2D,3Dベンチでは、任意の端子に信号源やLCR等を設定し解析を行います。
ここではQ-DATAで出力された電磁界情報を用いて回路解析を行いますので、回路条件を変更した場合に高速に特性の差を得ることができます。
図はオシロスコープモードでプローブをあて波形を観測している場面です。
S-NAP PCB Suite は、基板設計段階で EMC ノイズの発生要因を可視化し、効率的な対策検討を支援する 3 次元 EMC 解析シミュレーターです。電磁界解析と回路解析を融合し、実装基板単体だけでなく、筐体やワイヤを含む 3 次元構造全体を対象に、モーメント法による高速な解析を行えます。EMC 試験前に問題箇所を把握することで、手戻りや再試作を削減し、設計品質の向上と開発期間の短縮に貢献します。
主な解析内容
解析構造
S-NAP PCB Suite は、3 次元電磁界解析による「一次解析」と、その結果を用いて回路動作を評価する「二次解析（テストベンチ解析）」の 2 段階構造で解析を行います。一次解析では、実装基板・筐体・ワイヤなどを含む 3 次元構造全体を対象に電磁界解析を行い、基板上で発生する電磁界分布や電流・電圧の状態を高精度に算出します。
次に、一次解析で得られた情報を基に、信号源や負荷条件を設定したテストベンチ解析を実施します。これにより、スイッチング動作や信号遷移に伴うノイズ挙動、信号品質を、実際の回路動作に近い状態で評価することが可能です。
この二段階の解析構造により、S-NAP PCB Suite は「電磁界の分布を把握する」→「回路としての影響を確認する」 という流れで、EMCノイズの原因と影響を体系的に可視化します。設計段階で問題箇所を具体的に把握できるため、効率的なノイズ対策にご活用いただけます。
解析を支える２つの中核ソルバー
S-NAP PCB Suite は、3次元電磁界解析を行う「電磁界ソルバ」と、その結果を用いて回路動作を評価する「テストベンチソルバ」の2つの解析エンジンを組み合わせた構成となっています。構造としての電磁界挙動と、回路としての動作影響を段階的に評価することで、設計段階における EMC ノイズの原因と影響を整理できます。
※ソルバとは、設計データや解析条件をもとに、電磁界や回路の挙動を計算し、現象を数値や分布として可視化する解析エンジンのことです。
電磁界ソルバー
電磁界ソルバは、S-NAP PCB Suite における 一次解析 を担う中核エンジンです。
電磁界解析手法は、 3次元モーメント法を実装しており、複数のプリント板、筐体、ワイヤ、樹脂ケース（誘電体）、フェライトなどを組み合わせて解析可能です。基板上の動作信号だけでなく、平面波入射の設定も可能です。
3次元電磁界エンジン
3次元モーメント法電磁界ソルバは、MPIE（Mixed Potential Integral Equation）をベースにしたモーメント法で右図のように3次元的な電界結合と磁界結合の要素を計算します。
しかしながら、PC板を離散化した時の要素数は膨大になりますので、境界要素法の考え方を導入し小領域に分割して計算致します。
その結果大規模基板におけるモーメント法解法を可能にしています。
テストベンチソルバー
テストベンチソルバは、電磁界解析結果を基に回路動作を評価する 二次解析 を担う解析エンジンです。
回路解析エンジン
テストベンチは、1次解析（電磁界解析）で得られたプリント板を含む3次元構造のSパラメータに部品や信号源などを実装して回路解析を行うものです。 非線形の時間軸解析では、3次元構造のSパラメータのインパルス応答を計算し、コンボリューションを行うことでトランジェント解析を行います。線形解析や定常解析の場合は、周波数ドメインでのスペクトル解析を元に時間軸波形を合成します。
端子数が多くなると、全端子に対するSパラメータ計算は膨大な計算量になり、現実的な解析ではなくなります。この問題を解決するために、アクティブポートとパッシブポートに分類する手法を採用しています。
アクティブポートは、信号の入力や素子の接続を行うことが可能な端子で、いわゆる入出力可能なポートです。一方、パッシブポートは、信号入力などのアクティブな操作はできず、電圧と電流を観測するのみのポートになります。
このように2種類のポートに分類することで、大規模基板においても全端子電圧電流の観測を行うことができます。
電流・電圧分布解析
PC板のパターンや筐体、ワイヤに流れる電流や電圧レベルを計算することは、結合や集中度合いを検討するために重要なことですが、電界や磁界の放射を計算は電流分布と電圧分布を元に計算しますので、電磁界分布を解析するには必須になります。
電流分布と電圧分布は回路の動作状態に依存しますので、回路解析後に全端子の情報を電磁界ソルバにフィードバックして計算する必要があります。
テストベンチはこの機能を有しており、回路解析を行った結果を反映して電流分布と電圧分布を計算できますので、結合状態や電流の向きなども確認することが可能です。
解析機能
2D、3Dテストベンチ
基板上でトランジェント解析が可能
素子を基板に実装した状態でトランジェント解析が可能で、スイッチング時の電流引き込みやパスコンの過渡電流、電源の揺らぎを高精度に算出します。
ダイオード等の非線形素子にも対応し、定格超過を炎マークで警告する「オーバーロード表示」も備えています。実稼働に近いノイズ挙動を設計段階で可視化でき、効率的な対策検討と部品破壊リスクの早期発見を実現します。
クランプフィルタ（フェライト）の解析
2クランプフィルタは、伝導ノイズにおいてコモンモードノイズを抑圧します。この解析には磁性体を含めてスイッチング状態を解析する必要があります。
図はツイストペアの電源ラインにクランプフィルタ（フェライト）を挿入した場合のLISNでの伝導ノイズを解析したものです。
電流電圧分布出力
トランジェント解析やAC解析後、その動作条件に基づく電流・電圧分布を計算できます。
電流は向きを示すベクトル表示に対応。観測周波数を指定して実行すると分布ファイル（.FLD）が生成され、ビューワで可視化できます。
設計段階でノイズ経路や集中箇所の把握、対策効果の検証に有効です。
放射電界、放射パターン、空間電磁界分布計算
エミッション解析として、指定点の電界強度や放射パターン、空間における電界・磁界分布、空間インピーダンスを計算できます。
分布ファイルを選択し、評価したい周波数条件を設定して実行することで、放射特性やノイズの広がりを可視化できます。
放射ノイズの要因把握や対策検討を設計段階で効率的に支援します。
入射波（イミュニティ）解析
入射波解析では、特定の方向（r,θ,φ）から到来する平面波によって誘起される電圧・電流を解析します。
Q-DATA出力時に入力ソース設定を行うことで、指定方向からの入射波に対する解析を効率的に実行できます。
さらに、3次元モデル上にアンテナを配置した解析にも対応しており、実環境に近い条件でのイミュニティ評価が可能です。
外来ノイズに対する影響を設計段階で把握し、耐性向上に向けた検討を支援します。
SI（Signal Integrity）解析
SI解析において信号周波数が高い場合、高域まで精度の高いQ-DATAを必要とします。
このような場合必要な部分を「精細領域」に設定します。
精細領域は図のように領域を枠で囲むとその内部は高精度に解析されます。
図のように斜めの線路を囲みたい場合は、複数の精細領域枠を重ねて描けばOKです。
TDR解析
入精細領域を設定することで、高周波帯域まで高精度なQ-DATAを出力し、TDR特性の解析が可能です。広帯域の周波数情報を用いることで、配線や構造に起因するインピーダンスの変化や反射特性を詳細に把握できます。
本解析では、DCから高周波領域までのQ-DATAを基に評価を行うため、高速信号配線における不連続点や品質低下の要因を設計段階で確認できます。
信号品質の検証や配線設計の妥当性評価を効率的に支援します。
複数基板の解析
複数の基板を組み合わせた構成を対象に、電磁界解析を行うことが可能です。
図は、4層基板と2層基板を背中合わせに配置し、筐体に組み込んだ例を示しています。このような実装状態においても、各基板間の相互影響や筐体を含めた電磁界分布を解析できます。
実製品に近い構成で評価を行うことで、基板間干渉やノイズの伝搬状況を設計段階で把握し、システム全体の最適化に役立てることができます。
