【高速・高性能時代の必須技術】プリント基板設計の未来を変える！シミュレーションの力 vol.1

電子機器の高性能化・高速化が進む中、プリント基板の設計段階での“見えない課題”が製品品質を左右します。信号の乱れ、電源の不安定、放射ノイズ、過熱…。こうした問題は、試作後に発覚すればコスト増や納期遅延につながります。
そこで注目されているのが「シミュレーション」です。設計初期から問題を予測・解決することで、手戻りを防ぎ、最適な基板設計を実現できます。

なぜシミュレーションが必要なのか？

近年の電子機器は、高速通信や高密度実装が当たり前になり、設計リスクが急増しています。例えば、DDRやPCIeなどの高速インターフェースでは、わずかな信号品質の乱れが動作不良を引き起こします。また、電源プレーンの設計不備や放射ノイズ、熱問題も見過ごせません。
こうした課題を試作後に修正するのは、時間もコストも膨大です。設計段階でのシミュレーションこそ、品質確保と開発効率化の鍵なのです。

キョウデンのプリント基板シミュレーション

キョウデンでは、以下の5つの解析を提供しています。
　１．SI解析：信号品質の解析
　２．PI解析：電源品質の解析
　３．電磁界解析：SI解析のうち、特にハイスピード(高周波)系の解析
　４．EMI抑制支援：基板から出る放射ノイズを抑制するための検証
　５．熱流体解析：基板に搭載されるICや配線パターンの発熱を解析

※他社で設計したデータに対しても対応可能です。
※解析に必要なデータは項目毎に異なりますが、用意できないものはご相談下さい。可能な限り代替モデルを提案します。

１．SI解析

SI解析を実施することで、最適な伝送線路、部品定数、ドライブ強度等を提案します。

◎検証内容
　DC特性：スレッショルドレベル、オーバーシュートを満足しているか。
　またグリッチ・リンギングが無いか検証します。
　AC特性：スキュー、セットアップ・ホールドを計測し、タイミングに問題無いか検証します。

◎対象インターフェース
　DDR3, DDR4, SRAM, Flash, LVDSなど

◎解析に必要なデータ
　PCBデータ、層構成の情報、IBISモデル

２．PI解析

PI解析を実施することで、最適な電源プレーン、およびデカップリングキャパシタの数量、位置、値を提案します。

◎検証内容
　IR－Drop解析：電圧が推奨動作範囲内に収まっているか検証します。
　PDN Impedance解析：ターゲットインピーダンスを指標に、キャパシタの効き具合を検証します。

◎対象デバイス
　FPGA、CPUなど

◎解析に必要なデータ
　PCBデータ、層構成の情報、電源の消費電流値、キャパシタのSパラメータ

３．電磁界解析

電磁界解析では、配線や電源プレーンを３次元の物体として扱うことで、高周波帯において精度良く解析することができます。

◎検証内容
SI解析と同様DC特性・AC特性の他にアイパターン観測、Sパラメータのグラフ化(透過・反射特性、近端・遠端クロストーク)TDR検証を行い、スペックに収まっているか検証します。　その他、配線・電源プレーンのRLGCを抽出することができます。

◎対象インターフェース
LPDDR4, LPDDR4x, LPDDR5, LPDDR5x
PCIeGen3～6, HDMI1.4～2.1, DisplayPort 1.4～2.0, JESD204B, MIPI, USB3.2 Gen1～2, QSFP28,
12G-SDI, CXP-12, GVIF1～3, GMSL1～3, FPD-Link IIIなど

◎解析に必要なデータ
PCBデータ、層構成の情報、 IBISモデル、IBIS-AMIモデル、コネクタ・ケーブルのSパラメータ