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公開番号2024168562
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-05
出願番号2023085355
出願日2023-05-24
発明の名称設計支援装置および設計支援プログラム
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類G06F 30/367 20200101AFI20241128BHJP(計算;計数)
要約【課題】パワーインテグリティの設計を容易にする。
【解決手段】パワーインテグリティの設計を支援するための設計支援装置70において、動作パラメータ入力部82は、集積回路(IC)によって実行される複数の機能の各々に対して、動作周波数または動作タイミングの情報と平均消費電流の情報との入力を受ける。電流波形計算部84は、動作パラメータ入力部82によって入力された情報に基づいて、ICチップを電流源としてモデル化したときの電流波形を計算する。モデル生成部85は、ICチップの電流源モデルに基づいて、シミュレーションに用いられるIC部品モデルを生成する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
パワーインテグリティの設計を支援するための設計支援装置であって、
集積回路（ＩＣ）によって実行される複数の機能の各々に対して、動作周波数または動作タイミングの情報と平均消費電流の情報との入力を受ける動作パラメータ入力部と、
前記動作パラメータ入力部によって入力された情報に基づいて、ＩＣチップを電流源としてモデル化したときの電流波形を計算する電流波形計算部と、
前記ＩＣチップからＩＣパッケージの電源端子およびグランド端子に至るまでのＩＣ部品の電源配線構造に関する構造情報の入力を受ける構造情報入力部と、
前記ＩＣチップの電流源モデルと前記構造情報とに基づいて、シミュレーションに用いられるＩＣ部品モデルを生成するモデル生成部とを備える、設計支援装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記ＩＣチップを電流源としてモデル化したときの前記電流波形は、周期的に生成される電流パルスを含み、
前記電流波形計算部は、前記動作周波数または前記動作タイミングに基づいて、前記ＩＣの前記機能ごとに前記電流パルスが生成されるタイミングを決定し、前記ＩＣの前記機能ごとの前記平均消費電流にさらに基づいて前記電流パルスのピーク値を決定する、請求項１に記載の設計支援装置。
【請求項３】
前記構造情報は、前記ＩＣ部品の前記電源配線構造を等価回路で表した場合の回路パラメータを含む、請求項１に記載の設計支援装置。
【請求項４】
前記ＩＣ部品モデルと前記ＩＣ部品が実装されるプリント基板の情報とに基づいて回路シミュレーションを実行することにより、前記ＩＣ部品の電源・グランド端子間の電圧を計算するパワーインテグリティ解析部をさらに備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の設計支援装置。
【請求項５】
前記パワーインテグリティ解析部は、前記ＩＣ部品の前記電源・グランド端子間の電圧の許容範囲の入力を受け、前記計算された電源・グランド端子間の電圧が前記許容範囲内か否かを判定する、請求項４に記載の設計支援装置。
【請求項６】
パワーインテグリティの設計を支援するための設計支援プログラムであって、
集積回路（ＩＣ）によって実行される複数の機能の各々に対して、動作周波数または動作タイミングの情報と平均消費電流の情報との入力を受けるステップと、
前記入力された動作周波数または動作タイミングの情報と平均消費電流の情報とに基づいて、ＩＣチップを電流源としてモデル化したときの電流波形を計算するステップと、
前記ＩＣチップからＩＣパッケージの電源端子およびグランド端子に至るまでのＩＣ部品の電源配線構造に関する構造情報の入力を受けるステップと、
前記ＩＣチップの電流源モデルと前記構造情報とに基づいて、シミュレーションに用いられるＩＣ部品モデルを生成するステップとをコンピュータに実行させる、設計支援プログラム。
【請求項７】
前記ＩＣチップを電流源としてモデル化したときの前記電流波形は、周期的に生成される電流パルスを含み、
前記電流波形を計算するステップは、
前記動作周波数または前記動作タイミングに基づいて、前記ＩＣの前記機能ごとに前記電流パルスが生成されるタイミングを決定するステップと、
前記ＩＣの前記機能ごとの前記平均消費電流にさらに基づいて前記電流パルスのピーク値を決定するステップとを含む、請求項６に記載の設計支援プログラム。
【請求項８】
前記構造情報は、前記ＩＣ部品の前記電源配線構造を等価回路で表した場合の回路パラメータを含む、請求項６に記載の設計支援プログラム。
【請求項９】
前記ＩＣ部品モデルと前記ＩＣ部品が実装されるプリント基板の情報とに基づいて回路シミュレーションを実行することにより、前記ＩＣ部品の電源・グランド端子間の電圧を計算するステップを、前記コンピュータにさらに実行させる、請求項６～８のいずれか１項に記載の設計支援プログラム。
【請求項１０】
前記ＩＣ部品の前記電源・グランド端子間の電圧の許容範囲の入力を受け、前記計算された電源・グランド端子間の電圧が前記許容範囲内か否かを判定するステップを、前記コンピュータにさらに実行させる、請求項９に記載の設計支援プログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、設計支援装置および設計支援プログラムに関し、たとえばパワーインテグリティの設計に適用される。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
パワーインテグリティとは、プリント基板の電源ラインおよび／または電源プレーンにおける電源電圧の品質をいう。たとえば、ＬＳＩ（Large Scale Integration）の内部で発生したノイズが電源ライン／電源プレーンを伝搬したり、ＬＳＩの電流消費によって電源電圧の低下が生じたりすることは、パワーインテグリティの問題である。
【０００３】
ＬＳＩの誤動作を防ぐためのパワーインテグリティの設計手法の一つに、プリント配線板上のＬＳＩの端子位置から見た電源プレーンとグランドプレーンとの間のインピーダンス（「入力インピーダンス」と称する）が上限値（「ターゲットインピーダンス」と称する）を超えないように設計する手法がある。しかしながら、設計の初期段階でターゲットインピーダンスを決定することは容易でない。
【０００４】
特開２０１１－２２８２２号公報（特許文献１）は、ターゲットインピーダンスの決定を容易にするための手法を開示する。具体的に、この文献のパワーインテグリティ解析装置では、時間軸上でのＬＳＩの消費電流の変化を表す電流波形、すなわち一定間隔で同一の三角波が発生する波形が仮定される。この電流波形の極大値、定常値から極大値に変化するのに要する変化時間、三角波の周期は、設計者によって入力される。パワーインテグリティ解析装置は、上記の時間軸上の電流波形を周波数軸上の電流スペクトラムに変換する。そして、パワーインテグリティ解析装置は、電源電圧の定格値および許容される電源電圧の変動率に基づいて、電源電圧定格値×許容変動率／消費電流スペクトラムに従って、ターゲットインピーダンススペクトラムを算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１１－２２８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特開２０１１－２２８２２号公報（特許文献１）に開示された手法よっても、依然としてターゲットインピーダンスの決定は容易とは言えない。なぜなら、プリント基板の設計者が、ＬＳＩの消費電流波形の極大値および定常値から極大値に変化するのに要する時間などを特定することは困難であるからである。
【０００７】
本開示は、上記の背景技術を考慮してなされたものであり、その目的は、パワーインテグリティの設計を容易にする設計支援装置および設計支援プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態において、パワーインテグリティの設計を支援するための設計支援装置が提供される。設計支援装置は、動作パラメータ入力部と、電流波形計算部と、構造情報入力部と、モデル生成部とを備える。動作パラメータ入力部は、集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）によって実行される複数の機能の各々に対して、動作周波数または動作タイミングの情報と平均消費電流の情報との入力を受ける。電流波形計算部は、動作パラメータ入力部によって入力された情報に基づいて、ＩＣチップを電流源としてモデル化したときの電流波形を計算する。構造情報入力部は、ＩＣチップからＩＣパッケージの電源端子およびグランド端子に至るまでのＩＣ部品の電源配線構造に関する構造情報の入力を受ける。モデル生成部は、ＩＣチップの電流源モデルと構造情報とに基づいて、シミュレーションに用いられるＩＣ部品モデルを生成する。
【発明の効果】
【０００９】
上記の実施形態によれば、ＩＣの機能ごとの動作周波数または動作タイミングの情報と平均消費電流の情報とに基づいてＩＣチップを電流源としてモデル化したときの電流波形が計算される。この電流源モデルを利用することにより、パワーインテグリティの設計が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
シミュレーションで用いられる回路モデルの一例を示すブロック図である。
図１のＩＣ部品モデルのより詳細な構成例を示す回路図である。
実施の形態１に係る設計支援装置の構成例を示すブロック図である。
図３の構造情報入力部のより詳細な構成例を示すブロック図である。
図３の動作パラメータ入力部のより詳細な構成例を示すブロック図である。
各機能のパラメータの入力画面の一例を示す図である。
ＧＰＩＯのパラメータの入力画面の一例および通信回路のパラメータの入力画面の一例を示す図である。
ＩＣチップの一機能の電流波形を概念的に示すタイミング図である。
図３の設計支援装置の動作を示すフローチャートである。
実施の形態２の設計支援装置の構成例を示すブロック図である。
図１０の設計支援装置の動作を示すフローチャートである。
実施の形態３の設計支援装置の動作を示すフローチャートである。
実施の形態１～３の設計支援装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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