综合电源系统解析系统、解析方法及多层印刷电路基板

摘要

输入与多层印刷电路基板的结构、物理常数、网目相关的信息(步骤S701)，制作多层印刷电路基板的等效电路模型(步骤S702)。制作以最上层的LSI电源端子的搭载候补地点为输入、以最下层的LSI电源端子的搭载候补地点为输出的传递矩阵(步骤S703)，并将该传递矩阵转换为阻抗矩阵(步骤S704)。在此，输入初始LSI搭载地点(步骤S705)，选定最佳LSI搭载地点(步骤S706)，并按顺序输出最佳LSI搭载地点及剩余的LSI搭载候补地点(步骤S707)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种综合了可减少多个LSI(Large Scale IntegratedCircuit，大规模集成电路)的电源系统的相互结合的LSI和多层印刷电路基板的电源设计的综合电源系统解析系统、综合电源系统解析方法、及多层印刷电路基板。

背景技术

伴随着电子设备的高速化，搭载了LSI的多层印刷电路基板的电源系统噪声的问题变得显著。特别是，因电源系统噪声而在多层印刷电路基板的电源-接地层间产生的谐振，成为大幅改变LSI侧的电源电压的原因，降低了LSI的特性。因此，在LSI的设计中也必须在考虑了多层印刷电路基板的信息的基础上进行设计。

以往，作为印刷电路基板中限定的电源解析的方法，包括文献1(T.Harada、其他3名：“Power-Distribution-Plane Analysis forMultilayer Printed Circuit Boards with SPICE”，Proceeding of 2000IEMT/IMC，2000年4月，pp.420-425)中所述的方法。在上述文献1中记载了：使电源-接地层近似为平面电路，在制作了微小网目的基础上制作等效电路模型，将LSI的电源端子和印刷电路基板的接合部作为供电点，利用SPICE(Simulation Program with Integrated CircuitEmphasis，侧重于集成电路的模拟程序)等电路解算器求出从LSI的电源端子侧看因数电路基板侧的阻抗。

以下，利用附图简单说明现有的印刷电路基板的解析方法。图11是表示包含一对电源-接地层和一对LSI搭载用的电源-接地端子的多层印刷电路基板的结构的说明图。如图11所示，LSI封装1100具有电源端子1101及接地端子1102。此外，印刷电路基板，是从下依次层叠电介质层1105、电源层1107、电介质层1105、接地层1106、电介质层1105而构成的。在印刷电路基板的最表面形成电源端子1103及接地端子1104，通过通路(via)1108连接电源层1107和电源端子1103。在接地层1106中，形成用于穿过上述通路1108的通孔1109。在实际的印刷电路基板中，除此之外还根据需要适当安装直流电源用的电源端子及接地端子、进而去耦用的焊盘、用于使端子间接合的布线等。

图12是将图11的一对电源-接地层网目化并用等效电路模型表示的图。201是电源-接地层的等效电路模型的俯视图，用电路模型表示电源层。横边a、纵边b的电源层，由横边Δx和纵边Δy的网目构成。1202是具体地电路显示电源层的电路模型1201的1网目的图，Rx和Ry分别表示横向和纵向的边的电阻，Lx和Ly分别表示横向和纵向的电感。1203是电源-接地层的等效电路模型的侧视图，H表示电源-接地层的高度。1204是具体表示电路模型1203的高度方向的一边中的电路常数的图，具有电容器Cz和电导Gz。1205表示电路上的接地点。

图13表示将从LSI电源端子1101流入到印刷电路基板的电流视作电流源并与等效电路模型1203接合了的模型。1302是用包含LSI电源端子1101的面切断了印刷电路基板的等效电路模型的侧视图，将LSI电源端子1101模型化了的电流源1301，通过相当于包含印刷电路基板的LSI电源端子1101的部分的节点1303被连接。将图13的模型例如利用SPICE解开，由此求出各节点的电压分布，并通过利用相当于包含LSI电源端子1101的部分的节点的电压和电流的比，求出从LSI电源端子1101侧看的印刷电路基板的阻抗。这样利用印刷电路基板侧的电源系统的阻抗作为LSI的电源-接地端子的负载，可知通过利用现有的印刷电路基板的解析方法可以比较简单。

如上所述，在搭载于印刷电路基板上的LSI为一个时，简单地通过组合印刷电路基板侧的电源系统的信息作为LSI的电源-接地端子的负载，可进行综合了LSI和印刷电路基板的电源设计。

但是，在上述的现有技术中存在如下所示的问题。在文献1所述的现有的印刷电路基板的解析方法中，仅是将单一的LSI电源系统和印刷电路基板的电源系统的关系模型化，无法进行考虑了在印刷电路基板中搭载多个LSI时的LSI的电源系统之间的相互作用的设计。此外，由于仅与电源-接地层为一对的情况对应，因此在实际的印刷电路基板中，无法适用于具有两个以上的多对电源-接地层对的实际的多层印刷电路基板。

发明内容

本发明正是鉴于上述问题提出的，其目的在于提供一种在将多个LSI搭载于多层印刷电路基板时，在考虑了经由印刷电路基板的LSI电源端子之间的相互作用的基础上，适用于具有两对以上的电源-接地层的多层印刷电路基板的综合电源系统解析系统及综合电源系统解析方法。

本发明的综合电源系统解析系统，其特征在于，具有以下单元：输入与具有可搭载多个LSI的多个候补地点的多层印刷电路基板的结构和物理常数相关的信息的单元；输入与上述多层印刷电路基板的等效电路制作用的网目相关的信息的单元；根据上述等效电路制作用的网目信息计算等效电路常数的单元；利用上述等效电路常数，计算以多层印刷电路基板的电源-接地端子为输入的阻抗矩阵的单元；从可搭载上述LSI的地点中选定搭载第一个LSI的场所的单元；以及在从可搭载上述LSI的地点除去了上述第一个LSI的搭载地点的剩余的LSI搭载候补地点中，利用上述阻抗矩阵，按顺序选定难以和上述第一个LSI的电源供给系统发生相互作用的场所的单元。

在本发明中，将位于多层印刷电路基板上的LSI搭载用的多个电源-接地端子作为多个端口电路网的输入，制作从这些电源端子看的多层印刷电路的阻抗矩阵，利用在互阻抗的绝对值大的端子间、LSI的电源系统之间容易产生相互影响，可以选定最佳的LSI的搭载地点。

此外，本发明的综合电源系统解析系统，在制作上述阻抗矩阵时，根据通过将多层印刷电路基板网目化而确定的导纳矩阵和输入电流、输入电压的关系式，设没有通路的节点的输入电流为0，而仅制作与有通路的节点相关的导纳矩阵，并利用上述导纳矩阵制作阻抗矩阵，由此可适用于具有两对以上的电源-接地层的多层印刷电路基板。

本发明的综合电源系统解析方法，其特征在于，输入与具有可搭载多个LSI的多个候补地点的多层印刷电路基板的结构和物理常数相关的信息；输入与上述多层印刷电路基板的等效电路制作用的网目相关的信息；根据上述等效电路制作用的网目信息计算等效电路常数；利用上述等效电路常数，计算以多层印刷电路基板的电源及接地端子为输入的阻抗矩阵；从上述LSI搭载候补地点中选定搭载第一个LSI的场所；以及在从上述LSI搭载候补地点除去了上述第一个LSI的搭载地点的剩余的LSI搭载候补地点中，利用上述阻抗矩阵，按顺序选定难以和上述第一个LSI的电源供给系统发生相互作用的场所。

本发明的多层印刷电路基板，其特征在于，利用通过技术方案1所述的综合电源系统解析系统得到的LSI搭载候补地点的顺序，搭载有多个LSI。

附图说明

图1是表示本发明的硬件构成的说明图。

图2是说明本发明的第一实施方式的框图。

图3是表示包括多个LSI搭载用的电源-接地端子、和多对电源-接地层的多层印刷电路基板的结构的说明图。

图4是用等效电路模型表示包括多个LSI搭载用的电源-接地端子、和多对电源-接地层的多层印刷电路基板的说明图。

图5是包括多个LSI搭载用的电源-接地端子、和多对电源-接地层的多层印刷电路基板的俯视图。

图6是表示电源-接地层的等效电路的说明图。

图7是表示本发明的第一实施方式的综合电源系统解析系统的解析处理的顺序的流程图。

图8是说明本发明的第二实施方式的框图。

图9是说明包含了本发明的第二实施方式的LSI电源等效电路模型和多层印刷电路基板的系统的图。

图10是表示本发明的第二实施方式的综合电源系统解析系统的解析处理的顺序的流程图。

图11是表示包括一对电源-接地层和一对LSI搭载用的电源-接地端子的多层印刷电路基板的结构的说明图。

图12是表示一对电源-接地层的等效电路的说明图。

图13是表示将LSI的电源端子视为电流源时的一对电源-接地层的等效电路的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行具体说明。首先，对本发明的第一实施方式进行说明。图1是简要表示本实施方式的综合电源系统解析系统的硬件构成的图。如图1所示，本实施方式的综合电源系统解析系统，由输入输出装置101、存储器102、运算装置103及显示装置104构成，输入输出装置101经由总线100与存储装置105连接。此外，图2是功能性地表示本实施方式的综合电源系统解析系统的构成的框图。本实施方式的综合电源系统解析系统，具有多层印刷电路基板结构信息输入部201、物理常数输入部202、及网目信息输入部203，这些部件均与等效电路常数计算部204连接。该等效电路常数计算部204与阻抗矩阵计算部205连接，阻抗矩阵计算部205和初始LSI搭载地点指定部均与最佳LSI搭载地点评估部207连接。进而，最佳LSI搭载地点评估部207与最佳LSI搭载地点显示部208连接。

图3是表示用于本实施方式的综合电源系统解析系统中的解析的、包括多个LSI搭载用的电源-接地端子和多对电源-接地层的多层印刷电路基板的结构的说明图。此外，图4是用等效电路表示图3所示的多层印刷电路基板的图。如图3所示，多层印刷电路基板300，从下依次层叠电介质层310、电源层312、电介质层310、接地层311、电介质层310、电源层312、电介质层310、接地层311、电介质层310而构成。在印刷电路基板的最表面，形成有用于搭载LSI的端口301、端口302及端口303，各端口分别由一对电源端子308-接地端子309构成。电源层312和电源端子308、接地层311和接地端子309，分别通过通路313连接。在接地层311中形成有用于穿过上述通路313的通孔314。LSI-1封装304的电源端子306及接地端子307分别与端口301的电源端子308及接地端子309连接。此外，LSI-2封装305的电源端子306及接地端子307分别与端口302或端口303的电源端子308及接地端子309连接。如图4所示，端口301、端口302、端口303中的各LSI电源端子的电流源401、402、403，与上层的电源-接地层对的等效电路404、及下层的电源-接地层对的等效电路405连接。上层的电源-接地层对的等效电路404及下层的电源-接地层对的等效电路405，通过接合上层和下层的电源-接地层对的通路部的等效电路406、407、408而连接。

图5是图3的多层印刷电路基板的俯视图，将一个端部与xy直角坐标系的原点重叠。如图5所示，在横边a、纵边b的印刷电路基板中，设端口301、端口302、端口303的坐标分别为P1(x1，y1)、P2(x2，y2)、P3(x3，y3)。此外，图6是将多层印刷电路基板300的电源-接地层网目化并用等效电路模型表示的图。如图6所示，将多层印刷电路基板的横边a分割为5等分，将纵边b分割为4等分，通过横边Δx和纵边Δy的网目构成。端口301、端口302、端口303分别对应于节点601、节点602、节点603。

接下来，对如上构成的本实施方式的综合电源系统解析系统的动作进行说明。在图3的具有两对电源-接地层的多层印刷电路基板300中，在将LSI-1封装304设置于端口301时，通过本实施方式决定应该将LSI-2封装305设置于端口302还是设置于端口303。图7是表示本实施方式的综合电源系统解析系统的解析处理的顺序的流程图。如图7所示，首先输入与多层印刷电路基板的结构、物理常数、网目相关的信息(步骤S701)。在此，在多层印刷电路基板结构输入部201中，输入与多层印刷电路基板的层数、结构、多个LSI搭载候补地点相关的信息等。此处，LSI搭载候补地点有N点，如数学式1所示用矢量P表示这些点。

P＝(P₁，…，P_N)^T    (数学式1)

在此，在图5中，设P1：(x1，y1)＝(20，20)(mm)，P2：(x2，y2)＝(60，20)(mm)，P3：(x3，y3)＝(80，20)(mm)。此外，设印刷电路基板的横边a＝100mm，纵边b＝80mm。进而，设电源-接地层间的厚度h＝1mm，通路内径为0.5mm，通路外径为1mm。将这些作为与多层印刷电路基板的结构相关的信息输入。

此外，在物理常数输入部202中，输入用于多层印刷电路基板的介质的材料常数及要解析的频带。在此，设基板的介电常数εr＝4.3，使用频率为300MHz。进而，在网目信息输入部203中输入等效电路模型制作用的网目数、网目间隔。在此，如图6所示，将横边a分割为5等分，将纵边b分割为4等分。

接下来，制作多层印刷电路基板的等效电路模型(步骤S702)。在等效电路常数计算部204中，对由网目信息输入部指定的网目，制作等效电路。在此，在具有一对电源-接地层的印刷电路基板的情况下，可以使用图12所示的现有的等效电路模型1203。在具有两对以上的电源-接地层的印刷电路基板的情况下，制作图4所示的多层印刷电路基板用的等效电路模型。接下来，制作以最上层的LSI电源端子的搭载候补点为输入、以最下层的LSI电源端子的搭载候补点为输出的传递矩阵(步骤S703)，并将传递矩阵转换为阻抗矩阵(步骤S704)。在此，阻抗矩阵计算部205，利用等效电路常数计算部204计算以多个LSI搭载候补地点为输入的阻抗矩阵。具体地说，对于由多层印刷电路基板结构输入部指定的N个(N≥1)的LSI候补地点矢量P，如数学式2、数学式3所示分别设输入电流、输入电压为矢量I、矢量V时，计算满足数学式4的矩阵的各要素zij(1≤i，j≤N)。

I＝(I₁，…，I_N)^T    (数学式2)

V＝(V₁，…，V_N)^T    (数学式3)

V＝ZI               (数学式4)

在此，作为阻抗矩阵的制作方法的例子，说明多层印刷电路基板解析方法。例如，如图3所示，使用如下多层印刷电路基板：具有两对电源-接地层，在最上层具有三个LSI搭载候补地点。如果可如图4所示制作等效电路，则可利用SPICE等电路解算器制作以端口301、端口302、端口303为输入的阻抗矩阵，而在此，进一步对用于更有效地求出阻抗矩阵的算法进行简单说明。

关于一对电源-接地层，如数学式5、数学式6所示分别设经由N个通路从上层流入的输入电流、输入电压为矢量I_in、矢量V_in，如数学式7、数学式8所示分别设流向下层的输出电路、输出电压为矢量I_out、矢量V_out。

I_in＝(I_in，1，…，I_in，N)^T       (数学式5)

V_in＝(V_in，1，…，V_in，N)^T       (数学式6)

I_out＝(I_out，1，…，I_out，N)^T    (数学式7)

V_out＝(V_out，1，…，V_out，N)^T    (数学式8)

此时，输入电流、输入电压、输出电流、及输出电压之间存在以下数学式9的关系式。