hyperlynx linesim チュートリアル（基本操作編）hyperlinx...

HyperLynx LineSim チュートリアル

（基本操作編）

Ver 1.0

（株）ユイテック

HyperLinx LineSim チュートリアル(基本操作編)

０. はじめに

このチュートリアルマニュアルは HyperLynx のプリ・シミュレーション・アプリケーションである LineSimの使用方法についてまとめました。またこのチュートリアルは HyperLynx インストールによってコピーされ

る LineSim のデモ･シミュレーション Clock.tln を参考にその手順を作成しています。このマニュアルは操作手順を細かく説明していますが、このマニュアルをもとに各種操作手順書、クイッ

クマニュアル等に編集、役立てていただければ幸いです。ファイル『Clock.tln』について

HyperLynx では Demo 用のシミュレーションがインストール先のフォルダ内(例：C ドライブ MentorGraphics

にインストールした場合には C:\MentorGraphics\2007.2PADS\SDD_HOME\hyperlynx\Demo_Files)にデモ

ンストレーション用の各種シミュレーションがインストールされます。

ここではその中の LineSim 用デモファイル”Ｃｌｏｃｋ．ｔｌｎ”、 ”Ｃｌｏｃｋｆｘ．ｔｌｎ”のを参考にこのファイルと同じ

シミュレーションを新規ファイルから作成する場合の手順とその効果について記します。

０-2


目次０. はじめに............................................................................................................................................................................. ０-2

１. LineSimイメージ.............................................................................................................................................................. １-1

２. サンプル回路図（伝送路部分のみ）....................................................................................................................... ２-1

３. HyperLynxの起動～LineSimの新規作成 ............................................................................................................. ３-1

３.1 初期設定（単位系設定） .................................................................................................................................... ３-1

３.2 HyperLynxのツールバー........................................................................................................................................ ３-2

３.3 LineSimの新規作成について ............................................................................................................................... ３-2

４. トポロジー（擬似回路）作成........................................................................................................................................ ４-1

４.1 トポロジー・イメージ............................................................................................................................................. ４-1

４.2 トポロジー作成 ...................................................................................................................................................... ４-2

５. シミュレーション............................................................................................................................................................... ５-1

５.1 ディジタル・オシロスコープ ............................................................................................................................... ５-1

５.1.1 ディジタル・オシロスコープの起動............................................................................................................ ５-1

５.1.2 ディジタル・オシロスコープのパネル........................................................................................................ ５-2

５.1.3 波形について.................................................................................................................................................... ５-3

５.2 ターミネータ・ウィザードを使った改善シミュレーション（終端処理）.................................................. ５-4

５.2.1 終端方法............................................................................................................................................................. ５-4

５.2.2 ターミネータ・ウィザードを使った終端処理............................................................................................ ５-4

５.2.3 その他の終端処理.......................................................................................................................................... ５-8

５.2.4 電流モードでのオシロスコープ表示......................................................................................................... ５-9

６. 層構成を意識したモデリング（Stackup） ............................................................................................................... ６-1

６.1 PCBイメージ(層構成) .............................................................................................................................................. ６-1

６.2 Stackupモデリング.................................................................................................................................................... ６-3

６.2.1 設定した層構成................................................................................................................................................ ６-4

６.2.2 マイクロストリップ線路設定（Stackupによる）....................................................................................... ６-4

６.2.3 その他の層では（Stackupによる）............................................................................................................. ６-6

６.2.4 Stackupモデリングと他のモデリングの比較......................................................................................... ６-8

７. 回路図へのフィードバック........................................................................................................................................... ７-1

７.1 フィードバック例..................................................................................................................................................... ７-1

７.2 基本シミュレーション～フィードバック・設計まとめ.................................................................................. ７-2

７.2.1 元となる回路の確認....................................................................................................................................... ７-2

７.2.2 伝送路の仕様確認 ......................................................................................................................................... ７-2

７.2.3 トポロジー作成 ................................................................................................................................................. ７-3

７.2.4 シミュレーション１(元になる伝送路の診断)........................................................................................... ７-3

７.2.5 シミュレーション 2(施術した回路の評価) ............................................................................................... ７-3

７.2.6 シミュレーション結果のフィードバック...................................................................................................... ７-4

付録A. 伝送路のモデリング.............................................................................................................................................A-1

０-3


A.1 代表的なモデリング ..................................................................................................................................................A-2

A.1.1 Simple....................................................................................................................................................................A-2

A.1.2 Stackup.................................................................................................................................................................A-2

A.1.3 Microstrip.............................................................................................................................................................A-3

A.1.4 Buried Microstrip ..............................................................................................................................................A-4

A.1.5 Stripline ................................................................................................................................................................A-5

A.2 その他のモデリング ..................................................................................................................................................A-6

A.2.1 Wire Over Ground.............................................................................................................................................A-6

A.2.2 Cable......................................................................................................................................................................A-7

A.2.3 Connector............................................................................................................................................................A-8

付録B. 基本設定...................................................................................................................................................................B-1

B.1 Stackup（層構成）の設定 ........................................................................................................................................B-1

B.1.1 基板層数設定：Basicタブ ..............................................................................................................................B-1

B.1.2 単位設定：Basicタブ........................................................................................................................................B-2

B.1.3 基本層構成設定：Basicタブ..........................................................................................................................B-3

B.1.4 誘電体層設定：Dielectricタブ ......................................................................................................................B-5

B.1.5 金属層設定：Metalタブ ...................................................................................................................................B-7

B.1.6 特性インピーダンスのプランニング：Z0 Planningタブ.........................................................................B-9

B.1.7 Custom Viesタブ ............................................................................................................................................ B-11

B.2 電源設定 .................................................................................................................................................................... B-12

０-4


１. LineSim イメージ

HyperLynx（LineSim、BoardSim）自体は回路シミュレータというよりも伝送路シミュレータとして考えたほう

が良く、対象となる回路全体のシミュレーションができるわけではありません。そのこともありシミュレータが

電子 CAD（例：PADS Logic）とリンクしていません。しかし実際の設計では、まずたたき台となる回路図面を

Logic 等で作成し、回路図上の部品端子間の伝送路において上手く信号が伝わっているかをシミュレートし、

その結果を回路図面にフィードバックするといった手順が基本的に踏まれます。

ここで、LineSim は実際に PCB を製作する前の回路図を元にした机上シミュレーションをサポートするツ

ールであることから LineSim で行われる作業は、プリ・レイアウト・シミュレーションと呼ばれます。これはイ

メージとして図 1.1 のような設計の流れとなります。

HyperLynx 側検証

LineSim によるプリ・レイアウト・シミュレーション

※シミュレーション結果を

回路図にフィードバック

Logic による回路設計

PADS 側作業

図 1.1 LineSim のイメージ

１-1


２. サンプル回路図（伝送路部分のみ）

今回参考にする LineSim 用デモファイル”Ｃｌｏｃｋ．ｔｌｎ”を

見ると図 2．1 のように C-MOS 出力（AC ファミリ）のクロック

信号を 2 箇所の C-MOS 入力（HC ファミリ）で受けるといっ

た伝送路がシミュレーションされています。これを基に新規

にシミュレーションを行います。

TTL 出力

C-MOS 入力

ちなみに図中の I/O バッファは

出力側（ドライバ側）：７４AC11X;LINE-D

アドバンスト C-MOS（AC ファミリ）出力を意味する

入力側（レシーバ側）：７４HCXX;GATE-２

高速 C-MOS（HC ファミリ）入力を意味する

となります。

しかしこれだけでは中々イメージがわかないので、この伝

送路を含む図 2．2 のような簡単なクロック・ネットをサンプル

回路図として作ってみました。

図 2．1 ”Ｃｌｏｃｋ．ｔｌｎ”トポロジーから抜粋

ストリップ線路

マイクロストリップ線路

図 2．2 サンプル回路図

ここで回路図上ではわかりにくいかもしれませんが、以下のネットに関しては伝送路に条件をつけます。

・ U1-1 U2-1 間ネット：マイクロストリップ線路（長さ 10cm （10.160cm から変更））

・ U2-1 U3-1 間ネット：ストリップ線路（長さ 10cm （10.160cm から変更））

注）デモ・シミュレーションは mils/inch 単位で作成されている。上記線路の長さは 4inch を cm に

換算し、小数点を省いた値に変更した。

※回路図らしい回路図ではありませんが、実際の回路図は図３のような部品間の接続がたくさんあるとイメ

ージしてください。また LineSim が最も効果を発揮するのは、クリティカルな伝送路におけるシミュレーション

ですから、実際の回路図からターゲットとなる伝送路をピックアップしてこれからの行うような作業を適用す

ると考えてください。

２-1


３. HyperLynx の起動～LineSim の新規作成

それでは、まず HyperLynx を起動して見ましょう。Windows の《スタート》－＞《すべ

てのプログラム》－＞《Mentor Graphics SDD》－＞《HyperLynx 7.7》－＞《HyperLynx

Simulation Software》を選択します。またはインストール後にデスクトップ上に

HyperLynx のショート･カットがアイコンとして登録されていますので、こちらをダブル・

クリックすることでも起動できます（図 3．1 参照）。

図 3．1 起動した HyperLynx

３.1 初期設定（単位系設定）

HyperLynxにおける各種設定の基本はメニュー

の《Option》で行います。各項目については以下

の通りです。

・ Units ：単位系の設定

・ Preference ： HyperLynx における各種デフォルト設定

・ Refernce Designator Mappings ：

・ Directories ：

・ Installed Options (Licensing) ：

これらの設定は LineSim、BoardSim 両方にかかわる設定となります。

ここでは、単位系の設定についてのみ説明します。

３-1


単位系の設定はメニューの《Units》で行います。

各項目は以下の通り

【Measurement Units】：測定単位

・ English：インチ法

・ Metric：メートル法

【Metal-thickness Units】：金属厚さ単位

・ Weight：重量

・ Length：長さ

図 3．2 単位系設定

※ここでの設定は一度設定すると、以降の解析にも反映されます。

３.2 HyperLynx のツールバー

HyperLynx 立ち上げ後のツールバーは図 3．3 のようになります。

BoardSim 関連 LineSim 関連

図 3．3 HyperLynx で扱うツールバー

３.3 LineSim の新規作成について

LineSim のファイル関連ツールバーは図 3．4 のようになります。

【Open LineSim Schematic】：既存の LineSime ファイルを開きます。

【New LineSim Free-From Schematic】：新規 LineSime 作成（フリー）。

【New LineSim Cell-Based Schematic】：新規 LineSime 作成（セル・ベース）。

図 3．4 LineSim ファイル関連のツールバー

３-2


ここで、

【New LineSim Free-From Schematic】

で新規ファイルを開くと、図 3．5 のよう

な真白な図面（Schematic）が開かれま

す。描く伝送路は左にあるツールを使

って一から描き作成しなければなりま

せんので面倒ですが、事細かな伝送

路設定をする場合にはこちらが適して

います。

図 3．5 【New LineSim Free-From Schematic】で開いた新規ファイル

【New LineSim Cell-Based Schematic】

で新規ファイルを開くと、図 3．6 のよう

にあらかじめ基本となる伝送路が描か

れた図面（Schematic）が開かれます。

このベース･セルを使うことによって

簡単にトポロジー（擬似回路）を作成す

ることができます。

※このチュートリアルではこちらの

モードで説明を行います。

図 3．6 【New LineSim Cell-Based Schematic】で開いた新規ファイル

３-3


３-4


４. トポロジー（擬似回路）作成

ディジタル伝送路における各端末や制御機器がどのような形態で接続されるかをあらわす用語として”トポロジー”がありますが、同様に LineSim ではシミュレートする伝送路単位をトポロジー（擬似回路）と呼

びます。ここでは先に示した図 2．2 のサンプル回路を参考にトポロジー（擬似回路）を作成します。また

HyperLynx のデモ・シミュレーション“Ｃｌｏｃｋ．ｔｌｎ”（図 2．1）ではトポロジーを立て向きに構成していましたが、

ここでは回路イメージがしやすいように図 4．1 のような伝送路としてトポロジーを作成します。

図 2．2 サンプル回路図

図 4．1 サンプル回路図をもとに作成したトポロジー



４.1 トポロジー・イメージ

今回の例では図 4．2 のような Cell-Based モードでトポロジー作成を行います。

図 4．2 Cell-Based モードのトポロジー・イメージ

伝送線路並列コンデンサ

プルダウン抵抗

プルアップ抵抗直列部品

（抵抗、インダクタ等）

IC デバイス・ピン

（I/O バッファ部）

４-1


Cell-Based モードでは図 4．2 のようなセルが縦横に格子状にありこれらのセル間を条件にしたがって

接続することでトポロジー作成をします。図 2．2 を参考にトポロジーを作成しますが、まずは図 4．3 のマ

イクロストリップ線路部分のトポロジーに第２項であげた条件をもう一度確認してみましょう。

・伝送路条件

IC U1_2 番ピン：アドバンスト C-MOS（AC ファミリ）

出力（ドライバ側）

IC U2_1 番ピン：高速 C-MOS（HC ファミリ）

入力（GATE 側）

U1-2,U2-1 間ネット：マイクロストリップ線路

（長さ 10cm）


図 4．3 マイクロストリップ線路部のイメージ

４.2 トポロジー作成

それでは図 4．3 を基に以下の手順でトポロジーを作成しましょう。

① 最初に U1 の 2 番ピンの設定を行います。IC デバイス部分にマウス･ポインタを近づけ赤い枠が出て

きたらクリックします。すると IC デバイス部がアクティブ状態になります（図 4．4 参照）。

図 4．4 IC デバイス部の選択

② ICデバイス部がアク

ティブになったら赤

枠上で右クリックし

ます。すると図 4．5

のような【 Assign

Models】ダイアログ

ボックスが開かれま

すので、【Select】ボ

タンを押します。

図 4．5 【Assign Models】ダイアログボックス

【Pins：】で選択されたピ

ンに対して設定を行う場

合に【Select】をクリック

【Pins:】設定された IC デバイスの

I/O ピンが登録される。ここで

は、セルA0に設定されたこと

がわかる。

４-2


③ 続けて【Select IC Model】が開かれますので、選択したピンの条件に合う I/O バッファを選択・設定し

ます。ここでは IC U1_2 番ピンの設定をしますので、アドバンスト C-MOS（AC ファミリ）の出力（ドライ

バ側）に相当するデバイスとして、

【Libraries:】： “generic.mod”

【Devices:】： “74AC11X:LINE-DRV”

を選択し【OK】ボタンを押します（図 4．6 参照）。

図 4．6 【Select IC Model】ダイアログボックス

④ すると【Assign Model】ダイアログボックスにもどりますので、【Buffer settings】で【Output】（出力）に設

定し【OK】を押してください。

図 4．7 【Assign Model】ダイアログボックス（入出力設定）

４-3


⑤ 同じ要領で今度は U2 側の IC デバイス設定を行います。

横向きにトポロジーを作成しますの

で今度はセル B0 にデバイス設定し

ます。

IC U2 側は HC タイプの入力になりま

すので、《74HC11XXGATE-2》を選択

します。

出力（ドライバ）の時にはデバイスタ

イプの後に”LINE-DRV”を選択し、入

力時には”GATE”を選択します。

【Buffer settings】では入力なので

《Input》を設定。

図 4．8 もう一方の IC デバイス・ピン設定

入力なので

《Input》を選択

入力なので

７４HC11XXGATE-2

を選択

今度はセル B0 に

ピンを作成

４-4


⑥ IC デバイス設定後【.MOD Pin Parasitics】タブでピンの寄生パラメータ設定を行います（バージョン 7.7

からの機能）。とりあえずここではデフォルトのままにしておきましょう。

※寄生パラメータ：

デバイス・ピンに寄生する各種

容量成分。クリティカルな高速デ

ィジタル伝送路ではこれらの寄

生容量が遅延に関係し動作に影

響を及ぼします。

一般伝送路の場合はデフォル

ト設定で構いませんが、500MHz

以上の高速伝送路の場合は設

定した方がよいでしょう。

図 4．9 【.MOD Pin Parasitics】による寄生パラメータ設定

⑦ 設定された IC デバイスは図 4．10 のようになります

図 4．10 設定された IC デバイス

⑧ 次に伝送線路の設定をします。伝送線路上にマウス・ポインタが置かれると赤枠が現れます。ここで

クリックをすると適当な条件で伝送路が配置・設定されます。

図 4．11 配置された伝送路

４-5


⑨ 対象の伝送路は長さ 10cm のマイクロストリップ線路ですから、設定し直さなければなりません。上記

の伝送路上で右クリックしてください。すると図 4．12 のような【Edit Transmission Line】ダイアログボッ

クスが表示されます。まずこの中の【Transmission-Line Type】タブで【Uncoupled(signal line)】項目を

《Microstlip》にします。（詳細は付録 A を参照ください）

図 4．12 【Edit Transmission Line】ダイアログボックス【Transmission-Line Type】タブ

⑩ すると自動的に次の【Values】タブに移ります。対象の伝送路の各種パラメータを設定します（マイク

ロストリップの断面図を見ながら条件を設定します）。

設定に応じて各種プロ

パティが計算される

図 4．13 【Edit Transmission Line】ダイアログボックス【Value】タブ

４-6


⑪ 【Value】タブ内の【Advanced…】ボタンを押すと図4．14のような【Advanced Impedance Option】ダイア

ログボックスが現れます。デフォルトでは 4.2.5 項で説明した《Bulk R》、《T coef》の内容がそのままモ

ニタされますが、対象伝送路に温度条件を加味した場合はここで設定をします。

図 4．14 【Advanced Impedance Option】ダイアログボックス

⑫ 【Loss】タブでは、設定を行った対象伝送路の損失特性が表示されます。基本的な内容は 4.2.5 項目

を参照ください。

図 4．15 【Edit Transmission Line】ダイアログボックス【Loss】タブ

４-7




⑬ それでは同じ要領でもう一つのストリップ伝送路の設定もやってみましょう（図 4．16 参照）。

・伝送路条件

IC U3_1 番ピン：高速 C-MOS（HC ファミリ）

入力（レシーバ側）

U2-1,U3-1 間ネット：ストリップ線路

（長さ 10cm）

※ただし、上記ストリップ線路の配線パターンは U1

－＞U2－＞U3 へ一筆書きで並列配線するものとし

ます（U1－＞U2、U1－＞U3 といった並列配線でな

く）。また左図イメージではスルーホール等は省いて

います。

a)もう一方の伝送路

b) 一筆書きパターン

図 4．16 使用伝送路

・セル C0 の IC デバイス設定

【Pins】U(C0)

【Library】generic.mod

【Buffer setting】Input

図 4．17 【Assign Models】設定

・伝送路設定

【Transmission type】Stripe

【Value】タブ：《Length-L》10.160[cm]

（詳細は付録 A を参照）

図 4．18 【Edit Transmission Line】設定

４-8


図 4．19 【Edit Transmission Line】Value タブ設定

以上で設定は終わりです。すると図 4.20 のようなトポロジーができます。

図 4．20 出来上がったトポロジー

４-9


４-10


５. シミュレーション

やっと前準備・設定が終わりましたので、いよいよシミュレーションを行います。ここでは最初の設計（回

路）のシミュレーションを行い、次に改善を施した後のシミュレーションを行い、これらの比較を行うことで

LineSim の効果を検証していきます。

５.1 ディジタル・オシロスコープ

私たちが基板を作成し、その基板の伝送路を評価する方法の一つとして、オシロスコープを使ってそ

の伝送路がどのような挙動をするか視覚的に確認する方法があります。LineSim の一番基本的なシミュ

レーションがこのオシロスコープ機能となります。

５.1.1 ディジタル・オシロスコープの起動

それではさっそくオシロスコープを使ってみ

ましょう。メニューから《Simulate》－＞《Run

Interactive

ます。またはツールバー上のボ

タンを押してください。

すると図 5．1 のような

Simulation(Osilloscope)》を選択し

ディジタル・オシロスコープが立ち上がります。

図 5．1 立ち上がったディジタル・オシロスコープ

５-1


５.1.2 ディジタル・オシ

作は簡単です。以下にディジタル･オシロスコープ上

の

図 5．2 ディジタル・オシロスコープのパネル

ロスコープのパネル

オシロスコープを扱ったことがある方であれば操

パネルにあるボタン等の基本的な説明をします。

解析実行ボタン

プローブ・アサイン

時間軸(水平方向)設定

・Scale：時間軸の目盛り設定

：時間軸方向のディレイ設定

・Delay

(時間軸方向の位置設定)

保存／ロードドに使波形の保存／ロー

います。

コピー

印刷印刷します。波形を

消去画面から波形を消去。

チブのェックの有無でそのプロー

アクティブ状態が決まります。プロ

ーブの色はトポロジー上の矢印の

色です。

電圧軸(垂直方向)設定・Scale：電圧軸の目盛り設定

ion 置・Posit ：電圧軸方向位

の設定

波ピーします。ワ形をハードコ

ープロ等でペーストすること

が可能。

表示形態 Voltage：電圧

流

波形 Currnt：電波形

波形フォーム

設定し

こスコEdge：エッジ lator： Oscil

らに通常はこち

てくださ。

こを押すことでオシロ

ープによるシミュレーション

を行います。

５-2


５.1.3 波形について

プ機能はトポロジー上に設定されたプローブ（図 5．3 参照）のディジタル信

号

a) 1MHｚ設定時

b) 25MHz 設定時

図 5 形

ディジタル・オシロスコー

がどのような挙動を行うかをシミュレーションする機能です。ここで扱うディジタル信号はパネル上の

【Driver waveform】で設定されたディジタル信号（方形波）を IC のドライブ側から出力し各ポイントの波

形を確認するというものです。また今回使用したドライバ IC は AC ファミリのロジック IC で電源５V です

から振幅５V の方形波をドライバから出力し HC ファミリの IC で受けた各伝送路についてシミュレートし

ています（図5．3参照）。図5．3を見ると周波数の違いによって各ポイントでの信号の変化がよくわかり

ます。

図 5．3 プローブ設定ポイント

5V

リンギング

リンギング

．4 オシロスコープ波

５-3


５.2 ターミネータ・ウィザードを使った改善シミュレーション（終端処理）

ギングが発

生

.2.1 終端方法

端抵抗）

抵抗）

ピュラーな終端方法で LineSim ではこれらの終端処理が行いやすいように、各セル

に

.2.2 ターミネータ・ウィザードを使った終端処理

ようにセルC0部分に終端してみます。手順は

以

① まずは抵抗を挿入します。図 5．7 のように抵抗上にマウス･ポインタを移動すると赤枠が出ますの

図 5．7 抵抗の挿入

前項の図 5．4 を見ると、１MHｚ、25Hz どちらの周波数の場合でも入力（レシーバ）側にリン

していることがわかります。このようなリンギングの改善策として一般的には伝送路内に終端処理をお

こないます。ここではウィザードを使った終端処理の方法と確認について説明します。

５

図 5．5 終端箇所

終端方法には

① 並列終端（終

② テブナン並列終端

③ 直列 RC 並列終端

④ 直列終端（ダンピング

⑤ アクティブ並列終端

⑥ 差動ペア終端

⑦ チップ内終端

等があります。

特に①～④はポ

終端箇所を設けています。

５

では終端処理を施していきます。今回は図5．6に示す

下の通りです。

図 5．6 終端箇所

でここでクリックします。すると自動的に 10kΩの抵抗がプルダウンされます。

５-4


② 図 5．6 のようなプルダウンは終端抵抗を並列に挿入した並列終端として考えることができます。

ま

算が終わった後に

図 5．8 【Terminator Wizard】による終端抵抗の自動計算

③ こで計算された抵抗値は E24 系列

図 5．10 変更された抵抗値

図 5．9 【Edit Resistor Values】による抵抗値の変更

ここで抵抗値は計算や経験値などから決めることもでき

すが、ターミネータ・ウィザード機能を使うと便利です。ウィ

ザードはメニューから《 Wizard 》－＞《 Run Terminator

Wizard》を選択すると図 5．8 で自動的に計算してくれます。

計

【Apply Values】ボタンを押せ

ば自動でトポロジー上の抵

抗値が反映されます。

こ

ではありませんので、非現実的です。

ここでは仮に近い抵抗値の 56Ωに

変更します。対象となる抵抗値上で

右クリックすると。図 5．9 のようなダ

イアログボックスが開きますので、

【Resistance】項目を 56 に変えてみま

しょう。すると図 5．10 のように抵抗値

がかわったのがわかります。

５-5


④ それでは先ほどと同じ条件でオシロスコープ

⑤ 参考までに図 5．12 のように終端抵抗をもう一つのレシーバ（セル B0）側にも追加しターミネータ･

を起動してみましょう。すると図 5．11 のような波形と

なります。図 5．4 と比べるとリンギングがなくなったのがわかります。しかし H レベルが 4V となっ

てしまいました。

図 5．11 終端抵抗（50Ω）の場合（25MHz）

ウィザードを使い同じ要領でオシロスコープ確認してみます。その結果である図5．12を見るとさら

に H レベルが下がっており、ドライバ側の波形も少し歪んでいます。

4V

図 5．12 終端抵抗を追加（ただし、58.3Ω）

５-6


3.5V

図 5．13 終端抵抗が２つの場合（25MHz）

このようにターミネータ・ウィザードを使ったシミュレーションを行う途中にある各種計算のわずらわしさ

※

から開放され、また各種シミュレーションも簡単に行うことができます。

５-7


５.2.3 その他の終端処理

消されましたが、H レベルが 5V－＞4V へと変化してしまいました。ここ

ではその他

直列 RC 並列終端（R=58.4Ω、C=197.9pF）

図 5．14 直列 RC 並列終端の接続例

図 5．10 に比べる

ここでは前項の例のように E24 系列の部品に変更はしていません。実際には市販の抵抗（E24 系）

図 5．11 ではリンギングは解

の終端処理についても、いくつかシミュレーションを行い比較してみます。作業手順は先ほ

どと同じようにターミネータ･ウィザードを活用して行います。

①

※

と波形は少し歪んで

いるが、レシーバ側

の H レベルが改善さ

れている。

図 5．15 直列 RC 並列終端のシミュレーション結果（25MHz）

※

に置き換えてシミュレーションすることをお勧めします。

５-8


② テブナン並列終端

図 5．16 テブナン並列終端の接続例

図 5．10、5．12 に

.2.4 電流モードでのオシロスコープ表示

電圧波形をシミュレ

ー

電流波形シミュレーションはオシロスコー

プ

※

比べるとレシーバ側

の L レベルが０V に

なりきれていない、

また多少リンギング

あり。

図 5．17 テブナン並列終端のシミュレーション結果（25MHz）

５

図 5．18 【Visiblity】の変更

これまでは、一般的なオシロスコープと同様に

トした場合について説明してきました。通常オシロスコープは電圧

波形を表示するもので電流波形を見たい場合には電流プローブ等

の装置が別途必要になります。しかし LineSim では電流波形のシミ

ュレーションも可能です。

操作は図 5．18 のように

・パネル内の【Visiblity】のチェックボタンを【Current】に設定すれ

ば使えます。

５-9


a) 端抵抗のみの場合

）

b) 列 RC 並列終端の場合

c) ブナン並列終端の場合

終

（図 5．10、図 5．11 参照

直

（図 5．14、図 5．15 参照）

テ

（図 5．16、図 5．17 参照）

図 5．19 電流モードでの各シミュレーション結果（25MHz）

５-10


６. 層構成を意識したモデリング（Stackup）

前項のシミュレーションは対象となる伝送路についてトポロジーを作成し、その伝送路の仕様に応じてモ

デリングを行い、シミュレーションしました。その時に使ったマイクロストリップ、ストリップラインの伝送路は

非常に簡易的にモデリングを行うことができました。LineSimでは最初に説明したように初期設計における

回路からプリ・レイアウト・シミュレーションするときに非常に有効だということがわかったと思います。

ここでは実際に製作する基板の層構成が決まっていて、BoardSim との連携、実際の作成基板のイメー

ジがある場合を想定した層構成を意識したシミュレーションとして Stakup 機能を活用したモデリングについ

て説明します。

６.1 PCB イメージ(層構成)

前項までに行ったシミュレーションで使ったマイクロストリップ、およびストリップラインは図 6．1 のような

仕様でした。これをもとに今回対象となる基板の層構成を図 6．2 のようにします。

図 6．1 対象伝送路の仕様

a)マイクロストリップ伝送路

b)ストリップライン伝送路

６-1


今回製作する PCB は以下の条件およびイメージとします。

・層構成：4 層基板（Top、VCC、GND、Bottom）

・それぞれの層名称および厚さは図 6．2 の通り

・誘電体の比誘電率 4.5

それぞれの層・厚みがインピーダンスに影響を与える

図 6．2 基板の層構成

しかし実際の層構成は図 6．2 のように単純ではなく、図 6．3 のように特性インピーダンスを低くする

のために各層に GND のベタ部分を構成から一般的な基板では

① マイクロストリップ線路

② ストリップ線路

③ エンベデッド・マイクロストリップ線路

ような伝送路が多く考えられます。実際にはこれら以外の場合もあるでしょうがポピュラーな伝送路

して表層では①が、内層では②、③の状態が多く使われていると考えられます。

※断面図

増やしています。図 6．3 の層

の

と

Top 層

絶縁層 (Dielectric)

VCC 層(Plane)

GND 層(Plane)



メッキ(Plating)

Cu：銅箔(Signal)

35μm 35 m

250μm

35μm

μ

プリプレグ

プリプレグ

コア材

35μm

35μm

250μm

250μm

35 m μBottom 層

６-2


６.2 Stack

図 6．3 では前項

と②についてはそれ

ログボックスで伝送

グを紹介しました。

いうモデリングがあ

デリングをするモー

を参照）。

up

Top 層

VCC 層(Plane)

GND 層(Plane)

GND 部分

ベタ･アース ②ストリップ線

Bottom 層

路 ③

①マイクロストリップ線

ND は VCC、部が信号

図 6．3 実際の層構成の例

①～③の伝送路がポピュラーだといいました。また①

ぞれ４項で紹介した【Edit T ine】ダイア

路モデリングとして【M p】、【Strip

ここで一 6．4 に示すように【Stackup】と

ります。これは文字通り層構成（Stackup）をもとにモ

ドです（層構成についての詳細は付録 B の Stackup

図 6．4

部は G 、部

モデリング

ransmission L

icrostri line】モデリン

覧の中には図

マ

６-3

エンベデッド・イクロストリップ線

【Stackup】の選択


６.2.1 設定した層構成

【Stackup】によるは ckup Ed 成おか

なければなりません。図 6．2 の層構成をもとに【Stackup Editor】に設定すると図 6.5 のようになります

詳細は付録 B を参照）。

.2.2 マイクロストリップ線路設定（Stackup による）

それでは第 4 項のトポロジー作成の時と同じ要領で対象となる伝送路に対し【Edit Transmission

ne】ダイアログボックスから、図 6．4 に示すように【Transmission-line type】の【Stackup】というモデリ

ングを選択すると自動的に【Value】タブに移動しますので、マイクロストリに

6．6 のように《Layer：》、《Length：》《Width：》を設定します。

ここでマイクロストリップ線路は図 6．3 の図中①のイメージであり、対象層を 1 層目の TOP としてい

す。この時、右方にある【Electrical properties】の Z0 の値が図 4.13 で計算した Z0 と同じであることに

目してください。

モデリングを行うにあらかじめ【Sta itor】で層構をセットアップして

（設定の

図 6．5 Stukup(Basic タブ)設定

６

Li

ップ線路を（図 6．1）を参考

図

ま

注

６-4


図 6．6 【Edit Transmission Line】Value タブ設定例１

【Microstrip】を選択したときと比較をするために図 6.7 のように同じようなトポロジーを並べてみました。

れらを比較してみると同条件であれば【Stackup】（TOP 層）がマイクロストリップ線路と同じ伝送路とし

扱えることがわかります。

】の比較（TOP 層）

こ

て

幅：

長さ：

対象層：

Z0 の計算値がマイクロストリップの時と

同じになっている

図 4.13 の【Electrical properties】と比較

すると他の値も全く同じことがわかる

図 6．7 同条件の【Microstrip】と【Stackup

同じ Z0 になった

６-5


６.

すいです。次に【Value】タブの設定を図 6．7 のように《Layer：》を 2 層目の VCC プレーン層とした場合

はどうでしょうか？伝送路がプレーン層にある場合の代表は図 6．3 からは②のストリップ線路と③の

ンベデッド・マイクロストリップ線路の場合が考えられます。

．7 【Edit Transmission Line】Value タブ設定例２

そこで、同条件のもとそれぞれの Z0 を比較してみました。図 6．7～図 6．9 を見るとプレーン層内に

る伝送路はストリップライン(図 6.8_ａ)に近いことがわかります。

ａ）【Stripline】の場合 b）【Buried Microstrip】の場合

ップのこと）

図 6．8 【Electrical properties】の比較

2.3 その他の層では（Stackup による）

マイクロストリップ線路の場合はその構成が図 6．3①のようになりますから【Stackup】でもイメージし

や

に

エ

図 6

あ

（エンベデッド・マイクロストリ

Z0 の値はどの伝送路と

同じか？または近いか？

６-6


ａ）【Stripline】の場合

b）【Buried Microstrip】の場合（エンベデッド・マイクロストリップのこと）

図 6．9 【Value】タブの比較

６-7


６.2.4 Stackup モデリングと他のモデリングの比較

図 6．10 は 5.2.1 項で使用した終端抵抗を追加したトポロジーに、伝送路だけ【Stackup】でモデリング

た場合のトポロジーを並べたものです。両方の終端抵抗の値は同じような手順でターミネータ･ウィザ

ドを使って求めました。これを見ると終端抵抗の値は【Microstrip】と【Stripline】の組み合わせの場合

58.3Ω、【Stackup】の場合 60.4Ωとなりました。基板に実装する抵抗は E24 系（場合によって E96 系）

切り上げられますからどちらも実質 60Ωと見ることができます。また図 6．11 はストリップ線路端のレ

ーバ入力部の両モデリング波形です。図を見ると両波形は重なってしまって一つの波形に見えてお

ここからも同じ効果となっていることが伺えます。

図 6．10 モデリングの比較

なって一つの波形

見える－＞

図 6．11 ストリップ線路端（レシーバ部）での波形の比較

し

ー

に

で

シ

り

重

に

マイクロストリップ線路ストリップ線路終端抵抗

６-8


この項では 4 層基板上で終端抵抗を付加した場合を例にそれぞれのモデリングを比較してみました。

実

際には 4 層以上の多層基板の場合では【Stackup】の場合は諸条件から特性インピーダンス Z0 の違

いはでてくると思いますが、基本的には【Stackup】を使ったモデリングの場合、表層はマイクロストリッ

プ、内層はほぼストリップ線路と同様にモデリングしていると思ってよいでしょう。

これらのモデリング特性をあらかじめ知っておくことで、LineSim で行うシミュレーションの効果がさら

に上がってくると思われます。また項のはじめにも記しましたが、LineSim で行うシミュレーションだけで

なく、BoardSim との連携、さらには実際に製作する基板との連携も兼ねた、設計システムの構築に役

立てることができると思われます。

６-9


６-10


７-1

７. 回路図へのフィードバック

これまでの LineSim シミュレーションはプリ・レイアウト・シミュレーションであり、その内容・結果をもととな

る伝送路（2 項の図 2．2）へフィードバックしなければなりません。ここでは、そのフィードバック例について説

明します。

７.1 フィードバック例

図 7．1 は 5.2.3 項で行った直列 RC 並列終端（R=58.4Ω、C=197.9pF）の内容をフィードバックした例です。

ａ）もととなった回路

ｂ）シミュレーション後改善された回路

図 7．1 プリ・レイアウト・シミュレーションの内容をフィードバックした例



注）回路図中の抵抗および

コンデンサの値は E24 系

列に置き換えている

LineSim によるシミュレー

ション結果をフィードバック




７.2 基本シミュレーション～フィードバック・設計まとめ

７.2.1 元となる回路の確認

ーションを行う場合もあるでしょうが、基本的には製作基板の回路図面が

ら特にクリティカルな伝送路部分についてプリ・レイアウト・シミュレーション

プしたと仮定した例です。

図 7．2 シミュレーション対象の回路を抜粋した例

７.2.2 伝送路の仕様確認

対象となるクリティカルな伝送路に対し、どのような条件でシミュレーションを行うか仕様決をします。。

図 7．3 は対象伝送路がマイクロストリップ線路、ストリップ線路であることを決定・確認した例です。

象伝送路の仕様確認

その他に

・基板の層構成（層数）

・基板の材質（導線材質、誘電体の比誘電率など）

・伝送路の周波数帯域

などを事前に

※全ての伝送路のシミュレーション

を行うのではなく

伝送路を対象とする。

これまで行った LineSim を使ったシミュレーション～設計へのフィードバックの流れを以下にまとめます

(初期設定等の説明は省略)。

いきなり伝送路のシミュレ

ある程度仕上がった状態か

を行うと考えた方がよいでしょう。図 7．2 は対象となる回路図の中でクリティカルな伝送路をピックアッ

、クリティカルな

図 7．3 対

知っておくことで、シミュレーションの精度が増します。

７-2


７-3

図 7．4 元になる伝送路のトポロジー

.2.4 シミュレーション１(元になる伝送路の診断)

元になる伝送路のトポロジーに対

てシミュレーションを行います。評

すべき

スコープ 7．5

そのシミュレーション例です。

このシミュレーションから、最初に

設計した伝送路の不具合

断します。この例ではリンギングが

。

７.2.5 シミュレーション 2(施術した回路の評価)

項の診断で不具合・問題点が確認できた場合、それに応じた処方を施さなくてはなりません。実は

ここが一番肝心なところで、どのような施術を行うには伝送路設計の知識、経験が必要となります。

ンギングに対する基本的な処方は 5 項でも説明しましたが以下のような終端方法を行いますし、

LineSim はこれらに対応しやすいようなトポロジー構造を持っています。

① 並列終端（終端抵抗）

ナン並列終端

これらレーションを行うのではなく、その理論についても事前に知っておくこと

を

７.2.3 トポロジー作成

前項の情報をもとにトポロジーを作成します。図 7．4 は図 7．3 の回路から作成したトポロジーです。

トポロジー作成には各伝送路でどのようなモデリングを使うかも考慮しなければなりません。

７

し

価端子の波形をデジタルオシ

で確認しましょう。図ロ

は

・問題点を

診

発生していることが確認できます

リンギング

図 7．5 シミュレーション結果（元トポロジー）

前

リ

② テブ

③ 直列 RC 並列終端

④ 直列終端（ダンピング抵抗）

の終端を施しただシミュ

お勧めします。


７-4

ａ）直列 RC 並列終端を施したトポロジー

それぞれの終端方法でシミュ

レーションを行い最適と思われる

解決法を決めていきます。

図 7．6 は直列 RC 並列終端を

前

ｂ）直列 RC 並列終端を施した波形確認

図 7．6 シミュレーション結果（処方後）

７.2.6 シミュレーション結果のフィードバック

後にシミュレーション結果を元の回路にフィードバックします。図 7．7 はその例です。

図 7．7 シミュレーション結果をフィードバック後の回路図

施したシミュレーション例です。

項の問題点が施術により解消

されたことが確認できます。

最

注）回路図中の抵抗および

値は E24 系コンデンサの

列に置き換えている


付録

i


ii


A-1

付録A. 伝送路のモデリング

これまでの例で LineSim における伝送路のモデリングは対象となる伝送路を選び、【Edit Transmission

Line ダイアログ･ボックスで行いました。ここでは【Edit Transmission Line】ダイアログ･ボックスにおいて

【Transmission-LineType】タブにある項目【Uncoupled(Single line)】の詳細について説明をします（図 A．1 参

照）。

図 A．1 【Edit Transmission Line】ダイアログ･ボックスについて

】

TrUncoupled／Coupled はクロストーク解析のカップリングの無／有を意味します。

ansmission-line type

Cupled:

クロストーク解析、

GHz 解析等を使う時

のカップリング設定で

使用します（クロストー

ク・オプションの購入

が必要）また

Stackup(層構成)の設

定内容が解析には反

映されます。

Uncupled(signal line):

シミュレートしたい伝

送路のタイプにあわ

せて選択。各項目の

説明は以下に説明。

・ Simple

・ Stackup

は Stackup(層構成)

の設定内容が解析

には反映されます。・ Microstrip

・ Buried Microstrip

・ Stripline

・ Wire Over Ground

・ Cable

・ Connector

で反映されるのは【Value】タブの内容

であり Stackup(層構成)の設定内容で

はありません。

【Edit Transmission Line】

ダイアログ･ボックス


A.1 代表的なモデリング

ここでは LineSim の代表的なモデリングについて説明します。 A.1.1 Simple

このモードは伝送路の特性インピーダンス、伝

播遅延等の計算のみを事前に行いたい場合に使

います。このモードを選択すると、図 A.2 のような

【Transmission-line properties】（ダイアログ･

ボックスの右方にある）がアクティブになります。

計算には【Stackup Editor】で設定さ

れたパラメータに応じた結果が反映されます。

図 A．2 Simple モードの場合の特性インピーダンス計算

A.1

デフォ ue】タブで

行います。それぞれの内容は以下の通り、

象となる層の設定

送路の幅

ここで】で設定されたパラメータに応じた結果が反映されます。

図 A．3 Stackup モードの【Edit Transmission Line】Values タブ

注）このモードではモデリングしかでき

特性インピーダンス

伝播遅延

DC 抵抗値

.2 Stackup

ルトではこのモードになっています。このモードが選択された伝送路の設定は【Val

・ Layer ：対

・ Length ：伝送路の長さ

・ Width ：伝

の【Stackup Editor計算は

【Value】タブの《Layer：》項目で設定された一つの層に対しての

A-2


ません。扱う基板が多層で対象

ルで分けてモデリングしてください。

となる伝送路が層をまたがる場合には、対象伝送路が通る層ごとにセ

Microstrip

プ伝送路に対してのモデリングを行います。このモードを選択した途端に【Value】タ

ブ断面図状態を見ながら条件設定ができます。それ

：伝送路の長さ

：メッキの厚さ

：信号線の厚さ

：信号線の幅

：絶縁体の高さ（厚さ）

・ Dielectric constant-Er ：絶縁体の比誘電率

・ Loss tangent-Lt ：誘電正接（タンデル）

ackup Editor】の設定とは関係のなく【Value】タブの内容が計算に反映されます

の

便利です。

図 A．4 Microstrip モードの【Edit Transmission Line】Values タブ

A.1.3

マイクロストリッ

に移ります。ここではマイクロストリップ伝送路の

ぞれの内容は以下の通り、

・ Length-L

・ Plating thickness-P

・ Conductor thickness-T

・ Width-W

・ Dielectric height-H

ここでの計算は【St

で、LineSim を立ち上げて【Stackup Editor】の細かい設定を行わずに、簡易的にマイクロストリ

ップ伝送路のシミュレーションを行いたい時に

A-3


A.1.4 Buried Microstrip

下の通り、

・ Length-L ：伝送路の長さ

T ：信号線の厚さ

ric height-H2 ：絶縁体の高さ（厚さ）２

r 率

デル）

【Microstrip】とは【Stackup E は関係のなく【Value】タブの内

容が計算に反映ち上げ

簡易的にエンベデッド・マイクロストリップ伝送路のシミュレーションを行いたい時に便利です。

図 A．5 Embedded Microstrip モードの【Edit Transmission Line】Values タブ

※タイトルの Buried Microstrip（ベリード･マイクロストリップまたはバリッド・マイクロストリッ

プ）は Embedded Microstrip（エンベデッド・マイクロストリップ）と同じ伝送路です。

エンベデッド・マイクロストリップ伝送路に対してのモデリングを行います。このモードを選択した途

端に【Value】タブに移ります。ここではエンベデッド・ストリップ伝送路の断面図状態を見ながら条件

設定ができます。それぞれの内容は以

・ Conductor thickness-

・ Width-W ：信号線の幅

・ Dielectric height-H1 ：絶縁体の高さ（厚さ）１

・ Dielect

・ Dielectric constant-E ：絶縁体の比誘電

・ Loss tangent-Lt ：誘電正接（タン

同様に、ここでの計算 ditor】の設定と

されますので、LineSim を立て【Stackup Editor】の細かい設定を行わずに、

A-4


A.1.5 Stripline

ストリップ伝送路に対してのモデリングを行います。このモードを選択した途端に【Value】タブに移

路の断面図状態を見ながら条件設定ができます。それぞれの内容は

以

：信号線の厚さ

厚さ）１

ht-H2 （厚さ）２

【Microstrip】と【Stackup E なく【Value】タブの内

容が計算に反映されますので、LineSim を立ち上げて【Stackup Editor】の細かい設定を行わずに、

図 A．6 Stripline モードの【Edit Transmission Line】Values タブ

ります。ここではストリップ伝送

下の通り、


・ Conductor thickness-T

・ Width-W ：信号線の幅

・ Dielectric height-H1 ：絶縁体の高さ（

・ Dielectric heig ：絶縁体の高さ



同様に、ここでの計算は ditor】の設定とは関係の

簡易的にストリップ伝送路のシミュレーションを行いたい時に便利です。

A-5


A.2 その他のモデリング

ヤー配線板のような特殊伝送線や古い HyperLynx の機能であまり使われなくな

った

Over Ground

マルチワイヤ電線のす。このモードを選択した途

端に【Value】タブ面条件設定ができます。それぞ

れの内容は以下通

層までの距離


関係のなく【Value】タブの内

容が計算に反映されますので、LineSim を立ち上げて【Stackup Editor】の細かい設定を行わずに、

簡易的に電線伝送路のシミュレーションを行いたい時に便利です。

図 A．7 Wire Over Ground モードの【Edit Transmission Line】Values タブ

ここではマルチワイ

モデリングについて簡単に説明します。

A.2.1 Wire

ー配線板のように特殊な伝送モデリングを行いま

に移ります。ここでは伝送路の断図状態を見ながら

のり、


・ Radius-R ：電線の半径

・ Dielectric height-H ：電線中心からグランド

（絶縁体の高さ）


【Microstrip】と同様に、ここでの計算は【Stackup Editor】の設定とは

A-6


A.2.2 Cable

伝送路がケーブルの場合のモデリングを行います。このモードを選択した途端に【Cable】タブに移

：ケーブルの長さ

ケーブルであり、 HyperLynx ではたいていの同軸ケーブ

の電気特性に対応しています。

での計算は【Stackup Editor】の設定とは関係のなく【Cable】タブの

内

図 A．8 Cable モードの【Edit Transmission Line】Cables タブ

ります。対象ケーブルに該当するケーブルをチェックし、ケーブル長を指定してください。

・ Cable length

【Cable】タブにあるケーブルは業界標準

ル

【Microstrip】と同様に、ここ

容が計算に反映されますので、LineSim を立ち上げて【Stackup Editor】の細かい設定を行わず

に、簡易的にケーブル伝送路のシミュレーションを行いたい時に便利です。

A-7


A.2.3 Con

伝送路がコネクタの場合のモデリングを行います。このモードを選択した途端に【Connectors】タ

象ケーブルに該当するケーブルをチェックし、ケーブル長を指定してください。

【 Connector 】 ynx インストール先フォルダ内にある

¥2007.2PADS¥SDD_HOME¥hyperlynx¥Libs フォルダに SLM ファイルをコピーすることで登録

さ

計算は【Stackup Editor】の設定とは関係のなく【Cable】タブの

内

図 A．9 Connector モードの【Edit Transmission Line】Connectors タブ

注）この機能は古いバージョンの HyperLynx 機能が残っているだけで、現在はあま

り使われていません（対応している SLM ファイルも Tyco 社/AMP 社くらい）。

nector

ブに移ります。対

・ Cable length ：ケーブルの長さ

s: リストにあるコネクタは HyperL

れます。

【Microstrip】と同様に、ここでの

容が計算に反映されますので、LineSim を立ち上げて【Stackup Editor】の細かい設定を行わず

に、簡易的にケーブル伝送路のシミュレーションを行いたい時に便利です。

A-8


B-1

付録B. 基本設定

シは、回路図上にある情報以外に PCB の物理的な情報・条件が必要となってきま

す。あ

なり

B.1

B.

図 B．1 の仕様に合うよう

に必要のない層は削除します。

図 B．2 Stackup Editor（Basic タブ）

ミュレーションを行うに

る意味これらの条件設定がシミュレーションの結果を決めてしまう可能性が高く非常に重要な要素と

ます。ここでは Stackup(層構成)を中心とした初期条件設定を行います。

Stackup（層構成）の設定

今回作成予定の PCB は以下の条件およびイメージとなります。

1.1 基板層数設定：Basic タブ

まずツールバーから Edit Stackup ボタンをクリックし、【Stackup Editor】を立ち上げます。デフォルト

では 6 層基板（絶縁層を入れると全部で 13 層）に設定されていますので、


No.6～9 の層を削除します。6 層目にマウスポインタを合わ

せドラッグしながら 9 層まで移動すると図 B．2 のように選択部

ここで右クリックすると、右図のような

ア elete》を選択すると

HyperLynx で扱う単位系の設定をします。図 B．3 のように【Mesurement units:】および【Metal

kness 3.1項の

図 B．3 単位系設定

ここでの設定は一度設定すると、以降の解析にも反映されます。

分が黒色に変わります。

ポップップメニューが出てきますので、《D

不必要な層が削除されます。

B.1.2 単位設定：Basic タブ

thic as:】のドロップダウン・メニューから該当の単位系を選ぶことで設定可能です。これは

単位系設定と同じ内容です。

※

B-2


B.1.3 基本層構成設定：Basic タブ

B．1 項の層イメージにあわせ各層の属性・値を入力していきます。基本的な層構成は【Stackup

Ed

図 B．4 Stukup(Basic)設定

各項目の説明 ayer Name ：層の名前を入力。ここに層名を入力すると【Stackup Editor】内の右方にある層構

成モデル図に反映されます。

ype ：対象層の導電性を選択します。このセルをクリックするとドロップダウン・メニューが

現れ”Metal”(金属)または”Dilelctric”（誘電体）が選択できます。

itor】の【Basic】タブで設定を行います。

層

じ

・

L

T

構成を変更すると、その内容に応

て基板断面のモデルが変更される

B-3


Usage ：対象層の用途を選択します。セルをクリックするとドロップダウンメニューが現れ “Signal”(信号層：銅箔部)、”Plane”(プレーン層)、”Plating”(メッキ層) が選択で

目で”Dilelctric”（誘電体）を選んだ場合は”Substrate”（基

ickness ：各層の厚さを入力します。単位は B.1.2 項で設定した単位系となります。

r ：使用する材質、厚さ、周波数に応じた誘。

使用する材質のカタログを参考に入力してください。なお、この項目は Type 項目

で”Dilelctric”（誘電体）を選んだ場合にアクティブとなります。

※比誘電率は材質、周波数、板厚で変化します。今回の誘電体の比誘電率は厚さ t≒0.25mm のガラス・エポキシ（FR4）を使用し、10～25MHz 付近の伝送路を想

定した場合として”4.5”と考えました(図 B．5 参照)。

図 B．5 基板材料の誘電率－周波数特性

est Width ：これまでの基本設定で設定されたパラメータに対して、テストパターン幅を入力しま

す。するとその幅に応じた特性インピーダンス値 Z0 が下記【Z0 ohm】に計算され

モニタされます。

0 ohm ：【Thickness】および【Test Width】で設定した値に応じた特性インピーダンスが計

算されここにモニタされます。これを見ながら対象基板の特性インピーダンスが希

きます。なお Type 項

板）となります。 Th E 電体(絶縁層)の比誘電率を入力します

T

Z

望値に合っているかを確認します。違う場合は【Thickness】および【Test Width】

を調整します。

B-4


・設定項目の確認設定した内容は前項の Z0 ohm や、【Stackup Editor】の右方のモニタで確認することができます。

れます。また、この

厚さ割合に応じた

く見えるかもしれません。その場合は《Draw Proportionally》のチェックをはずすと適当な比率で各

層が表され見やすくなります（図 B．6 参照）。

図 B．6 モニタ部分の確認

.1.4 誘電体層設定：Dielectric タブ

このタブでは誘電体層の設定を行います。基本的な項目は《Basic》タブと同じです。ここでは

Dielectric》タブ特有の機能について説明します。

図 B．7 《Dielectric》タブ

各層の厚さ設定を行った後の基板厚（全層の厚さ合計）はモニタ下の《Total thickness:》にモニタさ

モニタはデフォルトでは《Draw Proportionally》にチェックがされており、各層の

形でモニタされますが、それぞれの厚さに差がありすぎるため層構成がわかりにく

B

《

基板厚のモニタ

金属層の誘電率も計算する場合にこのチ

ェックをはずす

B-5


・各項目の説明 echnology ：誘電体層の種類を選択します。このセルをクリックするとドロップダウン・メニュー

現れ”Core”(コア材：*1)または”Prepreg”（プリプレグ：*2）が選択できます。

線板の絶縁材料で、補強材のガラス布に熱硬化性樹

脂を含浸させ半硬化の B ステージ状態にした接着シートです。 Loss Tangent ：誘電正接（タンデル）を入力。使用する材質のカタログを参考に入力してください。

この値は誘電体の損失にかかわるパラメータです。

※誘電正接（タンデル）は材質、周波数、板厚で変化します。今回の誘電正接は厚

さ t≒0.58mm に対し 0.02 となっています。図 B．8 は松下電工社製の基板材料

の誘電正接－周波数特性例です。

図 B．8 基板材料の誘電正接－周波数特性

Tが

*1）コア材：多層プリント配線板の内部に芯として入れる金属材料、あるいは、

パターンを形成した積層板。ビルトアップ法におけるビルトアップ層の支持体とな

る通常の両面板、多層プリント配線版等もコア材といいます。

*2）プリプレグ：プリント配

B-6


B.1.5 金属層設定：Metal タブ

このタブでは金属層（銅箔および銅メッキ的な項目は《Basic》タブと同じで、こ

こでは《Metal》タブ特有の機能について説明します。

図 B．9 《Metal》タブ

・各項目の説明 Metal ：ルをクリックするとドロップダウン・メニューが

現れ”Copper”(銅)、”Aluminum”（アルミ）、”Tin”（スズ）、”Silver”（銀）、”Gold”（金）、”Plutinum”（プラチナ）、”<Custom>”（カスタム）が選択できます。基本的

には”Copper”(銅)を選択します。

ulk R ： Metal 項目で選択された金属の電気抵抗率が表示される（Bulk[かたまり]とある

が、あまり気にしなくてよい）。単位は[Ω・m]。図 B．9 では”Copper”(銅)の抵抗率

がであることを表示しています。

coef ： Metal 項目で選択された金属の温度係数が表示される。単位は[1／]。図 B．9では”Copper”(銅)の温度係数が 0.00393[1／]であることを表示しています。

oss Carve ：周波数に対する抵抗損、表皮効果による損失、誘電損失をグラフで表します。グ

ラフを表示したい場合に View ボタンを押してください。すると

）の設定を行います。基本

金属層の種類を選択します。このセ

B

][10724.1 8 mΩ× −

T

L

【Loss-vs-Frequency Graph】が表示されます。グラフの詳細は次のとおりです。

B-7


【Loss-vs-Frequency Graph】について Resistance（抵抗）モード

たりの抵抗値（単位Ω/m）を

表します。これが金属層の

抵抗による損失を表すことに

なります。図 B．10 を見ると

周波数が高くなるにつれ抵

抗値が大きくなっているのが

わかります（10MHz 付近から

指数的に大きくなっている）。

図 B．10 周波数－抵抗損失特性

Attenuation（減衰）モード【Show】項目の【Attenuation】

項目をチェックすることで周波

数に対する、

・表皮効果による損失：赤線

を表します。

金属層の損失の

衰（Attenuation）

位は dB/m です。図 B．11 を見

減衰（損失）が大き

のがわかります（1GHz 付近か

ら指数的に大きくなっている）。

図 B．11 周波数－減衰特性

【Show】項目の【Resistance】

項目をチェックすることで周

波数に対する、単位長さあ

・誘電損失：緑線

・合計損失：青線

大きさは減

で表され単

ると周波数が高くなるにつれ

くなっている

グラフ部分をハー

した後に、ワープロ等のテキストエディタ上でペ

ースト（Ctrl+V）すると右図のようなグラフが貼り

ドコピーできる。このボタンを押

プリンタに印刷

付け可能。

B-8


B.1.6 特性インピーダンスのプランニング：Z0 Planning タブ

このタブでは対象伝送路の形態や特性インピーダンス Z0 の目標値を設定(Planning)することで配

本的な項目は《Basic》タブと同じで、ここでは《Z0 Planning》

明します。

ルエンド・ディジタル伝送路および差動ディジタル伝送路に対応してい

路に関してはクロストーク･オプションが購入されていないと使用できま

線幅の大きさを求めることができます。基

タブ特有の機能について説

《Z0 Planning》タブはシング

ます（注：差動ディジタル伝送

せん）。

図 B．12 を見るとタブ内の【

て選択可能です。

・ Single trace ――＞

・ Differntial pair ――＞

なおデフォルトではシングル

Plan for:】項目のドロップ･ダウンメニューからどちらかの伝送路につい

シングルエンド・ディジタル伝送路

差動ディジタル伝送路

エンド・ディジタル伝送に対応するように設定されています。

Single trace 時（シングルエンド伝送）

・各項目の説明 Targ 標値を入力します。 W dt ：これまでの設定値および Target Z0 の値から各層の配線幅を計算し表示します。

仕様に応じた配線幅かどうかをここで確認してください。

：シングルエンド伝送：差動伝送

図 B．12 《Z0 Planning》タブ

et Z0 ：特性インピーダンス Z0 の目

h i

B-9


B-10

差動ディジタル伝送路での設定

LineSim ではクロストーク･オプションを購入することで、差動デュレィジタル伝送路に対応したシミ

ーションも行うことができます。【Plan for:】から《Differntial pair:》を選ぶことで、このモードになりま

す

ンピーダンス値とギャップから配線幅を求めます。

・

、機能の詳細はクロストーク・オプション機能の項目で紹介しますのでここでは割愛します。

図 B．13 《Z0 Planning》タブ Differential pair 時（差動伝送）

。すると【Strategy:】項目がアクティブとなり、この部分のドロップダウン・メニューから

・ Solve for separation ――＞差動インピーダンス値と配線幅からギャップを求めます。

・ Solve for with ――＞差動イ

Solve for both ――＞ Z0 カーブからギャップと配線幅を求めます。

といった機能を呼び出すことができます。

※各項目


B.1.7 Custom Vies タブ

《Custom View》タブでは、これまで説明した４つ（《Basic》、《Dielectric》、《Metal》、《Z0 の表示内容をカスタマイズすることができます。

図 B．14 《Custom View》タブ

Planning》）のタブを組み合わせ、そ

【Customize】ボタンをクリックすると、タブ内の項

目である《Columns:》に応じた一覧が表れます。

各 Co mn 左にあるチェックボックスのチェックの

有無で表示したい項目をカスタマイズすることが

できます。

lu

B-11


B.2 電源設定

供給電源の設定を行います。メニ

ュ

路を考え（ VCC=5[V] 、 VSS=0[V] ）、さらにプルダウン時

（VpullDn=0[V]）、プルアップ時（VpullUp=5[V]）のも行います。

各項目の設定は図 B.15 に示す【Set Power-Supply Voltage

and Nets 】ダイアログボックスで、対象となる電源を

《Power-supply nets:》からクリック選択し（この時選択された電

源部分が青くなる）、《New voltage:》内の値を変更することで

設定できます。

図 B．15 【Set Power-Supply Voltage and Nets】ダイアログボックス

シミュレーションで扱う各種

ーから《Edit》―＞《Power Supplies….》を選択してください。

今回のシミュレーションでは５V の供給電源 IC 間での伝送

B-12


B-13


B-14

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