電圧変動の許容範囲に基づいて、その電源の目標となるターゲットインピーダンスを計算するターゲットインピーダンス計算部と、
　前記ターゲットインピーダンス計算部が計算したターゲットインピーダンスを出力する出力装置と
　を備えることを特徴とする電源設計システム。
　前記入力装置が入力する前記回路情報に基づいて前記電子機器装置の電源の電源インピーダンス特性を計算するインピーダンス計算部と、
　前記ターゲットインピーダンス計算部が計算した前記ターゲットインピーダンスに基づいて、前記電源インピーダンス特性に基づいて算出される電源インピーダンスが前記ターゲットインピーダンスの示す許容範囲内に入っているか否かを判定する判定部と、をさらに備え、
　前記出力装置は、前記判定部の判定結果に応じて、前記電源インピーダンスが前記回路情報の許容範囲内に入っているか否かの情報を出力する
　ことを特徴とする請求項１に記載の電源設計システム。
　前記電源インピーダンスが前記回路情報の許容範囲内に入っていない場合、前記電源インピーダンスが前記回路情報の許容範囲内に入るように、前記回路情報に対応する前記電子機器装置を構成する部品を追加又は変更する調整を行う部品追加変更部をさらに備え、
　前記出力装置は、前記部品追加変更部の調整結果に応じて、前記電源インピーダンスが前記回路情報の許容範囲内に入るために必要な設計調整を示す電源設計情報を出力することを特徴とする請求項３に記載の電源設計システム。
　前記入力装置が入力する前記回路情報に基づいて前記電子機器装置の電源の電源インピーダンス特性を計算するインピーダンス計算部と、
　前記ターゲットインピーダンス計算部が計算した前記ターゲットインピーダンスに基づいて、前記電源インピーダンス特性に基づいて算出される電源インピーダンスが前記ターゲットインピーダンスの示す許容範囲内に入っているか否かを判定する判定部と、をさらに備え、
　前記出力装置は、前記判定部の判定結果に応じて、前記電源インピーダンスが前記回路情報の許容範囲内に入っているか否かの情報を出力する
　ことを特徴とする請求項２に記載の電源設計システム。
　前記電源インピーダンスが前記回路情報の許容範囲内に入っていない場合、前記電源インピーダンスが前記回路情報の許容範囲内に入るように、前記回路情報に対応する前記電子機器装置を構成する部品を追加又は変更する調整を行う部品追加変更部をさらに備え、
　前記出力装置は、前記部品追加変更部の調整結果に応じて、前記電源インピーダンスが前記回路情報の許容範囲内に入るために必要な設計調整を示す電源設計情報を出力することを特徴とする請求項５に記載の電源設計システム。
　電子機器装置の電源を設計するための電源設計方法であって、
　前記電子機器装置の電源に関する回路情報を入力する第１のステップと、
　前記回路情報に対応する電流変動の分散を示す分散情報と前記回路情報とに基づいて、当該電子機器装置の電流変動を示す電流偏差を計算する第２のステップと、
　前記電流偏差と、前記回路情報が示す電圧変動の許容範囲に基づいて、当該回路情報が示す電源の目標となるターゲットインピーダンスを計算する第３のステップと、
　前記ターゲットインピーダンスを出力する第４のステップと
　を備えることを特徴とする電源設計方法。
　電子機器装置の電源を設計するための電源設計方法であって、
　前記電子機器装置の電源に関する回路情報を入力する第１のステップと、
　電流が変動する範囲内での電流の発生確率を示す分散情報と、前記回路情報が示す電流の発生範囲とに基づいて、当該電子機器装置の電流変動を示す電流偏差を計算する第２のステップと、
　前記回路情報が示す前記電子機器装置の電圧変動の許容範囲と、前記電流偏差とに基づいて、当該電源の目標となるターゲットインピーダンスを計算する第３のステップと、
　前記ターゲットインピーダンスを出力する第４のステップと
　を備えることを特徴とする電源設計方法。
　コンピュータに、請求項７に記載の第１～４のステップを実行させるための電源設計プログラム。
　コンピュータに、請求項８に記載の第１～４のステップを実行させるための電源設計プログラム。