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Mentor、ICパッケージ/PCB設計段階でノイズ解析するシミュレータを発売

クルマ用のECU(電子制御ユニット)をはじめ、全ての電子機器を正常に動かすためにはノイズ対策は欠かせない。ICチップや部品をパッケージ基板やプリント回路基板に載せてから動作を確認するのではなく、載せる前にEMIを確認できる、というツールをMentor Graphicsが明らかにした。

図1 Mentorが提供するノイズ解析ツールNimbic 出典:Mentor Graphics

図1 Mentorが提供するノイズ解析ツールNimbic 出典:Mentor Graphics


ノイズ対策は、プリント回路基板(PCB)にチップを実装するたびに、採らなければならず、回路設計者を悩ませてきた。配線抵抗によってグランド電位が持ち上がり、電源マージンがとれなくなったり、配線そのものがアンテナになってノイズを発したりする。ノイズという高周波の雑音は、透過や反射、結合といった電磁波の振る舞いをするため、sパラメータでその特性を抑えておく必要がある。プリント回路を設計するたびにノイズ対策の決め手がないため、試行錯誤を繰り返してきた。

今回Mentorが提供するツールNimbic電磁界解析ツールを用いると、短時間で解析でき、しかも実際の配線回路からのノイズに近い挙動を可視化してくれる。このため、プリント配線板でノイズを発生しないように予めシミュレーションの段階で、配線を修正したりパスコンやコイルを追加したりすることが可能になる。これは、PCBの配線データであるECADデータを直接、この開発ツールにインポートし、電磁界シミュレーション結果を重ね合わせることでノイズを可視化できるという優れモノ。PCBのどこからノイズを発生しやすいかを一目でわかる。

もちろん、実際のノイズレベルと完全に一致する訳ではないが、その傾向をつかむことで、配線を広くしようとか、表面のグランドと裏面のグランドをもっと多くのビアでつなげようとか、配線を曲げる角度を緩めようとか、対策を予め立てることができる。このため、配線形状だけではなく、回路にかかる電流・電圧などのパラメータもデータベースとして取り込んでおく。

図2は、実際のPCBとシミュレーションを可視化したモノ。黄色から赤くなるにつれ、ノイズレベルが高くなっていることを示している。上の三つの図は実測、下の三つはそれぞれの場所に対応したシミュレーション結果である。


図2 シミュレータと実測との相関 出典:Mentor Graphics

図2 シミュレータと実測との相関 出典:Mentor Graphics


この製品には、いくつかのシミュレータ(ソルバー)がある。主な製品は以下の通り;
・nWave:sパラメータの抽出・EMC解析ツールで、フル3次元の高速境界要素法ソルバーを利用し、電磁界や電流分布を表示する。マルチコア対応のコンピュータを使った並列演算が得意
・nApex:DCとACの寄生素子RLGCの抽出やSPICEモデルを出力するツール
・nVolt:PI(パワーインテグリティ)解析ツール(電源/グランドプレーンの解析)
・nSys:高速SI(シグナルインテグリティ)/PI解析ツールで、周波数ドメインでのs/y/zパラメータや、ループインダクタンスなどを出力する。

ICチップから端子を接続するボンディングワイヤー、BGAボール、バンプ、リードフレームなどの接続金属を含め、チップからパッケージ、さらにPCボードに実装する場合のノイズも解析できる。

さらに高精度と高速を両立させるため、これらのツールをハイブリッドで使う手法も提案している。例えば、3次元で高精度に抽出したい部分はnWaveで、それ以外をnSysで、それぞれ計算すると、周波数ドメインでのsパラメータを抽出するのに、nWaveだけだと1時間かかった計算が、わずか6分で終了した(図3)。


図3 ソルバーをハイブリッドで使い高精度と高速を両立 出典:Mentor Graphics

図3 ソルバーをハイブリッドで使い高精度と高速を両立 出典:Mentor Graphics


このツールにインポートできる、プリント配線基板のCADデータはマルチチップモジュール(*.mcm)や、ボードレイアウト(*.brd)、システムインパッケージ(*.sip)、GDS-II(*.gds *.gdsii *.gds2 *.sf *.strm)、図研レイアウト(*.pcd *.rif *.pcf *.ftf)。JEITA LPB Project(*.xml)など十数種類ある。

このツールNimbicは元々2014年5月にNimbic社をMentorが買収して得た。Nimbicは元々、2006年にUniversity of Washington(ワシントン大学)をスピンオフして設立された3次元電磁界解析のPhysware社を出発点としている。Physware社が2011年にクラウドベースでシミュレーションサービスを提供した時に新たな資金を調達し社名をNimbic社と変えた。2014年5月にMentor Graphicsが買収、半導体のEDAからパッケージ設計、PCB設計まで製品ポートフォリオを揃えているMentorにとっては、電子設計を幅広く網羅できるようになった。

今後、半導体チップからパッケージ、そしてPCBまでつなげて設計・検証する新しいEDAツールXpeditionや、デザインルールチェッカーHyperLynxとも統合できるようにする計画である。

(2015/08/28)

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