高速デジタル設計や高速通信システムにおいて、多層基板は高密度かつ高性能な回路配置を実現するために広く採用されています。しかし、信号速度と密度が増加するにつれて、信号インテグリティ（SI）と電源インテグリティ（PI）の問題がより顕著になります。効果的なSI／PI解析は高速多層基板の性能と信頼性を確保するための重要な工程です。以下に主要な解析ポイントを示します。

信号インテグリティ（SI）解析のポイント

伝送線路効果

高速設計では伝送線路効果が顕著になります。マイクロストリップ線やストリップラインなどの伝送線路の特性インピーダンスを解析し、インピーダンスマッチングを確保して反射や信号歪みを低減します。HyperLynxやCadence SigXplorerなどのシミュレーションツールを用いて信号伝搬をモデル化し、信号品質を検証します。

クロストーク解析

高密度配線は隣接線間のクロストークを引き起こします。クロストークの影響を解析し、線間隔の拡大やシールドの使用などで低減対策を行います。3Dフィールドソルバーを用いてクロストーク効果を精密にシミュレーションします。

タイミング解析

高速デジタル回路ではタイミング解析が不可欠です。信号が適切なタイミングで受信機に到達し、タイミング違反を回避できているかを確認します。静的タイミング解析（STA）ツールを使い、信号経路の遅延を解析し、タイミング要件を満たすことを保証します。

IBISモデルおよびSPICEモデル

IBIS（Input/Output Buffer Information Specification）モデルを用いてドライバやレシーバの挙動を模擬します。重要信号経路についてはSPICEモデルを使用し、より精度の高いシミュレーションを実施します。

電源インテグリティ（PI）解析のポイント

電源分配ネットワーク（PDN）設計

PDNは電源インテグリティの核となります。低インピーダンスで安定したPDNを設計し、デバイスにクリーンな電源を供給します。PDNのインピーダンス特性を解析し、動作周波数帯域内で目標値以下に抑えることが求められます。

デカップリングコンデンサの配置

電源ノイズとインピーダンスピークを低減するため、適切な数?位置?容量でデカップリングコンデンサを配置します。最適なフィルタリング効果を得るために配置パターンを解析します。

プレーン共振解析

電源平面とグラウンド平面間で共振が発生し、電源ノイズが増加する可能性があります。共振モードを解析し、平面間距離の調整や共振吸収技術の導入で共振抑制を図ります。PIシミュレーションツールを用いてSSN（同期スイッチングノイズ）の影響を模擬し、電源システムの安定性を検証します。

同期スイッチングノイズ（SSN）解析

複数のドライバが同時にスイッチングするとSSNが発生し、電源安定性に影響を及ぼします。PI解析ツールを使いSSNの影響をシミュレートして電源安定性を評価します。

総合的な考慮事項

協調シミュレーション

SIとPIの相互作用を評価するためにSI／PI協調シミュレーションを行い、全体設計の安定性と信頼性を確保します。

設計ルールチェック（DRC）とレイアウト対回路図検証（LVS）

DRCとLVSツールを用いて製造上および電気的な規格遵守を確認し、設計の一貫性と製造可能性を保証します。

これらのポイントを踏まえた解析と最適化により、高速多層基板設計におけるSI／PI性能が大幅に向上し、高速動作下での回路の安定性と信頼性を確保できます。電子技術の進化に伴い、高速多層基板設計におけるSI／PI解析の重要性は今後さらに高まるでしょう。詳細についてはPCBGOGOをご覧ください。