JP6234483B2 - 設計支援装置、設計支援方法、プログラムおよびメモリ媒体 - Google Patents

Description

本発明は、設計支援装置、設計支援方法、プログラムおよびメモリ媒体に関する。

差動インターフェースは、ノイズの影響を受けにくいインターフェースとして知られている。差動インターフェースを有する半導体チップ間では、差動信号を伝送する差動信号線対が使用される。配線基板（プリント配線基板）における差動信号線対の設計では、十分なノイズ耐性を得るために種々の制約を満たす必要がある。

特許文献１には、差動ペア線路（差動信号線対）の配線パターンにおいて差動インピーダンスが基準範囲から外れるエラー箇所をチェックするエラーチェック機能を有する基板設計プログラムが記載されている。

特開２０１３−９３０５６号公報

配線基板における差動信号線対の設計では、必ず満たすべき設計基準を定めておき、それを満たすかどうかで設計を評価するだけでは不十分である。差動信号線対の設計では、差動信号線対を構成する２つの信号線の配線幅を変更せざるを得ない区間、該２つの信号線の間隔を変更せざるを得ない区間、該２つの信号線を平行に配置できない区間などのように、理想的な設計から逸脱する区間が生じうる。このような区間の少々の発生は許容可能である一方で、このような区間の過剰な発生は信号の伝送品質の観点で看過できないであろう。

従来は、差動信号線対の設計が設計基準を満たしている度合を設計者に提示する設計支援装置は存在せず、設計者は、経験と勘を頼りにして設計を進めるしかなく、設計者によるばらつきが生じやすかった。

本発明は、差動信号線対の設計の支援に有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、配線基板を設計するための設計支援装置に係り、前記設計支援装置は、複数の差動信号線対のそれぞれについて、差動信号線対のうち設計基準を満たしている区間が前記差動信号線対の全体に対して占める度合を示す指標を求め、前記複数の差動信号線対のそれぞれについて、前記指標をディスプレイに表示させる指標提示部を備え、前記指標提示部は、更に、前記複数の差動信号線対のうち選択された差動信号線対を構成する複数の区間のそれぞれが前記設計基準を満たしているか否かを示す情報を前記ディスプレイに表示させる。

本発明の第２の側面は、指標提示部を有する設計支援装置によって配線基板を設計するための設計支援を行う設計支援方法に係り、前記設計支援方法は、前記指標提示部が、複数の差動信号線対のそれぞれについて、差動信号線対のうち設計基準を満たしている区間が前記差動信号線対の全体に対して占める度合を示す指標を求め、前記複数の差動信号線対のそれぞれについて、前記指標をディスプレイに表示させ、前記指標提示部が、前記複数の差動信号線対のうち選択された差動信号線対を構成する複数の区間のそれぞれが前記設計基準を満たしているか否かを示す情報を前記ディスプレイに表示させる。

本発明の第３の側面は、前記第１の側面に係る設計支援装置が構成されるようにコンピュータを動作させるためのプログラムに関する。

本発明の第４の側面は、前記第１の側面に係る設計支援装置が構成されるようにコンピュータを動作させるためのプログラムを格納したメモリ媒体に関する。

本発明によれば、差動信号線対の設計の支援に有利な技術が提供される。

本発明の１つの実施形態の設計支援装置の構成を示す図。 設計例を示す図。 設計支援装置によって作成された差動信号線対の配線パターンの設計例を模式的に示す図。 差動信号線対の配線パターンの評価結果を示す図。 差動信号線対の配線パターンの評価結果を示す図。 差動配線対を構成する区間の強調表示の例を示す図。 差動配線対を構成する区間の強調表示の例を示す図。 指標提示プログラムによる処理の流れの例を示す図。 差動信号線対を構成する２つの信号線の配線パターンの例を示す図。

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。

図１には、本発明の１つの実施形態の設計支援装置１００の構成が示されている。設計支援装置１００は、コンピュータ１０１に設計支援プログラム１６０を組み込むことによって構成されうる。設計支援装置１００あるいはコンピュータ１０１は、ＣＰＵ１１０、メモリ１２０、入力デバイス（例えば、キーボード、タッチパネル、マウスなど）１３０、ディスプレイ１４０、ハードディスク（メモリ）１５０などで構成されうる。設計支援プログラム１６０は、ハードディスク１５０に組み込まれうる。設計支援プログラム１６０は、それを格納したメモリ媒体の形態で配布されうる。ハードディスク１５０には、設計支援プログラム１６０の実行によって作成される設計データ１７０が格納されうる。

設計支援プログラム１６０は、指標提示プログラム１６１を含みうる。指標提示プログラム１６１は、それが実行されることにより、コンピュータ１０１を、指標提示部を含む設計支援装置１００として動作させる。設計支援プログラム１６０は、配線基板表示プログラム１６２を含みうる。配線基板表示プログラム１６２は、それが実行されることにより、コンピュータ１０１を、配線基板表示部を含む設計支援装置１００として動作させる。

以下、図１〜図８を参照しながら設計支援装置１００によって実行される設計支援方法を例示的に説明する。ここでは、図２に示されるように、半導体チップＩＣ１のピンＵＳＢＯ−１Ｐ、ＵＳＢＯ−１Ｎと半導体チップＩＣ２のピンＵＳＢＩ−１Ｐ、ＵＳＢＩ−１Ｎとを差動信号線対ＵＳＢ−１で接続する例を説明する。ここで、差動信号線対ＵＳＢ−１は、互いに逆相の信号が印加される２つの信号線ＵＳＢ−１Ｐ、ＵＳＢ−１Ｎで構成される。

図３には、設計支援装置１００（設計支援プログラム１６０）によって作成された差動信号線対ＵＳＢ−１（ＵＳＢ−１Ｐ、ＵＳＢ−１Ｎ）の配線パターンの例が模式的に示されている。ここで、差動信号線対ＵＳＢ−１の配線パターンは、設計支援装置１００を操作する設計者から入力デバイス１３０を介して与えられる指示に従って、あるいは、設計支援プログラム１６０に組み込まれた自動配線機能によって、あるいは、それらの双方によって作成されうる。

図８には、設計支援プログラム１６０に組み込まれた指標提示プログラム１６１（あるいは、それによって構成される指標提示部）による処理の流れが示されている。ステップＳ８１０では、指標提示プログラム１６１は、差動信号線対を複数の区間に分割する。例えば、図３に示す例では、差動信号線対ＵＳＢ−１の配線パターンは、区間１〜９と、区間Ａ〜Ｆとに分割される。

ここで、指標提示プログラム１６１による差動信号線対の分割は、例えば、差動信号線対を構成する２つの信号線の配線パターンの特徴が変化する位置、例えば、以下のような位置でなされうる。

・２つの信号線の配線パターンが非平行な状態から平行な状態に変化する位置、
・２つの信号線の配線パターンが平行な状態から非平行な状態に変化する位置、
・２つの信号線の配線パターンの少なくとも一方が配置される層が変化する位置（ビアの位置）、
・２つの信号線の配線パターンの幅が変化する区間の開始位置および終了位置、
・２つの信号線の配線パターンの間隔が変化する区間の開始位置および終了位置、
・別の層に配置されたベタパターン（所定値以上の面積を有するパターン）を横切る区間の開始位置および終了位置

ステップＳ８２０では、指標提示プログラム１６１は、ステップＳ８１０で分割された複数の区間を評価することによってカップリング率を求める。ここで、図３において、区間１〜９は、差動信号線対ＵＳＢ−１の配線パターンが設計基準の一例としてのカップリング条件を満たす区間であり、区間Ａ〜Ｆは、差動信号線対ＵＳＢ−１の配線パターンが該カップリング条件を満たさない区間である。カップリング条件は、例えば、差動信号線対を構成する２つの信号線が同一層に配置されるべきであるという基準（以下、基準１）と、該２つの信号線が相互に平行に配置されるべきであるという基準（以下、基準２）と、該２つの信号線の間の基準間隔（以下、基準３）と含む。区間Ａ〜Ｆでは、２つの信号線ＵＳＢ−１Ｐ、ＵＳＢ−１Ｎの配線パターンが相互に平行ではないので、基準２を満たさない。なお、基準１、２、３は、例示に過ぎず、適宜に変更されうるものである。

カップリング率は、差動信号線対のうち設計基準の１つとしてのカップリング条件を満たしている区間が該差動信号線対の全体に対して占める度合を示す指標である。より具体的な例において、該度合は、差動信号線対のうち設計基準の１つとしてのカップリング条件を満たしている区間が該差動信号線対の全体に対して占める比率でありうる。

カップリング率は、例えば、以下の式に従って計算されうる。

（カップリング率）＝（差動信号線対を構成する２つの信号線のうちカップリング条件を満たしている区間の総配線長）／（差動信号線対を構成する２つの信号線の総配線長）

図３に示す例では、前述のように、区間１〜９は、差動信号線対ＵＳＢ−１の配線パターンがカップリング条件を満たす区間であり、区間Ａ〜Ｆは、差動信号線対ＵＳＢ−１の配線パターンがカップリング条件を満たさない区間である。よって、「差動信号線対を構成する２つの信号線のうちカップリング条件を満たしている区間の総配線長」は、差動信号線対ＵＳＢ−１を構成する２つの信号線ＵＳＢ−１Ｐ、ＵＳＢ−１Ｎのうち区間１〜９の総配線長である。また、「差動信号線対を構成する２つの信号線の総配線長」は、区間１〜９と区間Ａ〜Ｆとの総配線長である。

ここで、一例において、「差動信号線対を構成する２つの信号線のうちカップリング条件を満たしている区間の総配線長」は、該２つの信号線の一方のうちのカップリング条件を満たしている区間の配線長と該２つの信号線の他方のうちの該区間の配線長との合計として定義されうる。また、「差動信号線対を構成する２つの信号線の総配線長」は、該２つの信号線の一方の配線長と該２つの信号線の他方の配線長との合計として定義されうる。このような定義は、差動信号線対を構成する２つの信号線の長さが相互に異なるものとして扱われる場合に便利である。例えば、図９に示すように、差動信号線対を構成する２つの信号線ＤＳＰ、ＤＳＮの配線パターンのそれぞれの長さが、それぞれの中心線の長さＬ１、Ｌ２として定義される場合、Ｌ１とＬ２とは相互に異なる長さとなる。

ステップＳ８３０では、指標提示プログラム１６１は、ステップＳ８１０で分割された複数の区間を評価することによって、差動信号線対を構成する２つの信号線の差動インピーダンス準拠度を求める。差動インピーダンス準拠度は、差動信号線対のうち設計基準の１つとしての「差動インピーダンスの基準範囲」を満たしている区間が該差動信号線対の全体に対して占める度合を示す指標である。より具体的な例において、該度合は、差動信号線対のうち設計基準の１つとしての「差動インピーダンスの基準範囲」を満たしている区間が該差動信号線対の全体に対して占める比率でありうる。この基準範囲は、最小値および最大値である与えられうる。

差動インピーダンス準拠度は、例えば、以下の式に従って計算されうる。

（差動インピーダンス準拠度）＝（差動信号線対を構成する２つの信号線のうち差動インピーダンスの基準範囲を満たしている区間の総配線長）／（差動信号線対を構成する２つの信号線の総配線長）

ここで、差動インピーダンスは、差動信号線対が配置された層とは異なる層に配置され、電源電位又は接地電位などの固定電位が与えられるベタパターンを考慮して計算されうる。一例において、「差動信号線対を構成する２つの信号線のうち差動インピーダンスの基準範囲を満たしている区間の総配線長」は、該２つの信号線の一方のうちの差動インピーダンスの基準範囲を満たしている区間の総配線長と該２つの信号線の他方のうちの差動インピーダンスの基準範囲を満たしている区間の総配線長との合計として定義されうる。

ステップＳ８４０では、指標提示プログラム１６１は、ステップＳ８１０で分割された複数の区間を評価することによって、差動信号線対の差動配線ルール準拠度を求める。差動配線ルール準拠度は、差動信号線対のうち設計基準の１つとしての差動配線ルールを満たしている区間が該差動信号線対の全体に対して占める度合を示す指標である。より具体的な例において、該度合は、差動信号線対のうち設計基準の１つとしての差動配線ルールを満たしている区間が該差動信号線対の全体に対して占める比率でありうる。

差動配線ルールは、例えば、差動信号線対を構成する２つの信号線が同一層に配置されるべきであるという基準（以下、基準４）と、層ごとに定められた該２つの信号線のそれぞれの基準幅（以下、基準５）と、層ごとに定められた該２つの信号線の間の基準間隔（以下、基準６）とを含む。

差動配線ルール準拠度は、例えば、以下の式に従って計算されうる。

（差動配線ルール準拠度）＝（差動信号線対を構成する２つの信号線のうち差動配線ルールを満たしている区間の総配線長）／（差動信号線対を構成する２つの信号線の総配線長）

一例において、「差動信号線対を構成する２つの信号線のうち差動配線ルールを満たしている区間の総配線長」は、差動信号線対を構成する２つの信号線の一方のうちの差動配線ルールを満たしている区間の総配線長と該２つの信号線の他方のうちの差動配線ルールを満たしている区間の総配線長との合計として定義されうる。

ステップＳ８５０では、指標提示プログラム１６１は、ステップＳ８２０、Ｓ８３０およびＳ８４０で求めたカップリング率、差動インピーダンス準拠度および差動配線ルール準拠度を評価結果としてディスプレイ１４０に表示させる。図４には、ステップＳ８５０においてディスプレイ１４０に表示される評価結果が例示的に示されている。この評価結果は、複数の差動信号線対についての評価結果を含んでいる。「信号名」は、差動信号配線対の名称である。「総配線長」は、例えば、差動信号線対を構成する２つの信号線の一方の配線長と該２つの信号線の他方の配線長との合計である。「カップリング長」は、例えば、差動信号線対を構成する２つの信号線の一方のうちのカップリング条件を満たしている区間の配線長と該２つの信号線の他方のうちのカップリング条件を満たしている区間の配線長との合計である。「カップリング率」、「差動インピーダンス準拠度」、「差動配線ルール準拠度」は、前述の定義に従いうる。

以上のように、差動信号線対のうち設計基準を満たしている区間が該差動信号線対の全体に対して占める度合を示す指標をディスプレイに表示することによって、設計者は、その指標を頼りにして設計を進めることができる。これによって設計者によるばらつきを低減することができる。

図５には、差動信号線対ＵＳＢ−１についてステップＳ８１０で分割された各区間の属性（配線長、配線幅、信号線の間隔）および差動インピーダンスの表示例が示されている。例えば、入力デバイス１３０の操作を通して、図４に例示された評価結果において信号名が選択されることにより、図５に示す詳細な評価結果がディスプレイ１４０に表示されうる。

図５に示された例では、「カップリング区間」として示された区間１、２、３等は、カップリング条件を満たす区間であり、「非カップリング区間」として示された区間Ａ、区間Ｂ等は、カップリング条件を満たさない区間である。つまり、図５には、カップリング条件を満たす区間と満たさない区間とが示されている。換言すると、ディスプレイ１４０には、複数の区間のそれぞれが設計基準としてのカップリング条件を満たすか否かを示す情報が表示される。

図５に示された例では、区間６における差動信号線対ＵＳＢ−１の差動インピーダンスは８０Ωであり、設定された下限値（８３Ω）を下回っている。また、区間８における差動信号線対ＵＳＢ−１の差動インピーダンスは９９Ωであり、設定された上限値（９７Ω）を上回っている。つまり、差動信号線対ＵＳＢ−１のうち区間６、８は、差動インピーダンスの基準範囲を満たしていない区間である。ここで、差動インピーダンスの基準範囲を満たしていない区間６、８は、他の区間と区別して表示される。つまり、図５には、差動インピーダンスが基準範囲を満たす区間と満たさない区間とが示されている。換言すると、ディスプレイ１４０には、複数の区間のそれぞれが設計基準としての基準インピーダンスの基準範囲を満たすか否かを示す情報が表示される。この例では、「差動信号線対を構成する２つの信号線のうち差動インピーダンスの基準範囲を満たしている区間の総配線長」は、区間１、２、３、４、５、７、９の配線長の合計である。この例では、「非カップリング区間」に関しては、差動インピーダンスが表示されていない。また、区間Ａのように、区間内で配線幅が変化する場合は、例えば、最小配線幅などの代表的な線幅が表示されうる。

図５に示された例では、区間３における差動信号線対ＵＳＢ−１を構成する２つの信号線ＵＳＢ−１Ｐ、ＵＳＢ−１Ｎの間隔は０．０８ｍｍであり、不図示の基準間隔を下回っている。また、区間６における差動信号線対ＵＳＢ−１を構成する２つの信号線ＵＳＢ−１Ｐ、ＵＳＢ−１Ｎの幅は０．１２ｍｍであり、不図示の基準幅を上回っている。つまり、差動信号線対ＵＳＢ−１のうち区間３、６は、差動配線ルールを満たしていない区間である。ここで、差動配線ルールを満たしていない区間３、６は、他の区間と区別して表示される。つまり、図５には、差動配線ルールを満たす区間と満たさない区間とが示されている。換言すると、ディスプレイ１４０には、複数の区間のそれぞれが差動配線ルールを満たすか否かを示す情報が表示される。この例では、「差動信号線対が差動配線ルールを満たしている区間の総配線長」は、区間１、２、４、５、７、８、９の配線長の合計である。

指標提示プログラム１６１は、複数の差動信号線対のそれぞれについてディスプレイ１４０に表示された指標を含む情報をソートする機能を含みうる。ステップＳ８６０において、指標提示プログラム１６１が入力デバイス１３０を介して設計者からソートの指示を受けると、ステップＳ８７０において、指標提示プログラム１６１は、複数の差動信号線対のそれぞれについてディスプレイ１４０に表示された指標を含む情報をソートする。設計者は、例えば、図４に例示される評価結果において、カップリング率、差動インピーダンスおよび差動配線ルール準拠度のいずれかに基づいて該評価結果をソートさせることができる。

指標提示プログラム１６１はまた、複数の差動信号線対の全部又は一部を選択して、配線基板におけるそれらに対応する配線パターンを配線基板表示プログラム１６２に強調表示させる機能を有しうる。指標提示プログラム１６１はまた、選択された差動信号線対の任意の区間を選択して、配線基板におけるそれに対応する区間を配線基板表示プログラム１６２に強調表示させる機能を有しうる。ステップＳ８７５において、指標提示プログラム１６１が入力デバイス１３０を介して設計者から強調表示の指示を受けると、ステップＳ８８０において、指標提示プログラム１６１は、その指示に従って、該当する差動信号線対または区間を配線基板表示プログラム１６２に強調表示させる。

例えば、設計者は、図４に例示された評価結果における任意の信号名を選択することによって、その信号名を有する差動信号線対をディスプレイ１４０に強調表示させることができる。具体的には、図４に例示された表における任意の信号名が設計者によって選択されると、指標提示プログラム１６１は、その信号名を配線基板表示プログラム１６２に渡す。これに応じて、配線基板表示プログラム１６２は、その信号名を有する差動信号線対を強調表示する。

また、設計者は、図５に例示された表における任意の項目を選択することによって、差動信号配線対の配線パターンの全体のうち選択された項目に対応する区間をディスプレイ１４０に強調表示させることができる。具体的には、図５に例示された表における任意の項目が設計者によって選択されると、指標提示プログラム１６１は、その項目に対応する区間を識別する情報を配線基板表示プログラム１６２に渡す。これに応じて、配線基板表示プログラム１６２は、その情報に対応する区間を強調表示する。図６、７には、区間６、８に対応する項目（例えば、区間６、８の「差動インピーダンス」を示す「８０Ω、９９Ω」）が選択された場合に、配線基板表示プログラム１６２によって差動信号線対ＳＵＢ−１のうち区間６、８に対応する区間が強調表示される様子が模式的に示されている。

このような強調表示機能によれば、設計者は、修正すべき差動信号線対または区間を即座に見つけ出すことができる。

Claims (13)

1. 配線基板を設計するための設計支援装置であって、
   複数の差動信号線対のそれぞれについて、差動信号線対のうち設計基準を満たしている区間が前記差動信号線対の全体に対して占める度合を示す指標を求め、前記複数の差動信号線対のそれぞれについて、前記指標をディスプレイに表示させる指標提示部を備え、
   前記指標提示部は、更に、前記複数の差動信号線対のうち選択された差動信号線対を構成する複数の区間のそれぞれが前記設計基準を満たしているか否かを示す情報を前記ディスプレイに表示させる、
   ことを特徴とする設計支援装置。
2. 前記指標提示部は、前記複数の差動信号線対のそれぞれについて前記ディスプレイに表示された前記指標を含む情報をソートする機能を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の設計支援装置。
3. 前記ディスプレイに前記配線基板を表示させる配線基板表示部を更に備え、
   前記配線基板表示部は、前記複数の差動信号線対のうち設計者によって選択された差動信号線対を前記ディスプレイに強調表示させる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の設計支援装置。
4. 前記ディスプレイに前記配線基板を表示させる配線基板表示部を更に備え、
   前記配線基板表示部は、前記複数の区間のうち設計者によって選択された区間を前記ディスプレイに強調表示させる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の設計支援装置。
5. 前記度合は、前記差動信号線対のうち前記設計基準を満たしている区間が前記差動信号線対の全体に対して占める比率を含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の設計支援装置。
6. 前記度合は、前記差動信号線対を構成する２つの信号線のうち前記設計基準を満たす区間の総配線長が前記２つの信号線の総配線長に対して占める比率である、
   ことを特徴とする請求項５に記載の設計支援装置。
7. 前記２つの信号線のうち前記設計基準を満たす区間の総配線長は、前記２つの信号線の一方における前記区間の配線長と前記２つの信号線の他方における前記区間の配線長との合計であり、
   前記２つの信号線の総配線長は、前記２つの信号線の一方の配線長と前記２つの信号線の他方の配線長との合計である、
   ことを特徴とする請求項６に記載の設計支援装置。
8. 前記設計基準は、前記差動信号線対を構成する２つの信号線が同一層に配置されるべきであるという基準と、前記２つの信号線が相互に平行に配置されるべきであるという基準と、前記２つの信号線の間の基準間隔と含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の設計支援装置。
9. 前記設計基準は、前記差動信号線対を構成する２つの信号線の差動インピーダンスの基準範囲を含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の設計支援装置。
10. 前記設計基準は、前記差動信号線対を構成する２つの信号線が同一層に配置されるべきであるという基準と、層ごとに定められた前記２つの信号線のそれぞれの基準幅と、層ごとに定められた前記２つの信号線の間の基準間隔とを含む、
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の設計支援装置。
11. 指標提示部を有する設計支援装置によって配線基板を設計するための設計支援を行う設計支援方法であって、
    前記指標提示部が、複数の差動信号線対のそれぞれについて、差動信号線対のうち設計基準を満たしている区間が前記差動信号線対の全体に対して占める度合を示す指標を求め、前記複数の差動信号線対のそれぞれについて、前記指標をディスプレイに表示させ、
    前記指標提示部が、前記複数の差動信号線対のうち選択された差動信号線対を構成する複数の区間のそれぞれが前記設計基準を満たしているか否かを示す情報を前記ディスプレイに表示させる、
    ことを特徴とする設計支援方法。
12. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の設計支援装置が構成されるようにコンピュータを動作させるためのプログラム。
13. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の設計支援装置が構成されるようにコンピュータを動作させるためのプログラムを格納したメモリ媒体。

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