專利名稱：通用spice等效電路仿真系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路仿真系統(tǒng)及方法，特別是關(guān)于一種通用SPICE等效電路仿真系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
封裝與印刷電路板(PrintedCircuit Board, PCB)通道中的微帶(microstrip) 與帶線(stripline)架構(gòu)傳輸線，透過場(chǎng)效求解(Filed Solver)軟件，例如Ansoft公司的Q3D軟件或Synopsys公司的Hspice軟件，可輸出頻率相依電阻、電感、電抗、電容 (Frequency dependent RLGC)模型來表示等效的傳輸線效應(yīng)。其次，為了解決模型因果關(guān)系與精準(zhǔn)度問題，例如傳輸線肌膚效應(yīng)和介電損失。在電路仿真流程中，可使用Intel公司所發(fā)展的SISTAI進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換，通過萃取頻率相依RLGC模型來解決以上問題。其中，模型輸出格式使用Synopsys公司規(guī)范的表格W元素語(yǔ)法(TabularW-element)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于一般電路仿真軟件如Cadence公司的I3Spice軟件、Sigrity公司的SPDSIM軟件和SIMetrix公司的Simplis軟件無(wú)法接受此類型格式，使得對(duì)于Tabular ff-eIement模型的使用上受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種通用SPICE等效電路仿真系統(tǒng)及方法，能夠?qū)?Tabular W-element格式的資料文件導(dǎo)入到通用SPICE格式的仿真軟件下仿真等效電路。所述的通用SPICE等效電路仿真系統(tǒng)安裝并運(yùn)行于計(jì)算機(jī)中，該系統(tǒng)包括資料讀取模塊，用于從存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)讀取表格W元素語(yǔ)法(TabularW-element)格式的資料文件， 利用內(nèi)差算法從該格式資料文件中獲取頻率相依傳輸線矩陣；矩陣轉(zhuǎn)換模塊，用于將頻率相依傳輸線矩陣轉(zhuǎn)換為ABCD參數(shù)矩陣，并將ABCD參數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換為S參數(shù)矩陣；參數(shù)選擇模塊，用于使用內(nèi)差算法選定S參數(shù)矩陣頻率范圍，以及選定向量擬合算法所需的極值-殘值數(shù)量、遞歸次數(shù)及系統(tǒng)誤差；等效電路產(chǎn)生模塊，用于基于極值-殘值數(shù)量執(zhí)行向量擬合算法產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于S參數(shù)矩陣的有理數(shù)函數(shù)矩陣，以及根據(jù)有理數(shù)函數(shù)矩陣產(chǎn)生相應(yīng)的通用 SPICE等效電路。所述的通用SPICE等效電路仿真方法包括步驟從存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)讀取表格W元素語(yǔ)法格式的資料文件；利用內(nèi)差算法從該格式資料文件中獲取頻率相依傳輸線矩陣；將頻率相依傳輸線矩陣轉(zhuǎn)換為ABCD參數(shù)矩陣，并將ABCD參數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換為S參數(shù)矩陣；使用內(nèi)差算法選定S參數(shù)頻率范圍；選定向量擬合算法所需的極值-殘值數(shù)量、遞歸次數(shù)及系統(tǒng)誤差； 基于極值-殘值數(shù)量執(zhí)行向量擬合算法產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于S參數(shù)矩陣的有理數(shù)函數(shù)矩陣；根據(jù)有理數(shù)函數(shù)矩陣產(chǎn)生相應(yīng)的通用SPICE等效電路。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的通用SPICE等效電路仿真系統(tǒng)及方法能夠產(chǎn)生的等效電路具有較高的可行性及準(zhǔn)確性，其可廣泛應(yīng)用于信號(hào)仿真領(lǐng)域，可將Tabular W-element格式的資料文件導(dǎo)入到通用SPICE格式的仿真軟件下運(yùn)作。


圖1是本發(fā)明通用SPICE等效電路仿真系統(tǒng)較佳實(shí)施例的實(shí)施架構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明通用SPICE本發(fā)明等效電路仿真方法較佳實(shí)施例的流程圖。
圖3是N端口電路系統(tǒng)的示意圖。
圖4是等效電路的主電路示意圖。
圖5是等效電路的子電路(--)示意圖。
圖6是等效電路的子電路(二二)示意圖。
主要元件符號(hào)說明
計(jì)算機(jī)1
存儲(chǔ)設(shè)備10
中央處理器11
等效電路仿真系統(tǒng)12
資料讀取模塊121
矩陣轉(zhuǎn)換模塊122
參數(shù)選擇模塊123
等效電路產(chǎn)生模塊124
輸出設(shè)備具體實(shí)施例方式如圖1所示，是本發(fā)明通用SPICE等效電路仿真系統(tǒng)較佳實(shí)施例的實(shí)施架構(gòu)圖。在本實(shí)施例中，等效電路仿真系統(tǒng)12安裝并運(yùn)行于計(jì)算機(jī)1中，該計(jì)算機(jī)1包括存儲(chǔ)設(shè)備10以及中央處理器(central processing unit, CPU) 11。該計(jì)算機(jī)1連接輸出設(shè)備2，例如顯示器，用于顯示產(chǎn)生的等效電路。存儲(chǔ)設(shè)備10用于存儲(chǔ)表格W元素語(yǔ)法(Tabular ff-element)的標(biāo)準(zhǔn)檔案格式的電阻、電感、電抗及電容(RLGC)資料。所述 Tabularff-element是Synopsys公司所規(guī)范的一種表格元素的語(yǔ)法規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。所述等效電路仿真系統(tǒng)12用于從存儲(chǔ)設(shè)備10中讀取Tabular ff-element標(biāo)準(zhǔn)格式的資料文件，例如
tab格式的資料文件，根據(jù)該資料文件的RLGC資料產(chǎn)生等效電路，并將該等效電路輸出至輸出設(shè)備2。所述等效電路可在通用SPICE格式的仿真軟件下運(yùn)作，例如Cadence公司的 Pspice軟件、Sigrity公司的SPDSIM軟件和SIMetrix公司的Simplis軟件。所述SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis, Ml^) ^ 一種用于電路描述與仿真的語(yǔ)言仿真軟件，用于檢測(cè)電路的連接和功能的完整性、預(yù)測(cè)電路的行為，以及用于模擬電路或混合信號(hào)電路的仿真。在本實(shí)施例中，所述等效電路仿真系統(tǒng)12包括資料讀取模塊121、矩陣轉(zhuǎn)換模塊 122、參數(shù)選擇模塊123、以及等效電路產(chǎn)生模塊124。所述的資料讀取模塊121用于從存儲(chǔ)設(shè)備10內(nèi)讀取Tabular W-element標(biāo)準(zhǔn)格式的資料文件，利用內(nèi)差算法(interpolation) 從Tabular W_element格式資料文件中獲取頻率相依(Frequency dependent)傳輸線矩陣。所述頻率相依傳輸線矩陣是一種表格W元素RLGC模型，包括電阻、電感、電抗及電容資料信息。
所述的矩陣轉(zhuǎn)換模塊122用于將RLGC傳輸線矩陣轉(zhuǎn)換為ABCD參數(shù)矩陣，并將 ABCD參數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換為S參數(shù)矩陣。所述的ABCD參數(shù)矩陣是一種用來描述多輸入輸出端口電路特性的鏈參數(shù)矩陣，用于多輸入輸出端口電路的級(jí)聯(lián)連接。如圖3所示的N端口 (N-ports)電路系統(tǒng)，該N-ports系統(tǒng)定義的AB⑶矩陣，V1至Vn是埠1至端口 N上的電壓， I1至In是流入到埠1至端口 N的分支電流。所述的S參數(shù)矩陣是一種用于描述高頻電路中入射電壓波和反射電壓波之間關(guān)系的散射矩陣，其中S參數(shù)是建立在入射電壓波、反射電壓波關(guān)系基礎(chǔ)上的電路頻率參數(shù)。所述的參數(shù)選擇模塊123用于使用內(nèi)差算法選定S參數(shù)頻率范圍，來增加RLGC傳輸線矩陣中向量擬合(Vector Fitting)的準(zhǔn)確度，以及用于選定向量擬合算法所需的極值-殘值(pole-residue)數(shù)量、遞歸次數(shù)與系統(tǒng)誤差。所述的系統(tǒng)誤差是等效電路仿真所允許的最大誤差。所述的等效電路產(chǎn)生模塊IM用于基于pole-residue數(shù)量執(zhí)行向量擬合算法產(chǎn)生S參數(shù)的有理數(shù)函數(shù)(Rational function)矩陣，以及根據(jù)有理數(shù)函數(shù)矩陣產(chǎn)生通用 SPICE等效電路。該等效電路產(chǎn)生模塊IM還用于判斷有理數(shù)函數(shù)矩陣的均方根誤差(rms) 是否小于選定的系統(tǒng)誤差，以及當(dāng)系統(tǒng)誤差大于均方根誤差時(shí)增加pole-residue數(shù)量繼續(xù)執(zhí)行向量擬合算法。如圖2所示，是本發(fā)明通用SPICE等效電路仿真方法較佳實(shí)施例的流程圖。在本實(shí)施例中，該等效電路仿真方法能夠利用Tabular ff-eIement標(biāo)準(zhǔn)格式的RLGC資料模型產(chǎn)生適用于通用SPICE軟件下運(yùn)作的等效電路。所述SPICE軟件，是一種用于電路描述與仿真的語(yǔ)言仿真軟件，用于檢測(cè)電路的連接和功能的完整性、預(yù)測(cè)電路的行為，以及用于模擬電路或混合信號(hào)電路的仿真。步驟S21，資料讀取模塊121從存儲(chǔ)設(shè)備10內(nèi)讀取Tabular ff-eIement標(biāo)準(zhǔn)格式的資料文件。所述Tabular W-element格式是Synopsys公司所規(guī)范的一種表格元素的語(yǔ)法規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。步驟S22，資料讀取模塊121利用內(nèi)差算法從Tabular ff-eIement格式資料文件中獲取頻率相依(Frequencyd印endent)RLGC傳輸線矩陣。所述頻率相依傳輸線矩陣是一種表格W元素RLGC模型，包括電阻、電感、電抗及電容資料信息。步驟S23，矩陣轉(zhuǎn)換模塊122將RLGC傳輸線矩陣轉(zhuǎn)換為ABCD參數(shù)矩陣，并將ABCD 參數(shù)轉(zhuǎn)換為S參數(shù)矩陣。以下為ABCD參數(shù)矩陣與S參數(shù)轉(zhuǎn)換矩陣的轉(zhuǎn)化方法將RLGC傳輸線矩陣的電阻、電感、電抗及電容資料信息代入公式(1)，得到系統(tǒng)ABCD參數(shù)矩陣T T = e(D+sE)l，其中D =
0 -R(sj -G(s) 0
E =S).
^ O
I
O ^
I⑴其中s = j ω，1為傳輸線長(zhǎng)度。其次，將公式⑴代入公式(2)
Y =
2 2 打
1 1
^
-τητη
τΛ
12
ΓΤ . ΓΤ ΓΤ IT"7rT1 rT1 丄
-T2l + tIItu tI 1 - T22TU
(2)將公式O)的Y參數(shù)代入公式(3)
權(quán)利要求
1.一種通用SPICE等效電路仿真系統(tǒng)，安裝并運(yùn)行于計(jì)算機(jī)中，其特征在于，該系統(tǒng)包括資料讀取模塊，用于從計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)讀取表格W元素語(yǔ)法格式的資料文件，利用內(nèi)差算法從該資料文件中獲取頻率相依傳輸線矩陣；矩陣轉(zhuǎn)換模塊，用于將頻率相依傳輸線矩陣轉(zhuǎn)換為ABCD參數(shù)矩陣，并將ABCD參數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換為S參數(shù)矩陣；參數(shù)選擇模塊，用于使用內(nèi)差算法選定S參數(shù)矩陣頻率范圍，以及選定向量擬合算法所需的極值-殘值數(shù)量、遞歸次數(shù)及系統(tǒng)誤差；及等效電路產(chǎn)生模塊，用于基于極值-殘值數(shù)量執(zhí)行向量擬合算法產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于S參數(shù)矩陣的有理數(shù)函數(shù)矩陣，以及根據(jù)該有理數(shù)函數(shù)矩陣產(chǎn)生相應(yīng)的通用SPICE等效電路。
2.如權(quán)利要求1所述的通用SPICE等效電路仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的等效電路產(chǎn)生模塊還用于判斷有理數(shù)函數(shù)矩陣的均方根誤差是否小于選定的系統(tǒng)誤差，以及當(dāng)均方根誤差大于等于系統(tǒng)誤差時(shí)，增加極值-殘值數(shù)量繼續(xù)執(zhí)行向量擬合算法。
3.如權(quán)利要求1所述的通用SPICE等效電路仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的頻率相依傳輸線矩陣是一種表格W元素RLGC模型，其由電阻、電感、電抗及電容資料組成。
4.如權(quán)利要求1所述的通用SPICE等效電路仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的ABCD參數(shù)矩陣是一種描述電路特性的鏈參數(shù)矩陣，用于多輸入輸出端口電路的級(jí)聯(lián)連接。
5.如權(quán)利要求1所述的通用SPICE等效電路仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的S參數(shù)矩陣是一種用于描述高頻電路中入射電壓波和反射電壓波之間關(guān)系的散射矩陣。
6.一種通用SPICE等效電路仿真方法，該方法包括步驟 從存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)讀取表格W元素語(yǔ)法格式的資料文件； 利用內(nèi)差算法從該資料文件中獲取頻率相依傳輸線矩陣；將頻率相依傳輸線矩陣轉(zhuǎn)換為ABCD參數(shù)矩陣，并將ABCD參數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換為S參數(shù)矩陣； 使用內(nèi)差算法選定S參數(shù)頻率范圍；選定向量擬合算法所需的極值-殘值數(shù)量、遞歸次數(shù)及系統(tǒng)誤差； 基于極值-殘值數(shù)量執(zhí)行向量擬合算法產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于S參數(shù)矩陣的有理數(shù)函數(shù)矩陣；及根據(jù)有理數(shù)函數(shù)矩陣產(chǎn)生相應(yīng)的通用SPICE等效電路。
7.如權(quán)利要求6所述的通用SPICE等效電路仿真方法，其特征在于，該方法還包括步驟判斷有理數(shù)函數(shù)矩陣的均方根誤差是否小于選定的系統(tǒng)誤差；及當(dāng)均方根誤差大于等于系統(tǒng)誤差時(shí)，增加極值-殘值數(shù)量繼續(xù)執(zhí)行向量擬合算法。
8.如權(quán)利要求6所述的通用SPICE等效電路仿真方法，其特征在于，所述的頻率相依傳輸線矩陣是一種表格W元素RLGC模型，其由電阻、電感、電抗及電容資料組成。
9.如權(quán)利要求6所述的通用SPICE等效電路仿真方法，其特征在于，所述的ABCD參數(shù)矩陣是一種描述電路特性的鏈參數(shù)矩陣，用于多輸入輸出端口電路的級(jí)聯(lián)連接。
10.如權(quán)利要求6所述的通用SPICE等效電路仿真方法，其特征在于，所述的S參數(shù)矩陣是一種用于描述高頻電路中入射電壓波和反射電壓波之間關(guān)系的散射矩陣。
全文摘要
一種通用SPICE等效電路仿真系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括資料讀取模塊，用于從存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)讀取Tabular W-element格式的資料文件，利用內(nèi)差算法從該資料文件中獲取RLGC傳輸線矩陣；矩陣轉(zhuǎn)換模塊，用于將傳輸線矩陣轉(zhuǎn)換為ABCD參數(shù)矩陣，并將ABCD參數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換為S參數(shù)矩陣；參數(shù)選擇模塊，用于使用內(nèi)差算法選定S參數(shù)頻率范圍，選定向量擬合算法所需的極值-殘值數(shù)量；等效電路產(chǎn)生模塊，用于基于極值-殘值數(shù)量執(zhí)行向量擬合算法產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于S參數(shù)矩陣的有理數(shù)函數(shù)矩陣，及根據(jù)該有理數(shù)函數(shù)矩陣產(chǎn)生相應(yīng)的等效電路。實(shí)施本發(fā)明，能夠?qū)abular W-element格式的資料文件導(dǎo)入到通用SPICE格式的仿真軟件下仿真等效電路。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102270248SQ20101019209
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者曾文亮, 李政憲, 李昇軍, 白育彰, 許壽國(guó) 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司